МК_Справочник_том_2

типовых конструкций покрытий, предпочтительней использовать проверенные практикой типовые проекты.

7.2. ÍАГРУЗКИ

При расчете конструкций покрытий необходимо учитывать постоянные, временные длительные, кратковременные и особые нагрузки.

Êпостоянным нагрузкам относится вес несущих и ограждающих конструкций покрытия (стропильные, подстропильные, фонарные конструкции, прогоны, связи, кровля).

Временные длительные нагрузки включают в себя: вес стационарного технологического оборудования (крышные вентиляторы, вентиляционные камеры, ленточные транспортеры, конвейеры, трубопроводы с заполнением и т.п.); вес отложений производственной пыли; вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях.

Êкратковременным нагрузкам относятся: снеговые нагрузки; ветровые нагрузки; нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (подвесных кранов, тельферов) и мостовых опорных кранов; монтажные нагрузки.

Êособым нагрузкам относятся: сейсмическое воздействие; воздействие просадок основания, обусловленных коренным изменением структуры грунта (при жестком – рамном соединении конструкций покрытий с колоннами).

Значения нормативных снеговых и ветровых нагрузок принимают по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»; нагрузки от элементов кровли, подвесных кранов, фонарных конструкций и т.п. устанавливают по соответствующим нормативным документам, справочникам или по строительному заданию.

7.3. ÐАСЧЕТНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Расчет конструкций покрытия следует производить на совместное действие всех нагрузок, при этом необходимо различать:

∙основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных и одной кратковременной нагрузки, значение которой принимают без снижения;

∙основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, а также временных длительных и кратковременных нагрузок (независимо от их числа), в этом слу- чае значения временных длительных и кратковременных нагрузок должны умножаться на коэффициенты сочетаний ψ , равные соответственно 0,95 и 0,9;

∙особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, временных длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок. Если особой нагрузкой является воздействие просадок основания, то значения временных длительных и кратковременных нагрузок, принятые для основного сочетания, должны учитываться с коэффициентами соответственно 0,95 и 0,8. Если особой нагрузкой является сейсмическое воздействие – величины нагрузок по основному сочетанию долж-

ны быть умножены на коэффициент, равный: для постоянных нагрузок – 0,9;

для кратковременных длительных нагрузок – 0,8; для кратковременных нагрузок на покрытие – 0,5.

Расчет на особые сочетания нагрузок следует производить в дополнение к рас- чету на основные сочетания нагрузок. При расчете конструкций на монтажные случаи загружения кратковременные нагрузки следует принимать с коэффициентом 0,8.

151

Расчет конструкций покрытия на прочность и устойчивость производят по рас- четным нагрузкам. Расчетные нагрузки определяют умножением значений нормативных нагрузок, принятых с учетом вышеуказанных коэффициентов, на коэффициенты надежности по нагрузке γf и надежности по назначению зданий γn , приведенные в табл.7.1 и 7.2.

Таблица 7.1. Значение коэффициентов надежности по нагрузке

П р и м е ч а н и е : В случае, когда снижение значений постоянной нагрузки может ухудшить условия работы конструкций, следует провести дополнительный расчет, принимая коэффициент надежности по нагрузке 0,9 (например при проверке растянутого от веса покрытия пояса стропильной фермы на рамную сжимающую силу)

Таблица 7.2. Значение коэффициента надежности по назначению зданий

152

Определение деформаций элементов покрытия производят от воздействия нормативных нагрузок, принимаемых в соответствующих случаях с учетом коэффициента сочетаний ψ. При назначении сечений элементов конструкций расчетные сопротивления материалов в случаях, приведенных в табл.6 СНиП II-23-81*, должны умножаться на коэффициенты условий работы γñ .

7.4.ÊОНСТРУКТИВНАЯ ФОРМА СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

Âпокрытиях производственных зданий в зависимости от назначения здания и условий эксплуатации следует применять фермы: с параллельными поясами –

153

Сопряжение стропильных ферм с колоннами может быть шарнирным или жестким (рамным). Рамное сопряжение следует применять, когда при шарнирном опирании ферм на колонны не обеспечивается требуемая жесткость рам каркаса здания.

Опирание стропильных ферм на колонны возможно в уровне нижнего или верхнего поясов. Опирание в уровне нижнего пояса предпочтительно в зданиях с крановыми нагрузками, требующими устройства контурных (поперечных и продольных) горизонтальных связей покрытия, при рамном сопряжении ферм с колоннами. Опирание ферм в уровне верхнего пояса повышает надежность эксплуатации кровли в ендовах и более удобно при производстве монтажных работ.

При проектировании стропильных ферм должна быть обеспечена их габаритность по условиям транспортировки. Предельный размер по высоте между крайними точками выступающих элементов не должен превышать 3,86 м. Для достижения габаритности ферм по высоте, при больших уклонах кровли и больших пролетах следует предусматривать устройство монтажных стыков для исключения негабаритных участков фермы.

Членение ферм по длине на отправочные марки следует производить согласно Инструкции по поставке стальных конструкций заводами металлоконструкций (ВСН-141-80/ ММСС СССР): фермы пролетами 24 и 30 м поставляются двумя отправочными марками, пролетом 36 м – тремя отправочными марками. Отправочные марки могут поставляться длиной более 15 м при условии их вывоза транспортом заказчика.

Для ферм пролетом свыше 36 м следует предусматривать строительный подъем, равный прогибу от постоянных и длительных временных нагрузок.

7.5. ÒИПЫ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ. ÐЕКОМЕНДУЕМЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Стропильные фермы, в основном, проектируют: из парных горячекатаных уголков; из замкнутых прямоугольных гнутосварных профилей; из круглых электросварных труб; с поясами из тавров и решеткой из горячекатаных уголков; с поясами из широкополочных двутавров и решеткой из замкнутых прямоугольных гнутосварных профилей или горячекатаных уголков. Возможно также применение ферм из одиночных уголков.

Фермы из парных горячекатаных уголков по своим конструктивным особенностям можно применять во всех климатических районах в сочетании с легкими и тяжелыми ограждающими конструкциями при пролете зданий – 18 ÷ 42 м. Однако изза наличия узловых фасонок и других листовых деталей они многодельны, материалоемки и могут применяться только в обоснованных случаях. Не допускается эксплуатация этих ферм в средне- и сильноагрессивной среде из-за щелей между уголками. Не следует также их применять при внеузловых нагрузках, вызывающих значительный местный изгиб поясов. Характерные решения конструкции узлов стропильных ферм из парных горячекатаных уголков приведены на рис.7.3, 7.4.

Фермы из замкнутых гнутосварных прямоугольных и квадратных труб весьма экономичны благодаря рациональной форме профиля и бесфасоночным соединениям элементов решетки с поясами. Наиболее целесообразной областью применения таких ферм являются пролеты зданий до 30 м в сочетании с легкими ограждающими конструкциями. При больших нагрузках и пролетах их эффективность, учитывая повышенную стоимость профилей, снижается. Сравнительно высокая жесткость профилей позволяет воспринимать внеузловые нагрузки. Необходимо

154

Рис.7.4.Монтажные стыки ферм из парных горячекатаных уголков à - стык верхнего пояса фермы; á - стык нижнего пояса фермы

155

однако учитывать, что при изготовлении профилей ударная вязкость материала в местах гибов снижается, поэтому без дополнительной термообработки поясов и опорных раскосов применять эти фермы в условиях эксплуатации при расчетной температуре наружного воздуха ниже минус 40°С не допускается. Рекомендуемые конструктивные решения наиболее ответственных узлов ферм из замкнутых гнутосварных прямоугольных и квадратных труб показаны на рис.7.5, 7.6.

Рис.7.5. Узлы фермы из гнутосварных профилей

à – опорный узел; á – узел примыкания раскосов;

â – узел крепления вертикальных связей

156

1

2-2

2

Рис.7.6. Узлы ферм из гнутосварных профилей à – стык сжатого пояса; á – стык растянутого пояса

Фермы из круглых электросварных труб по расходу стали относятся к числу наиболее эффективных конструкций. Круглая форма поперечного сечения профиля обеспечивает по сравнению с открытыми профилями той же площади, повышенную общую и местную устойчивость стержней, а также возможность бесфасоночного соединения элементов решетки с поясами. К достоинствам этого типа ферм следует отнести и возможность использования высокопрочных сталей.

Фермы из круглых труб рекомендуется применять в сочетании с легкими ограждающими конструкциями (стальной профилированный настил и другие анало-

157

гичные материалы) ввиду ограниченной несущей способности поясов при восприятии непосредственно воздействующих на них узловых сосредоточенных нагрузок. Целесообразно их использование в зданиях с повышенной агрессивной средой. При применении ферм из круглых труб следует учитывать необходимость фигурных резов концов элементов решетки при их бесфасоночном соединении с поясами, что практически возможно только на заводах, оснащенных специальными машинами.

Фермы с поясами из тавров и решеткой из горячекатаных уголков являются одним из самых рациональных конструктивных решений универсального назначе- ния. Область применения таких ферм аналогична фермам из парных горячекатаных уголков, но в отличие от последних фермы с поясами из тавров за счет существенного сокращения количества листовых деталей менее трудоемки в изготовлении и имеют меньшую, на 10 –12 %, массу.

Фермы с поясами из широкополочных двутавров из-за особенностей сортамента этих профилей могут быть в достаточной степени эффективны при пролетах 30 м и более. При пролетах 24 м такие фермы можно применять при больших нагрузках. Они также могут быть использованы при наличии внеузловых нагрузок.

Решетку ферм экономически целесообразно выполнять из замкнутых гнутосварных профилей с креплением к поясам впритык, без фасонок. Однако следует иметь в виду, что такое решение требует повышенной точности изготовления. Некоторые из реализованных в практике решений узлов стропильных ферм с поясами из широкополочных двутавров представлены на рис.7.7.

Возможна решетка из горячекатаных уголков с узловыми соединениями на фасонках. В этом случае повышается трудоемкость изготовления и растет материалоемкость ферм, в связи с чем такой вариант может быть использован лишь при соответствующем обосновании.

Фермы из одиночных уголков по расходу стали и трудоемкости изготовления малоэффективны, поэтому не могут быть рекомендованы для широкого применения. Возможной областью рационального использования таких ферм могут быть здания с агрессивной средой, так как элементы ферм легко доступны для нанесения антикоррозионной защиты.

7.6. ÐАСЧЕТ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

Расчетную схему стропильных ферм принимают в виде стержневой системы с шарнирными или жесткими узловыми соединениями. Шарнирные соединения стержней в узлах допускается принимать:

∙для стропильных ферм из парных и одиночных уголков и с поясами из тавров;

∙для стропильных ферм из трубчатых профилей (прямоугольных и круглых), а также ферм с поясами из широкополочных двутавров и решеткой из замкнутых гнутосварных профилей, если отношение высоты сечения к длине элемента не превосходит 1/10 при эксплуатации ферм в районах с расчетной температурой наружного воздуха минус 40°С и выше и не более 1/15 – при эксплуатации ферм в районах с температурой наружного воздуха ниже минус 40°Ñ.

При расчете ферм с учетом жесткости узлов следует принимать во внимание возникающие при этом дополнительные изгибающие моменты в стержнях вследствие искривления стержней от перемещения узлов под нагрузкой. При этом в фермах с поясами из двутавров и решеткой из уголков эти моменты допускается учитывать только в поясах и опорных раскосах (в предположении шарнирного присоединения остальных элементов решетки к неразрезным поясам).

158

5

Рис.7.7.Узлы ферм с поясами из широкополочных двутавров

à - опорный узел (вариант 1); á - то же (вариант 2); â - узел примыкания раскосов и стоек (вариант 1); ã - то же (вариант 2); ä - стык стропильной фермы (верхний пояс); å - òî æå

(нижний пояс)

159

Расчет ферм с учетом жесткости узлов следует выполнять с использованием ЭВМ. При вычислении дополнительных моментов от жесткости узлов приближенными методами осевые усилия допускается определять по шарнирной схеме. При наличии внеузловых нагрузок, а также при отсутствии в узлах ферм центрации стержней по центрам тяжести, элементы ферм следует рассчитывать с учетом соответствующих изгибающих моментов. Эксцентриситеты в узлах, за исключением опорных, допускается не учитывать, если они не превышают:

∙в фермах из уголков и с поясами из тавров – 5 % высоты пояса;

∙в фермах с поясами из двутавров и трубчатых сечений – 10 % высоты пояса с расположением эксцентриситетов по одну сторону его оси.

Моменты от смещения осей поясов ферм при изменении сечений допускается не учитывать, если это смещение не превышает 1,5 % высоты пояса.

В фермах, рассчитываемых по шарнирной схеме, моменты от внеузловых нагрузок допускается учитывать только в поясах, определяя их значения в поясе как в неразрезной балке на шарнирных опорах. При этом расчетный момент в пролете рекомендуется принимать с коэффициентом 1,2, учитывая упругую податливость опор. При наличии эксцентриситетов в узлах узловые моменты следует распределять пропорционально погонной жесткости примыкающих к узлу элементов. Рас- чет элементов стропильных ферм на прочность и устойчивость в зависимости от действующих в них усилий (только осевые силы или осевые силы с изгибающими моментами) производят по соответствующим формулам СНиП II-23-81*.

При наличии изгибающих моментов от жесткости узлов прочность элементов следует определять по формуле (50) СНиП II-23-81*, в которой коэффициент условий работы γñ принимается 1,2. В этом случае напряжения от осевой силы и изгибающих моментов без учета жесткости узлов не должны превышать рас- четного сопротивления стали.

Расчет ферм с жесткими узловыми соединениями рекомендуется производить по следующей схеме:

∙определяют усилия и сечения стержней, как в ферме с шарнирными узлами;

∙исходя из требований к конструктивным решениям узлов (необходимость зазоров между примыкающими к узлу элементами решетки, возможность установки болтов и др.) и размеров сечений элементов определяют наличие эксцентриситетов и их величины;

∙вычисляют усилия в стержнях ферм с учетом жесткости узлов на основе ранее подобранных сечений и полученных значений эксцентриситетов и по этим усилиям проверяют подобранные сечения;

∙в необходимых случаях осуществляют корректировку сечений. Примеры расчета стропильных ферм приведены в п.7.10.

7.7. ÑВЯЗИ ПОКРЫТИЯ

Связи покрытия создают общую жесткость каркаса здания, обеспечивают пространственную работу поперечных рам с перераспределением местных нагрузок (например, крановых), приложенных к одной из рам, на соседние рамы с уменьшением горизонтальных деформаций в уровне подкрановых балок. Связи воспринимают ряд горизонтальных нагрузок таких, как ветровая, сейсмическая, обеспе- чивают устойчивость сжатых элементов покрытия и заданную геометрию каркаса при монтаже.

В пределах покрытия в общем случае должны назначаться следующие системы связей: поперечные и продольные горизонтальные связи в плоскости верхних и

160