4. Розрахунок та конструювання ферми покриття
4.1 Збір навантажень і статичний розрахунок ферми
На ригель рами діють вертикальні постійне та снігове лінійні навантаження, які обчислені в пунктах 2.1.1 і 2.1.2 [4]:
кН/м і
кН/м.
Зосереджені сили, які прикладаються у вузлах ферми:
а) від постійного навантаження
кН;
б) від снігового навантаження
кН,
де
м
– довжина панелі верхнього поясу.
Схема постійного навантаження на ферму наведена на рис. 4.1,а. Схеми снігового навантаження на лівій половині прольоту ферми, на правій половині та на всьому прольоті наведені на рис. 4.1,б, 4.1,в і 4.1,г.
Опорні моменти в ригелі рами замінюємо парами сил H з плечем, рівним висоті ферми на опорі h0=2,2м. Схеми навантаження ферми опорними моментами на лівій та правій опорах наведені відповідно на рис. 4.1,д та 4.1,е.
За вузлової передачі навантаження в стержнях ферми виникають осьові зусилля стиску або розтягу. Розрахункові зусилля в стержнях ферми від одиничних вузлових сил F=1 кН та одиничного від’ємного моменту М=-1 кНм наведені в табл. 4.1.
Зусилля в будь-якому стержні ферми від опорних моментів обчислюються за формулою
,
де М1 і М2 – величини відповідно лівого та правого опорних моментів в ригелі зі своїми знаками; S1 і S2 – зусилля відповідно в лівому та правому симетричних стержнях ферми від одиничного моменту.
Значення опорного моменту М1 беруть з табл.3.1 [5] розрахункових зусиль колони для її верхнього перерізу. При цьому, вибравши найбільший момент М1 для лівої опори ригеля в перерізі 4-4 розрахункової схеми, необхідно обчислити момент М2 для правої опори в перерізі 7-7 (табл.2.7 [4]) розрахункової схеми за тієї ж комбінації навантажень, що й М1.
В перерізі 4-4 момент М1=-557,82 кНм (табл. 3.1 [5]). Цей момент обчислений при комбінації навантажень 1+ψ(2+4+7+10), де 1, 2, 4, 7 і 10 – номери навантажень. В перерізі 7-7 (табл.2.7 [4]) момент М2 обчислюється від тих же навантажень, а саме:
М2=-191,7+0,9(-76,5-40,6-33,1+172,0)=-172,08 кНм.
Зусилля від всіх схем навантажень зводять в табл.4.2 і, сумуючи їх, обчислюють розрахункові зусилля (найбільші по модулю). Якщо в стержні можливий і розтяг, і стиск, то необхідно обчислити розрахункове розтягуюче та стискаюче зусилля. Вплив опорних моментів враховується тільки в тому випадку, якщо зусилля від опорних моментів довантажують стержні, при цьому зусилля від снігового навантаження приймається з коефіцієнтом сполучення ψ=0,9.
4.2 Підбір перерізів стержнів ферми
4.2.1. Загальні положення
Стержні ферми проектуються таврового перерізу з двох рівнобоких кутиків (рис.4.2, 4.3), крім центрального стояка та стояків, до яких прикріплюються вертикальні в’язі. Ці стержні проектуються хрестового перерізу (рис.4.4).
Стержні ферми з кутиків з’єднуються в вузлах за допомогою фасонок. Товщина фасонок tp призначається за табл.4.3 залежно від максимального зусилля в стержнях решітки ферми (в опорному розкосі) і приймається однаковою в усіх вузлах ферми.
За товщиною фасонки tp визначається відстань між гранями кутиків в перерізі, що впливає на геометричні характеристики перерізу.
Таблиця 4.1
Значення поздовжніх сил в стержнях ферми від
одиничних навантажень
Елемент ферми |
Позначення елемента |
Від F=1 кН |
Від М=-1 кНм |
||||
На лівій половині ферми |
На правій половині ферми |
На всьому прольоті ферми |
На лівій опорі ферми, S1 |
На правій опорі ферми, S2 |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Верхній пояс |
3-9 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,473 |
0,00 |
|
4-11 |
-4,42 |
-2,21 |
-6,63 |
0,276 |
0,092 |
||
5-12 |
-4,42 |
-2,21 |
-6,63 |
0,276 |
0,092 |
||
6-14 |
-3,63 |
-3,63 |
-7,26 |
0,151 |
0,151 |
||
Нижній пояс |
1-10 |
3,10 |
1,24 |
4,34 |
-0,360 |
-0,052 |
|
1-13 |
4,46 |
2,98 |
7,44 |
-0,207 |
-0,124 |
||
Розкоси |
9-10 |
-3,98 |
-1,59 |
-5,57 |
-0,141 |
0,066 |
|
10-11 |
1,68 |
1,24 |
2,92 |
0,110 |
-0,052 |
||
12-13 |
-0,07 |
-1,09 |
-1,16 |
-0,097 |
0,046 |
||
13-14 |
-1,21 |
0,91 |
-0,30 |
0,080 |
-0,038 |
||
Стояки |
11-12 |
-1,00 |
0,00 |
-1,00 |
0,00 |
0,00 |
|
14-15 |
0,22 |
0,22 |
0,44 |
-0,030 |
-0,030 |
||