3. Проектирование стропильной фермы покрытия

Решетчатые конструкции, работающие на изгиб, называются фермами. Фермы состоят из отдельных стержней, соединяющихся в узлах, и образующих геометрически неизменяемую систему. Если ферма в целом работает на изгиб, то во всех ее конструктивных элементах возникают только продольные усилия сжатия или растяжения.

Стальные фермы получили широкое применение: они служат несущими конструкциями покрытий (реже перекрытий) производственных и гражданских зданий, пролетными строениями мостов и эстакад; входят в состав стволов радио и телебашен, мачт, стрел грузоподъемных механизмов и т. д. По расходу металла фермы экономичнее балок, но более трудоемки в изготовлении. Для облегчения проектирования, снижения стоимости и трудоемкости изготовления и монтажа наиболее часто применяемые в строительстве фермы унифицированы. В основу унификации положен единый размер панели верхнего пояса единая высота на опоре для ферм различных пролетов.

Пролеты ферм также подчинены единому модулю – 6000 мм. Для различных типов покрытий разработаны серии типовых проектов ферм, пролетами от 18 до 36 м.

Ферма включает три основных конструктивных элемента – верхний и нижний пояса и решетку, состоящую из раскосов и стоек. Расстояние между узлами поясов фермы называют панелью, а расстояние между ее опорами – пролетом (см. Рис. 3.1).

Расчет и конструирование сварной фермы является частью курсового проекта. В настоящих указаниях рассмотрены вопросы, связанные с выбором типа фермы, ее расчетом и конструированием. Эта часть проекта включает в себя:

1. Выбор типа фермы и схемы решетки.

2. Расчет фермы.

3. Конструктивно-графическую часть – конструктивную разработку отправочной марки фермы на стадии КМД.

Рис. 3.1. Схема типовой фермы

Расчетно-конструктивная часть оформляется в виде пояснительной записки с обоснованиями решений, расчетами, выводами и ссылками на используемую литературу.

Графическая часть выполняется на листе формата А2, где должны быть размещены:

а) геометрическая схема отправочной марки фермы в масштабе 1:100 (на схеме необходимо указать величину и знак усилий в каждом стержне).

б) рабочий чертеж отправочной марки фермы – вид сверху, фасад, вид снизу.

в) необходимые разрезы, сечения и узлы в масштабах: длина и высота отправочной марки, размеры панелей – 1:50, 1:40, 1:25; тело элементов фермы – 1:10, 1:15; узлы – 1:10, 1:5, 1:1.

г) спецификация стали на одну отправочную марку фермы и таблица отправочных марок.

д) примечания, в которых необходимо указать марку стали, ГОСТ, способ соединения элементов на заводе-изготовителе и на монтаже; способ сварки, марку электродов или сварочной проволоки, преобладающую высоту сварных швов, тип и диаметр преобладающих болтов и отверстий и др.

1. Компоновка конструкций ферм

1. Выбор типа фермы и схемы решетки

Очертание стропильной фермы зависит от назначения, величины пролетов, состава кровли, типа и размеров фонаря, способа соединения фермы с колоннами.

В настоящее время в производственных и гражданских зданиях применяются фермы покрытий (стропильные фермы) следующих типов:

а) трапецеидальные фермы со слабовспарушеным верхним поясом.

Уклон верхнего пояса принимается от 1/8 до 1/12 пролета фермы. Это очертание фермы хорошо соответствует эпюре изгибающих моментов от основных нагрузок. Развитые по высоте опорные сечения позволяют осуществлять как шарнирное, так и жесткое сопряжение с колоннами. Такие фермы применяются при мягких кровлях.

б) фермы с параллельными поясами

Уклон поясов составляет 1,5%. В последние годы стали широко применяться в производственных зданиях, вытесняя трапецеидальные, благодаря целому ряду преимуществ. Одинаковые длины стержней решетки, одинаковая схема узлов, большая повторяемость деталей – все это способствует высокой индустриализации изготовления. Эти фермы экономичнее трапецеидальных, несмотря на несколько больший расход материала. Благодаря развитому сечению на опоре сопряжение ферм с колоннами может быть как шарнирное, так и жесткое.

в) треугольные

Применяются при металлической и асбестоцементной кровлях; чаще всего в покрытиях неотапливаемых складских помещений. Верхний пояс выполняется с уклоном от 16% до 25%. Опорный узел слабо развит по высоте и допускает только шарнирное опирание на колонны. Такие фермы неэкономичны, так как высота ферм значительно превышает оптимальную, что приводит к увеличению расхода материала, а большое количество разных узлов и элементов увеличивает трудоемкость изготовления.

Решетка ферм работает на поперечную силу и должна соответствовать схеме приложения нагрузок, чтобы избежать возникновения местного изгиба в стержнях поясов. Схема решетки должна решаться таким образом, чтобы длина каждого стержня была минимально возможной, так как от их длины в значительной мере зависит вес фермы.

Углы наклона стержней решетки к поясам должны находиться в пределах 40...50° (углы наклона стержней влияют на их работу и на габариты узловых фасонок). Оптимальный угол наклона раскосов в треугольной решетке – 45°. Опорные раскосы стропильных ферм выполняются, как правило, восходящими, что позволяет организовать жесткое присоединение ферм к колоннам. При шарнирном опирании ферм, опорные раскосы могут быть как нисходящими, так и восходящими.

Шпренгельная решетка применяется при внеузловых нагрузках во избежание появления в элементах верхнего пояса местного изгиба и для уменьшения длин элементов. Следует помнить, что применение шпренгельной решетки значительно увеличивает трудоемкость изготовления и вес фермы. В современных легких стропильных фермах в основном применяется треугольная решетка с дополнительными стойками (и подвесками, в случае приложения сосредоточенных нагрузок в панелях нижнего пояса и для уменьшения длины элементов нижнего пояса в плоскости фермы).

Другие схемы решеток в легких стропильных фермах применяются редко и в настоящих методических указаниях не рассматриваются.

В курсовом проекте следует принимать типовые фермы с параллельными поясами, треугольной решеткой и дополнительными стойками. Опорные раскосы – восходящие.