3.5. Статический расчет стропильной фермы
В качестве ригеля применяется стропильная ферма с параллельными поясами с уклоном верхнего пояса i = 0,025.
При плоских кровлях высота у опоры типовых стропильных ферм с элементами из парных уголков Нф,о (по обушкам поясных уголков) принимается равной 3,15 м при пролетах 30 и 36 м и Нф,о = 2,25 м при пролетах 18 и 24 м. Для элементов ферм, выполненных из других профилей, целесообразно принимать высоту такой же.
Для неотапливаемых зданий возможен вариант применения треугольной стропильной фермы с уклоном верхнего пояса i = 1/3,5.
Покрытия применяются прогонные или беспрогонные. В качестве прогонов, устанавливаемых на верхние пояса стропильных ферм, используются прокатные балки, гнутые профили, легкие решетчатые конструкции (при шаге ферм больше 6 м). В беспрогонном покрытии применяются крупнопанельные железобетонные плиты шириной 3 м, пролетом 6 и 12 м, а также металлические панели.
Состав ограждающих конструкций покрытия (пароизоляция, утеплитель, стяжка, гидроизоляционный ковер и др.) для отапливаемых и неотапливаемых зданий принимается разработчиком проекта согласно заданию.
Рассматриваемая ферма является статически определимой системой. Расчет производится в следующем порядке: 1) составляется (вычерчивается) расчетная схемы; 2) определяются нагрузки, опорные реакции, расчетные усилия; 3) подбираются сечения элементов фермы в соответствии с указаниями СП 16. 13330.2011 [4].
3.5.1. Определение нагрузок на ферму
Стропильные фермы рассчитываются на нагрузки, передающиеся на них в виде сосредоточенных сил в узлах. Основными нагрузками при расчете стропильных ферм являются постоянные нагрузки от кровли, несущих конструкций покрытия, конструкций подвесного потолка, собственного веса фермы со связями и временные от снега, а также от ветра (при уклонах кровли более 30о), подвесного подъемно-транспортного оборудования (при его наличии) и других возможных технологических нагрузок.
Постоянные нагрузки, как правило, принимаются равномерно распределенными. Значения нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузке, необходимые при выполнении курсового проекта, для некоторых наиболее распространенных элементов покрытий приведены в табл. 3.5.
Равномерно распределенная нагрузка подсчитывается сначала на 1 м2 площади, затем по грузовой площади находится сосредоточенная сила, действующая на каждый узел.
При наличии фонарной надстройки нагрузки от бортовых стенок фонаря и остекления учитываются в виде сосредоточенных сил, приложенных в узлах опирания крайних стоек фонаря.
Сбор нагрузок на ферму пролетом L = 30 м с размером панели верхнего пояса d = 3 м. Шаг колонн В = 12 м.
Расчетная схема фермы с показом приложенных усилий представлена на рис. 3.14. При вычерчивании схемы фермы за расчетную высоту принимается расстояние между осями поясов:
hо = Нф,о – ∑zо = 3150 – 90 = 3060 мм,
где сумму привязок осей поясов таврового сечения к их внешним граням ∑zо
можно принять равной 80–100 мм.
Уклоном фермы при i = 0,025 можно пренебречь.
Рис. 3.14. Схема приложения усилий на ферму
Постоянная нагрузка. Состав кровли приведен в табл. 3.4. Нагрузки (см. п. 2.2): от массы ограждающих элементов покрытия gпк = 1,43 кН/м2; двенадцатиметрового решетчатого прогона gпр = 0,119 кН/м2; стропильной фермы gф = 0,167 кН/м2.
Узловые силы от постоянной нагрузки:
Fр = (gnk + gnрγf + gфγf)Вd =
= (1,43 + 0,119 · 1,05 + 0,107 · 1,05) 12 · 3 = 62,3 кН;
Fор = F/2 = 62,3 / 2 = 31,15 кН.
Опорные реакции:
FАg = FВg = 9F/2 = 9 · 62,3 / 2 = 281,7 кН.
Снеговая нагрузка. Расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия для второго снегового района (см. п. 3.2.2):
S = Sgμ = 1,2 · 1 = 1,2 кН/м2.
Коэффициент μ учитывает неравномерное распределение снега по покрытию и возможность образования вследствие переноса снега снеговых мешков у перепадов высот и зависит от конфигурации кровли.
Для зданий без фонарей и перепадов высот при угле наклона кровли α ≤ 30о μ = 1; при α ≥ 60о μ = 0; в интервале 30о < α <60о значение μ определяется линейной интерполяцией.
Воздействие снеговой нагрузки через покрытие на поперечную раму аналогично воздействию нагрузки от веса покрытия.
Узловые силы от снеговой нагрузки:
Fs = SВd = 1,2 · 12 · 3 = 43,2 кН;
Fоs = Fs/2 = 43,2 / 2 = 21,6 кН.
Силы Fор и Fоs приложены к оголовкам колонн и в расчете фермы не учитываются.
Опорные реакции
FАs = FВs = 9Fs/2 = 9 · 43,2 / 2 = 194,4 кН.
При наличии фонарной надстройки рассматриваются два варианта снеговой нагрузки (см. [1], п. 13.3.1).
При жестком сопряжении ригеля с колонной ферма в составе рамы испытывает воздействие рамных опорных моментов и продольной силы Нр (усилия от распора), прикладываемой при восходящем опорном раскосе целиком к нижнему поясу.
При определении опорных моментов следует учитывать первую комбинацию с максимальным по абсолютному значению моментом, вызывающую наибольшее растягивающее усилие в крайней панели верхнего пояса, и вторую комбинацию моментов без учета снеговой нагрузки для определения возможного сжимающего усилия в первой панели нижнего пояса.
Рамные опорные моменты (временные нагрузки по степени их влияния принимаются с соответствующими коэффициентами сочетания):
от первой комбинации нагрузок (сочетание 1, 2, 4, 6, 8, см. п. 3.4.4):
М1 = –1047 кН·м; М2,соот –322 кН·м.
от второй комбинации 1, 4, 6, 8 (без учета снеговой нагрузки):
М′1 = –927 кН·м; М′2,соот = –76,21 кН·м.
Нагрузка от распора рамы. Первая комбинация (определяется в сечении 5-5 по поперечной силе Q): H1р = –134 кН.
Вторая комбинация (без учета снеговой нагрузки):
H′1р = –15 + (–68) + (–34) + (–17) = –134 кН.