2.2.4.2. Генеральные размеры ферм.

Генеральные размеры, система решеток и размер панели ферм.

Эти три вопроса решаются комплексно, т.к. зависят один от другого.

К генеральным размерам ферм относятся пролет и высота ферм.

Пролет (длина) ферм в большинстве случаев определяется эксплуатационными и архитектурными требованиями, общекомпоновочным решением сооружения, и не могут быть рекомендованы по усмотрению конструктора. Пролет определяется в зависимости от конструкции узлов сопряжения с опорными конструкциями, по конструктивным соображениям. В случаях, когда пролет конструкции не диктуется технологическими требованиями, он должен назначаться на основе экономических соображений с тем, чтобы суммарная стоимость ферм и опор была наименьшей.

Высота ферм определяется в зависимости от очертания ферм, технологических и конструктивных требований, экономических требований, системы решеток и размера панели.

Так для треугольных ферм решающими являются пролет и уклон кровли, которые зависят от материала кровли. Обычно треугольные фермы проектируют под кровли, требующие значительных уклонов (25-45^о), что дает высоту ферм h = (1/4-1/2)l , где l-пролет фермы, что значительно выше требуемой из условия наименьшей массы фермы, поэтому по расходу стали треугольные фермы неэкономичны. Кроме того, треугольные фермы имеют еще целый ряд конструктивных недостатков и поэтому применяются только в вынужденных случаях.

Высота других типов ферм определяется исходя из экономических требований и из условия жесткости. При этом используется такая же методика как при определении оптимальной и минимальной высоты сплошных балок.

Оптимальная высота ферм зависит от системы решеток: при раскосной решетке она примерно на 40% меньше, чем при треугольной решетке, и на 20% меньше оптимальной высоты ферм с треугольной решеткой и с дополнительными стойками; от числа панелей (оптимальная высота фермы уменьшается при егo увеличении).

Так для ферм с треугольной решеткой , для ферм с треугольной решеткой и дополнительными стойками и для ферм с раскосной решеткой , здесь n - число панелей.

По этим формулам высота получается равной (1/4-1/5)l. Обычно высота ферм принимается несколько меньшей (особенно для легких ферм) исходя из требований транспортировки (не более 3,85м), монтажа, унификации, целесообразностью уменьшения объема здания и другими соображениями.

Минимальная высота ферм из условия жесткости определяется из формулы Мора для прогибов f = N_{i * *}l_i / (E_{i *} A_i), где N_i - усилие в стержне фермы от заданной нагрузки; - усилие в том же стержне от единичной нагрузки; A_і - площадь сечения стержня и l_і - его длина.

Так для ферм с параллельными поясами

где [l/f] - предельное отношение пролета к прогибу фермы; ^н - напряжения от нормативных нагрузок; [1+2(h/l)] - выражает влияние решетки.

Обычно, минимальная высота значительно меньше оптимальной и не имеет решающего значения. Только для ферм, работающих на подвижные нагрузки, где требования жесткости весьма высоки, они определяют высоту ферм.

2.2.4.3. Системы решеток ферм.

Выбор системы решетки определяет вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид и должен соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку желательно, чтобы нагрузки передавались в узлах, иначе возникают местные изгибающие моменты в поясах и это утяжеляет фермы.

В стропильных фермах наиболее часто применяются такие типы решеток: наиболее экономичная по расходу материала - треугольная; с уменьшенной панелью - треугольная с дополнительными стойками или подвесками (при наличии подвесного потолка); при необходимости уменьшить высоту и воспринять более высокую нагрузку – раскосную решетку.

В фермах с раскосной решеткой желательно иметь короткие сжатые стойки и длинные растянутые раскосы.

Наиболее рациональные углы наклона раскосов в фермах с треугольной решеткой и треугольной с дополнительными стойками – 45^о, а в фермах с раскосной – 35^о.

Раскосная решетка еще и более трудоемка, чем треугольная, и требует большего расхода материала, так как при равном числе панелей в ферме общая длина раскосной решетки больше и в ней больше узлов. Поэтому наиболее часто применяются первые два типа решетки.

Решетка фермы работает на поперечную силу и выполняет функции стенки сплошной балки. Решетка должна отвечать схеме приложения нагрузок.

1. Треугольная решетка

Общая длина и количество узлов меньше чем в других типах решетки. Недостаток – значительная длина панелей.

2. Раскосная решетка

Эффективна в невысоких фермах. От направления раскосов по отношению к опоре имеется возможность регулировать знаки усилий. Для ферм треугольного и сегментного очертания – нисходящие элементы сжаты, а восходящие растянуты. Для ферм с параллельными поясами и трапециевидных нисходящие элементы растянуты.

3. Крестовая решетка применяется при знакопеременном нагружении

Наиболее жесткая; раскосы работают только на растяжение. При возникновении в одном из раскосов сжатия принимается, что он выключается из работы.

4. Ромбическая решетка

Высокая жесткость; уменьшенный размер панели по сравнению с крестовой решеткой. Используется в мостах, башнях.

5. Безраскосные фермы

Большие изгибающие моменты в поясах.

6. Полураскосная решетка

   Высокая несущая способность и жесткость; уменьшенный размер панели по сравнению с крестовой решеткой. Используется в мостах, башнях.

7. Шпренгельная решетка

Обеспечивает уменьшение размеров панелей для обеспечения передачи нагрузки в узлах фермы и для уменьшения расчетных длин поясов в плоскости ферм (для обеспечения устойчивости сжатых стержней).

Кроме основных типов решетки, в фермах применяются еще специальные типы решеток: шпренгельная - применяется при большой высоте фермы для сохранения рационального угла наклона раскосов (35-45^о) при уменьшении размеров панелей. Это необходимо в двух случаях - для обеспечения передачи нагрузки в узлах фермы и для уменьшения расчетных длин поясов в плоскости ферм (для обеспечения устойчивости сжатых стержней).

Крестовая - при работе фермы на двухстороннюю нагрузку и для обеспечения повышенной жесткости. К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов, вертикальные фермы башен, мачты и связи высоких зданий. Весьма часто крестовую решетку проектируют из гибких стержней. При этом принимается, что работают только растянутые раскосы; сжатые же раскосы вследствие своей большой гибкости выключаются из работы и в расчетную схему не входят. Для того, чтобы заставить работать оба раскоса в фермах создают предварительно растягивающие усилия. Это заставляет работать оба раскоса и тем самым увеличивается жесткость фермы.

Ромбическая - обладает повышенной жесткостью (по сравнению с обычными решетками) и уменьшает размер панелей (по сравнению с крестовой решеткой). Эта система применяется в связях, мостах, башнях, мачтах для уменьшения расчетной длины стержней.

Полураскосная - обладает большой жесткостью (благодаря двум системам раскосов) и уменьшенной панелью - особенно рациональна при работе конструкций на большие поперечные силы. Эта система решетки применяется в мостах, башнях, связях высоких зданий.