
- •Введение
- •1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях
- •1.2. Историческая справка. Вклад отечественных инженеров и ученых в теорию и практику инженерных конструкций
- •2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций
- •2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация
- •2.2. Механические свойства металлов
- •2.3. Сортамент металла
- •Контрольные вопросы
- •3. Основные положения расчета инженерных конструкций
- •3.1. Суть метода расчета по предельным состояниям
- •3.2. Нагрузки и воздействия
- •Сочетания нагрузок
- •3.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов
- •Контрольные вопросы
- •4. Расчет элементов металлических конструкций
- •4.1. Основные положения расчета
- •4.2. Расчет центрально-растянутых элементов
- •4.3. Расчет центрально-сжатых элементов
- •4.4.Расчет изгибаемых элементов
- •4.5. Расчет внецентренно - сжатых элементов
- •Контрольные вопросы
- •5. Соединения в металлических конструкциях
- •5.1.Сварные соединения
- •5.1.1. Сварка в строительстве
- •5.1.2. Виды сварки
- •5.1.3. Виды сварных швов и соединений
- •5.1.4. Расчет стыковых и угловых швов
- •5.2. Заклепочные и болтовые соединения
- •5.2.1. Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях
- •5.2.2. Расчет и конструирование болтовых и заклепочных соединений
- •Контрольные вопросы
- •6. Основы проектирования балок и балочных клеток
- •6.1.Назначение балок, их типы и область применения
- •6.2. Основы проектирования балочных клеток
- •6.3. Основные положения расчета балок
- •6.4. Расчет балок
- •Расчет поясных соединений
- •7. Колонны и стойки
- •7.1. Типы колонн и стоек
- •7.2. Расчет колонн
- •7.3. Типы и конструкции оголовков и баз колонн
- •Контрольные вопросы.
- •8. Проектирование ферм гражданских и общественных зданий
- •8.1. Назначение и основные группы ферм
- •8.2. Стропильные фермы и их типы
- •8.3. Определение генеральных размеров ферм
- •8.4. Элементы кровельного покрытия по металлическим фермам
- •8.5. Основы расчета стропильных ферм
- •8.6. Общие принципы конструирования ферм
- •Контрольные вопросы
- •9. Стальные каркасы зданий средней и малой этажности
- •9.1. Область применения стальных каркасов
- •9.2. Каркасы производственных зданий
- •9.3. Легкие металлические конструкции зданий
- •Контрольные вопросы
- •10. Стальные каркасы высотных зданий
- •10.1. Назначение и системы стальных каркасов
- •10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы
- •10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы
- •10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий
- •10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов
- •10.6. Противопожарная защита стальных каркасов
- •Контрольные вопросы
- •11. Конструкции большепролетных покрытий
- •11.1. Область применения и классификация большепролетных покрытий
- •11.2. Балочные конструкции покрытия
- •11.3. Рамные конструкции
- •11.4. Арочные покрытия
- •11.5. Купола
- •11.6. Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий
- •Контрольные вопросы
- •12. Висячие покрытия
- •12.1. Общая характеристика висячих покрытий
- •12.2. Конструктивные элементы висячих покрытий
- •12.3. Основы расчета висячих покрытий и способы уменьшения их деформативности
- •12.4. Конструктивные решения висячих покрытий
- •12.4.1. Конструктивные решения однопоясных покрытий
- •12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий
- •12.4.3. Конструктивные решения седловидных шатровых покрытий
- •12.4.4. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
8.5. Основы расчета стропильных ферм
Расчет стропильных ферм сводится к определению нагрузок, действующих на ферму, приложению этих нагрузок в узлы ферм, определению усилий в стержнях ферм и подбору сечения элементов ферм.
Нагрузки. Нагрузками на строительные фермы являются: постоянная - вес кровли, собственный вес конструкций и вес подвесного потолка (если он имеется), временная нагрузка от снега и ветра (в промышленных зданиях может быть еще нагрузка от подвесного подъемно - транспортного оборудования).
Как правило, нагрузки, действующие на стропильные фермы, являются равномерно распределенными и подсчитываются на 1 м2 площади покрытия. Нагрузки на узлы фермы определяются путем умножения грузовой площади одного узла на нагрузку, приходящуюся на 1 м2. Тогда сосредоточенная сила, приложенная в узел фермы, будет определяться следующим образом. Расчетное значение временной нагрузки от снега на 1м2:
,
(3.1)
где S0 – характеристическое значение снеговой нагрузки равное весу снегового покрова на 1м2 грунта, принимается по ДБН В.1.2-2:2006. Нагрузки и воздействия;
С=*Се*Сalt,
где: - коэффициент перехода от веса снегового покрова на поверхности земли к снеговой нагрузке на покрытие [по ДБН В.1.2-2:2006],
Се – коэффициент, учитывающий режим эксплуатации кровли [по ДБН В.1.2-2:2006],
Сalt – коэффициент географической высоты, определяемый по формуле:
Сalt=1,4Н+0,3(при Н≥0,5км),
Сalt=1(при Н0,5км)
fm=1,4 при qкрн/S00,8; fm=1,6 при qкрн/S0 0,8
Узловая нагрузка на ферму:
,
где a-размер верхней панели фермы (расстояние между прогонами);
В - шаг фермы.
Предельное расчетное значение нагрузки на 1м2 кровли
Таблица 8.5.1
№ |
Составляющие нагрузки |
Эксплуатационное значение нагрузки, кН/м2 |
Коэффициент надежности по предельной нагрузке fm |
Предельное расчетное значение нагрузки, кН/м2 |
1. |
Защитный слой |
0,21 |
1,2 |
0,252 |
2. |
Гидроизоляция /5 слоев на мастике/ |
0,2 |
1,1 |
0,22 |
3. |
Стяжка t=20мм =18 кН/м3 |
0,36 |
1,2 |
0,432 |
4. |
Утеплитель толщиной t, объемный вес |
t· |
1,3 |
1,3·t· |
5. |
Пароизоляция |
0,04 |
1,1 |
0,044 |
6. |
Железобетонная плита |
1,5 – 1,8 |
1,1 |
|
7. |
Ферма со связями |
0,3 – 0,35 |
1,05 |
|
|
Итого: |
q крн |
|
q кр |
Требуемая толщина утеплителя определяется теплотехническим расчетом.
Предельные расчетные значения нагрузок для других составов кровель.
Таблица 8.5.2
№ |
Элемент кровли |
Эксплуатационное значение нагрузки, кН/м2 |
Коэффициент надежности по предельной нагрузке fm |
Предельное расчетное значение нагрузки, кН/м2 |
1. |
Стальной профилированный настил (t=1) |
0,15 |
1,05 |
0,156 |
2. |
Прогоны |
0,12-0,18 |
1,05 |
0,126-0,189 |
3. |
Утеплитель из пенопласта t=100мм =0,5 кН/м3 |
0,05 |
1,2 |
0,06 |
Определение усилий в стержнях ферм обычно осуществляется графическим методом путем построения диаграммы Максвелла - Кремоны или на ЭВМ с помощью прикладных программ «ЛИРА» или «СКАД». При этом считают, что все стержни соединяются в узлах шарнирно и стропильные фермы представляют собой статически определимые системы. Определение площади сечения элементов ферм производится на суммарные, наибольшие усилия, действующие в элементах.
Чаще всего стержни легких стропильных ферм компонуются из 2х равнополочных или неравнополочных уголков, расположенных тавром. Так, для верхнего сжатого пояса более рациональным являются применение 2-х неравнополочных уголков составленных короткими полками вместе (рис. 8.12.а), хотя возможно использование и равнополочных уголков (рис. 8.12.б). Стойки и раскосы обычно принимают из 2-х равнополочных уголков, расположенных тавром (рис. 8.12.в). Сечения элементов ферм могут быть из одиночных уголков, из труб, тавров и гнутых тонкостенных профилей (рис. 8.12 г, д, е).
Так как стержни ферм в узлах соединяются между собой при помощи фасонок, то для их пропуска между уголками оставляется соответствующий зазор.
Подбор сечения сжатых стержней назначается с определения требуемой площади:
,
где - коэффициент продольного изгиба,
n – коэффициент надежности по уровню ответственности здания,
с - коэффициент условий работы.
При предварительном подборе сечения задаемся гибкостью =100…60 для поясов и =120…80 для решетки (меньше значения для трубчатых ферм). Важно правильно определить lx,ef; ly,ef расчетные длины элементов соответственно в плоскости и из плоскости фермы
,
где - коэффициент приведения расчетной длины, зависящий от вида закрепления концов стержня. В фермах из уголков и тавров для поясов и опорного раскоса принимается равным 1, для элементов решетки в плоскости фермы – 0,8; а из плоскости - 1; в фермах из труб и гнутых профилей замкнутого сечения с бесфасоночными узлами для элементов решетки – 0,9 как в плоскости так и из плоскости фермы; l - геометрическая длина стержня, в плоскости фермы определяется расстоянием между закрепленными точками /закрепление возможно связевыми распорками, прогонами, закрепленными в узлах связевых ферм, жесткими плитами или панелями покрытия/, для элементов решетки расстояние между узлами.
Минимальный профиль уголка, применяемый в стропильных фермах 50 х 5.