Расстояние между фермами: Как правильно рассчитать фермы для навесов: чертеж и правила сборки – виды, расчет и чертежи, как правильно сварить своими руками

4. Расчёт ферм

Лекция 10

Фермы

Определение расчётной нагрузки.

Нагрузки прикладывается, как правило, к узлам фермы. Если нагрузка приложена в панели, то в основной расчётной схеме она распределяется между соседними узлами, при этом дополнительно учитывается местный изгиб пояса.

Усилия в стержнях определяют отдельно для каждой нагрузки:

• постоянная – от веса кровли, собственного веса ферм и связей;

• временная – полезная нагрузка на чердачное перекрытие, подвесное подъёмно-транспортное оборудование;

• кратковременная – снег, ветер.

Расчётная постоянная нагрузка:

, кН/м² – собственный вес фермы и связей;

, кН/м² – вес кровли;

α – угол наклона верхнего пояса к горизонту;

b – расстояние между фермами;

d_i и d_i-1 – длины примыкающих к узлу панелей;

γ_f – коэффициент надёжности для постоянных нагрузок.

Расчетная узловая нагрузка от снега:

S – расчётное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной проекции кровли;

(Нормативное значение снеговой нагрузки определяется умножением расчётного значения на коэффициент 0,7)

При расчёте учитывается возможное неравномерное распределение снегового покрова около фонарей или перепадов высот.

Давление ветра учитывается на поверхности с α>30°.

Соответствие расчётной схемы действительной работе стержней.

Соединение при помощи фасонок – жёсткая многоячейковая рама. Даже при

Fстрого приложенных в узлах, в стержнях возникаютN,Q и M.

σ_M = (0,1÷0,2)σ_N; σ_факт < на 10-20% от σ_теор(по шарнирной схеме) для большинства ферм при соотношении размеров стержнейh/l ≤ 1/15, работающих в нормальных условиях эксплуатации.

Определение расчётных усилий в стержнях фермы.

Вычисляют основные и дополнительные напряжения:

основные – по идеализированной расчётной схеме при работе на осевые усилия;

дополнительные – возникающие в связи с фактической жёсткостью узлов; допускается не учитывать:

для обычных стержней с h/l ≤ 1/15;

для жёстких стержней (двутавровых, трубчатых сечений) с h/l ≤ 1/10

при t°_расчдо -40° иh/l ≤ 1/15 приt°_расчниже -40°

Расчёт ферм выполняют с применением стандартных вычислительных комплексов.

Классические методы: графический (диаграмма Максвелла-Кремоны), аналитический (вырезание узлов).Определение расчётной длины сжатых стержней.

Рис.10.1. Схема деформаций стержней при потере устойчивости сжатого стрежня.

Чем больше примыкает к стержню растянутых стержней, тем > защемление стержня в узле→ <l_ef. Влиянием сжатых стержней на защемление пренебрегают.

Расчетная длина стержня в плоскости фермы .

Сжатый пояс: (примыкает по одному растянутому раскосу) ;μ=1.

Сжатый стержень решетки: (в верхнем узле примыкает растянутый раскос, в нижнем – растянутые панели и раскос)

;

Опорный восходящий раскос: (аналогично сжатому поясу) ;

Расчётная длина стержня из плоскости фермы .

l₁ – расстояние между узлами, закреплёнными связями от смещения из плоскости.

Если по верхнему поясу уложены жёсткие металлические или железобетонные панели, приваренные или закреплённые к поясу на болтах то l₁ – расстояние между узлами.

Если прогон не прикреплен к диагоналям связей в месте их пересечения, то

l₁=2d_в.

Если свободная длина панели из плоскости l₁=2d_ви в панелях действуют различные по величине усилияN₁>N₂то.

Рис.10.2. Схемы для определения расчётной длины пояса фермы из плоскости: а – схема фермы; б – схема связей между фермами (вид сверху).

Компоновка сечений из 2-х уголков.

Требование равноустойчивости в 2-х плоскостях

.

Для таврового сечения из 2-х уголков:

Из равнополочных уголков – применяется для стержней решётки, т.к. имеет большую жёсткость вне плоскости фермы:(для сжатого раскоса ).

Из уголков, составленных меньшими полками – применяют для стержней с . В таком сечении→.

Из уголков, составленных бóльшими полками – применяют для стержней с. (Стержни верхнего пояса, если все узлы раскреплены связями, опорные раскосы). При таком сечении ширина верхнего пояса мала, что приводит к снижению поперечной жёсткости фермы. Поэтому для поясов применяют сечение (б).

Предельные гибкости стержней.

Для сжатых стержней устанавливается величина предельной гибкости , (табл. 19^*СНиПII-23-81^*):

пояса, опорные раскосы и стойки, передающие опорные реакции ;

другие сжатые стержни .

.

Для растянутых стержней (табл. 20^*

СНиПII-23-81^*):

пояса и опорные раскосы плоских ферм

Как рассчитать навес из металла — О тенте

Навес является одной из самых распространенных конструкций, к строительству которой люди прибегают достаточно часто, не имея практически никакого опыта и навыков в данной сфере. Дело в том, что в большинстве случаев навесы сооружаются для того, чтобы защитить от воздействия климатических условий, осадков и некоторых других повреждений тот или иной предмет. Чаще всего закрывается таким образом автомобиль, детская площадка, небольшая территория на дачном участке, отведенная под отдых на природе. Также навес можно соорудить для защиты бассейна от попадания в него мусора. От того, в каких именно целях используется навес, для него может быть выбран соответствующий материал, форма и инструменты для возведения конструкции. Так, например, обычный теневой навес может быть сделан из нескольких деревянных или металлических стоек и накинутого сверху тента. Для более массивных сооружений этого будет недостаточно, и, скорее всего, вам придется прибегнуть к некоторым дополнительным элементам, которые позволят укрепить всю конструкцию.

В большинстве случаев навесы сооружаются для защиты от воздействия климатических условий, осадков тот или иной предмет.

К таким элементам относятся металлические фермы, которые используются не только для сооружения навесов, но и имеют широкое распространение в таком виде конструкций, как ангары. Данные конструкции имеют стержневые основы, которые могут быть использованы как для перекрытия, так и для его основы. Такое широкое распространение фермы получили благодаря тому, что они оказываются и в процессе монтажа, и в процессе дальнейшей эксплуатации намного выгоднее, нежели обычные балки. Высокие показатели прочности и устойчивости перед механическими и химическими воздействиями оправдывают в полной мере усилия и время, потраченные на возведение навеса именно из этого материала. Из отдельных стержней сооружаются абсолютно любые геометрические фигуры, которые позволяют возвести навес для любых целей. При этом стоит отметить еще и тот факт, что материал практически не подвержен никаким коррозийным проявлениям, вес конструкции существенно ниже, чем вес привычных деревянных или бетонных каркасов для навесов. Все это позволяет говорить о том, что более подходящего материала для возведения крупного навеса найти пока невозможно.

Вам может быть интересно: Сайт о канализации.

Основные элементы ферм для навесов и их расчет

Схема фермы для навеса.

Данное сооружение является так называемым каркасом всего покрытия. Для того чтобы поставить ферму, необходимо несколько прямых стержней, которые соединяются между собой в узлах. Узлы могут быть шарнирными и жесткими. В результате строение представлено:

• верхним и нижним поясами;
• стойками;
• раскосами.

На основе данной конструкции и по ее принципу сооружается масса строений. Например, с помощью ферм возводятся павильоны, сцены, мосты, гаражи, заводы и многое другое. Поэтому, если в ваших планах есть соорудить что-то из списка выше, то навыков, полученных в результате установки навеса, вам обязательно должно хватить.

Если вы намерены поставить навес именно с помощью данных материалов, то у вас будет 2 способа, с помощью которых можно будет осуществить это мероприятие.

Схема устройства навеса из поликарбоната.

Первый, самый простой, заключается в том, что вы приобретаете фермы в готовом виде. Данный вариант подходит тем, у кого имеется достаточное количество материальных средств, но нет желания и возможностей приступать к самостоятельному сооружению.

Если же вы намерены сэкономить на строительстве навеса, то вы, скорее всего, предпочтете другой путь. Связан он с тем, что все монтажные работы будут осуществляться вами самостоятельно. При этом особое внимание нужно будет обратить на необходимость осуществления большого количества расчетов нагрузок, которые оказываются на все элементы конструкции. Именно согласно этим данным нужно будет выбирать тот или иной материал. После того как материалы будут выбраны и подготовлены, нужно будет приступать к монтажу всей системы. Если что-то будет сделано не так, то ферма из профильных труб не сможет прослужить вам столько времени, на которое вы рассчитываете. Многое зависит от того, под каким углом будет накрыта крыша навеса.

Вернуться к оглавлению

Как правильно рассчитать ферму для навесов?

Схема расчета треугольной фермы.

В соответствии с требованиями СНиП, для расчета конструкции для того или иного навеса (независимо от его формы и функциональной принадлежности) необходимо пройти через несколько стадий в процессе определения нагрузки на сооружение. Для этого сначала необходимо выбрать схему строения. На данном этапе определяются контуры поясов фермы. Зависит эта схема от того, какие функции должен будет выполнять навес, от того, какая крыша будет на нем, и от того, под каким углом она будет размещаться.

После этого вам предстоит определиться с размерами будущего строения. Высота фермы будет зависеть от того, какой кровельный материал планируется наносить на нее, от того, будет ли ферма стационарной или передвижной. Длина же определяется в соответствии с принципами экономии. В том случае если пролеты между стойками будут превышать расстояние в 36 метров, необходим будет еще и расчет строительного подъема. Это так называемый обратный изгиб сооружения от ощущаемых нагрузок. Далее вы должны будете определить размеры панелей. Зависит это от того, каким является промежуток между деталями, распределяющими нагрузку на всю конструкцию. Помимо этого, панели должны соответствовать углу раскоса фермы. В зависимости от панелей и их размеров, определяется еще и расстояние между узлами ферм. Эти показатели должны совпадать.

И все-таки, даже если все вышеперечисленные этапы показались вам достаточно простыми, стоит посоветоваться с профессиональным конструктором. Он даст вам советы относительно схемы, которую вы составите, что-то подкорректирует. Только тогда можно будет переходить непосредственно к реализации проекта. Другой вариант связан с тем, что на этапе составления схемы можно пользоваться уже готовыми материалами и расчетами. Так, например, многие конструкторы в своих блогах делятся уже имеющимся опытом. И если показатели их сооружения схожи с вашими, то нет ничего дурного в том, что за основу вы возьмете уже проверенную схему.

Вернуться к оглавлению

Как рассчитать конструкцию классической фермы

Схема треугольной стропильной фермы.

Одним из самых распространенных видов ферм является ферма-арка. В ее состав входит 2 пояса: верхний и нижний. Направляющим здесь будет именно нижний пояс, который выполняется в виде дуги. Соединение профилей осуществляется с помощью так называемых ребер жесткости. Радиус самой арки может иметь абсолютно любые размеры. Выбор ваш будет зависеть в большей степени от природных условий, в которых располагается здание и от его высоты. Ну и, конечно же, многое находится в прямой зависимости от имеющихся у вас материальных средств. Ведь чем выше арка и сама ферма, тем дороже она будет стоить.

Самым главным качеством и фактором, на который нужно обратить особое внимание, станет такой показатель, как несущая способность фермы. Она тоже зависит от высоты, так как чем выше сооружение, тем меньшее количество снега будет на нем задерживаться. Помимо этого, на возможность противостоять нагрузкам будет влиять еще и то, какое количество ребер жесткости будет закреплено в ферме. Все детали между собой должны быть закреплены максимально прочно, поэтому лучше всего самостоятельно сварить ферму для навеса.

Для ферм использование металлических профильных труб наиболее предпочтительно, так как они практически не деформируются, позволяют возводить массивные сооружения, вес которых получается незначительным, так как внутри все эти трубы пустые. Помимо вышеуказанных преимуществ, можно отметить еще и то, что стоимость готового навеса окажется минимальной по сравнению с остальными вариантами. Ну и, как уже было сказано, все это приводит к тому, что прослужат такие конструкции очень долго.

Вернуться к оглавлению

Какие данные нужны для расчета нагрузки на ферму?

Схема висячих стропил.

Сперва необходимо определиться со значениями коэффициента μ (определяет переход нагрузки снега на земле на нагрузку снежного покрова на навес) на каждом пролете верхнего пояса. Для этого вам потребуется определиться с углом наклона касательных. Так, например, на первом пролете угол будет равен примерно 48°, на втором — 40°, на третьем — 30°.И так, с каждым пролетом угол будет уменьшаться. Формула нагрузки на навес рассчитывается из показателей Q и l. Здесь Q — нагрузка от снежного покрова на первый узел фермы, l — длина металлических стержней. Для того чтобы рассчитать их, вам нужно вычесть cos угла, под которым располагается перекрытие. В связи с этим, на 1 пролете μ = cos1.8.48 = 0,07. Для того чтобы рассчитать l, нужно cos этого угла умножить на 0,6, поэтому l = 0.6.cos48 = 0.4 м. Что касается нагрузки на навес, то формула ее расчета представляет собой произведение l и μ и 180. Таким образом, Q = 180.0.07.0.4 = 5 кг. В соответствии с другими показателями, эти же показатели будут равны следующим значениям: на 2 пролете μ = 0.3, l = 0.5 м, Q = 29 кг. На 3 пролете μ = 0.5, l = 0.54 м, Q = 56 кг.

Соединив вместе все показатели, вы сможете рассчитать общую нагрузку фермы на почву, а также выбрать правильные материалы и их габариты (например, длину балок).

Итак, в соответствии с требованиями СНиП, именно фермы из металлических профильных труб способны и противостоять нагрузкам (от снега, ветра и дождя), и не слишком сильно «давить» на поверхность земли. Для того чтобы соорудить большой навес, вам потребуются трубы с сечением 40*40 мм, толщина стенок которых будет равна 3 мм. Чуть тоньше (2 миллиметра) потребуются трубы для навесов длиной от 4,5 до 5,5 метров. Остальные показатели останутся такими же. Ну, а габариты маленького навеса должны быть примерно равными 40*20 мм. Для перекрытия, крыша которого располагается под уклоном в 25-30°, необходимо выбрать треугольную форму ската. При этом если длина одного пролета не превысит 30 метров, то высота козырька в таком случае должна составлять приблизительно пятую часть от длины пролета. Благодаря этому, весить данная ферма будет немного.

Общие сведения о металлических мостах со сквозными фермами

Пролетные строения со сквозными фермами применяются главным образом для перекрытия средних и больших пролетов, где балки со сплошными стенками получаются тяжелыми и сложными.

Стержневая ферма является как бы скелетом балки – вместо сплошного вертикального листа стенки здесь поставлена стержневая решетка, элементы которой вместе с поясами образуют геометрически неизменяемую систему. В стержневых фермах при узловой нагрузке все элементы работают на центральные осевые силы, что позволяет рационально использовать рабочие площади их сечений.

Однако при небольших пролетах экономия металла не достигается или получается незначительной из–за неизбежных излишков в площадях сечений стержней, обусловленных ограничениями в использовании малых номеров профильного проката, необходимостью выдерживать нормируемую гибкость стержней и т. п. Трудоемкость изготовления и общая стоимость сквозных ферм малых пролетов оказываются выше, чем балок со сплошной стенкой.

Точно установить границы целесообразного применения сквозных ферм не представляется возможным, так как они зависят от многих условий: состояния техники изготовления на заводах, условий перевозки и монтажа, строительной высоты, системы моста, качества стали. Решение вопроса каждый раз определяется конкретными условиями проектирования моста.

В мостах используются сквозные пролетные строения с разрезными, неразрезными и консольными фермами при езде поверху и понизу (рис. 1).

Рис. 1 – Схемы мостов со сквозными фермами

Простейшее пролетное строение с ездой поверху (рис. 2) состоит из двух главных ферм, соединенных верхними и нижними продольными связями, а также опорными и промежуточными поперечными связями. Продольные связи формируются как горизонтальные фермы: их поясами служат пояса главных ферм.

Рис. 2 – Схема пролетного строения с ездой поверху: 1 – элементы опорных поперечных связей; 2 – решетка верхних продольных связей; 3 – элементы главной фермы; 4 – решетка нижних продольных связей; 5 – элементы промежуточных поперечных связей

Поперечные связи размещаются в плоскостях крайних и промежуточных стоек главных ферм. Расстояние между смежными узлами пояса фермы называют панелью.

Геометрическая неизменяемость пролетного строения, представляющего собой пространственную конструкцию, обеспечивается неизменяемостью шести его плоских граней: главных ферм, систем верхних и нижних продольных и опорных поперечных связей.

Полученную горизонтальную нагрузку ферма верхних продольных связей передает опорным поперечным связям, а последние – через опорные части на опоры моста. Горизонтальная нагрузка от нижних продольных связей передается непосредственно на опорные части пролетного строения.

Промежуточные поперечные связи предназначены выравнивать вертикальную нагрузку между главными фермами при неодинаковом их загружении и повышать сопротивление пролетного строения кручению. Кроме того, при современной технологии сборки больших пролетных строений без устройства поддерживающих подмостей (навесным или полунавесным способами) промежуточные поперечные связи должны обеспечивать геометрическую неизменяемость пролетного строения в процессе его сборки, когда одна из систем опорных поперечных связей отсутствует.

К основным размерам пролетного строения относятся: расчетный пролет l, высота ферм h, измеряемая между осями верхнего и нижнего поясов, расстояние между фермами B, длина панели d и угол наклона раскосов к вертикали α (рис. 3, а).

Рис. 3 – Основные размеры пролетного строения

Высота главных ферм h при езде поверху определяется, как правило, требованиями вертикальной жесткости и экономичности. Показателем достаточной жесткости является величина прогиба ферм от нормативной временной вертикальной нагрузки. Для железнодорожных мостов прогиб не должен превышать ¹/₈₀₀l, а для автодорожных мостов – ¹/₄₀₀l.

Многолетняя практика проектирования показала, что наиболее экономичными по расходу металла фермы железнодорожных мостов получаются при высоте их h, равной (¹/₅–¹/₇)l.

В автодорожных мостах это отношение колеблется в пределах (¹/₅–¹/₁₀)l.

В ряде случаев высота ферм при езде поверху может быть назначена и меньшей с целью сокращения высоты и стоимости насыпи на подходах к мосту.

Назначение высоты ферм может быть также подчинено удобствам заводского изготовления. Например, для ферм разных пролетов высота может быть принята одинаковой с целью использования одних и тех же заводских обустройств (кондукторов, шаблонов и т. д.) для изготовления их элементов.

В городских условиях высота ферм пролетных строений, входящих в комплекс мостового перехода, иногда определяется архитектурными соображениями.

Расстояние между осями ферм B в пролетных строениях с ездой поверху зависит от числа путей (у железнодорожных мостов), ширины проезжей части и тротуаров (у автодорожных и городских мостов), конструкции проезжей части, а также от требований, предъявляемых к устойчивости пролетных строений и жесткости в горизонтальной плоскости.

При небольших пролетах мостов под однопутную железную дорогу (до 30–35 м) и при езде на деревянных, мостовых брусьях стандартных размеров, уложенных непосредственно на пояса ферм, минимальное расстояние между фермами может быть назначено таким же, как и у пролетных строений со сплошными стенками, т. е. 2,0–2,2 м.

Однако верхние пояса ферм при этом будут работать в трудных условиях на сжатие и местный изгиб в связи с внеузловым приложением нагрузки.

Длину панели d при опирании мостовых брусьев на пояса ферм стараются назначать по возможности меньшей, чтобы уменьшить изгибающий момент  в поясах, а высоту верхних поясов развивают до (¹/₅–¹/₇)l, учитывая работу поясов на сжатие с изгибом.

При пролетах более 35–40 м приходится увеличивать расстояние между фермами для обеспечения устойчивости пролетного строения и создания достаточной жесткости в горизонтальной плоскости. Обеспечить устойчивость можно, расположив, например, опорные части на более высоком уровне (рис. 3, б) или применив опорные части, способные воспринимать отрицательные реакции.

По требованиям жесткости пролетного строения в горизонтальной плоскости, основанным на опыте эксплуатации пролетных строений с ездой поверху, рекомендуется назначать расстояние между фермами не менее (¹/₁₆–¹/₂₀)l.

При расстоянии между фермами до 2,5 м можно применить деревянные мостовые брусья с увеличенной высотой. При большем расстоянии между фермами сечения деревянных брусьев оказываются непомерно большими.

В этом случае пролетное строение снабжают балочной клеткой, состоящей из поперечных балок, прикрепленных в узлах главных ферм, и продольных балок, опирающихся на поперечные (рис. 4). Стандартные мостовые брусья укладываются на продольные балки, расстояние между которыми 1,9–2 м. В таком пролетном строении обеспечивается узловая передача вертикальной нагрузки на главные фермы, и пояса работают на осевые усилия.

Рис. 4 – Схема пролетного строения балочной клеткой

Угол наклона раскосов к вертикали α в фермах зависит от длины панели и высоты ферм, поэтому при назначении этих размеров ферм приходится обращать внимание на получаемый наклон раскоса. При очень остром угле усилия в раскосах и их длина уменьшаются, но число раскосов и их суммарная длина возрастают; с увеличением угла растут усилия в раскосах и их длина, что приводит к увеличению сечений раскосов, однако при этом количество и общая протяженность раскосов сокращаются.

Наиболее выгодным по расходу металла и удобным для конструирования узлов является угол, близкий к 40°. Допустимыми являются углы в пределах от 30 до 50°. При иных значениях угла слишком высокими или широкими получаются узловые фасонки, неконструктивными оказываются прикрепления элементов и повышается расход металла на раскосы и в целом на фермы.

В условиях нашей страны с преобладающим равнинным характером рек для перекрытия русловых судоходных пролетов редко применяются пролетные строения с ездой поверху из–за их большой строительной высоты, от которой зависит общая высота моста и подходов к нему. Чаще используются пролетные строения с ездой понизу, отличающиеся малой строительной высотой.

У ферм этих пролетных строений целесообразно исключить концевые стойки и примыкающие к ним элементы верхних поясов, так как они не работают на вертикальную нагрузку. Очертание контура ферм в этом случае приобретает форму трапеции.

Пролетное строение с ездой понизу под однопутную железную дорогу формируется из двух главных ферм, соединенных верхними и нижними продольными связями, промежуточными и опорными поперечными связями (рис. 5). Расстояние между осями ферм здесь приходится увеличивать до 5,6–5,8 м, чтобы фермы размещались вне пределов габарита приближения строений. При больших пролетах это расстояние также определяется требованиями обеспечения поперечной устойчивости и горизонтальной жесткости.

Рис. 5 – Пролетное строение с ездой понизу: 1 – портальная рама; 2 – диагонали продольных связей; 3 – распорка продольных связей; 4 – верхний пояс фермы; 5 – промежуточные поперечные связи; 6 – нижний пояс фермы; 7 – поперечная балка; 8 – продольная балка; 9 – подвеска; 10 – раскос; 11 – стойка; 12  – продольные связи продольных балок

Наименьшая высота главных ферм определяется из условий размещения верхних продольных и поперечных связей за пределами габарита приближения строений и составляет 7,5–8,0 м.

В пролетном строении с ездой понизу увеличиваются длины элементов продольных связей и усложняется устройство поперечных связей. Опорные поперечные связи обычно размещают в плоскостях крайних раскосов и формируют в виде жестких рам, называемых портальными.

Промежуточные поперечные связи устраивают в плоскостях стоек или подвесок также в виде рам со сквозными или сплошными ригелями, расположенными выше габарита приближения строений.

Продольные и поперечные балки проезжей части для сокращения строительной высоты обычно располагают в одном уровне.

Продольные балки в пределах каждой панели представляют собой как бы небольшие пролетные строения. Они объединяются верхними продольными и промежуточными поперечными связями. Затрата металла на проезжую часть (продольные и поперечные балки) составляет существенную часть общего расхода металла на пролетное строение. Наименьший расход металла на балочную клетку с ездой на деревянных мостовых брусьях достигается при длине панели 5–6 м.

В редких случаях, при небольших пролетах, высота главных ферм принималась менее 7,5–8,0 м. При этом исключается возможность установки верхних продольных связей.

Для обеспечения поперечной жесткости открытых пролетных строений (рис. 6) поперечные балки объединяют со стойками ферм в жесткие полурамы, ригелями которых служат поперечные балки.

Рис. 6 – Пролетное строение с ездой понизу открытого типа

Верхние пояса ферм таких пролетных строений работают в очень неблагоприятных условиях как сжатые стержни, упруго закрепленные в местах установки полурам. При недостаточной жесткости полурам случались аварии подобных конструкций вследствие потери верхними поясами устойчивости.

Пролетные строения железнодорожных мостов подвержены воздействию значительных тормозных сил. Тормозные силы приложены к продольным балкам и если балки не закрепить в продольном направлении, то они будут смещаться вдоль пролета, изгибая поперечные балки в горизонтальной плоскости. Во избежание этого ставят специальные тормозные связи (рис. 7), прикрепляющие продольные балки к поясам главных ферм и передающие тормозные усилия с продольных балок в узлы главных ферм. Далее тормозные силы с поясов передаются на опоры через неподвижные опорные части.

Рис. 7 – Тормозные связи: 1 – пояс фермы; 2 – элементы тормозных связей; 3 – продольные балки; 4 – поперечная балка

В многопролетных мостах на каждой промежуточной опоре под одно из пролетных строений обычно устанавливают неподвижные опорные части, а под другое – подвижные, чтобы равномернее распределить между опорами нагрузку от тормозных сил.

Назначение генеральных размеров ферм

Вернуться на страницу «Фермы металлические»

Назначение генеральных размеров ферм

Длина фермы определяется ее пролетом, который устанавливают в зависимости от компоновочных и технологических требований. При опирании ферм сверху на опоры конструктивная длина, может быть определена по приближенной формуле:

где l₀ — расстояние между внутренними гранями опор; a — ширина опор.

Для средних пролетов неразрезных ферм, расчетные пролеты подсчитываются по осям опор.

Если ферма опирается сбоку на колонны, то ее конструктивная длина и расчетный пролет берут такими, как расстояние между внутренними гранями колонн.

Оптимальная высота фермы h, которая соответствует наименьшей массе или стоимости конструкции зависит от пролета l, очертания поясов, типа решетки и количества панелей n. Очевидно, что с увеличением высоты фермы снижается масса (стоимость) поясов, так как действующие в них усилия обратно пропорциональны высоте (N_n=M/h, где М – балочныйизгибающий момент в соответствующем сечении; h — высота фермы), иповышаются расходы материала на элементы решетки(Увеличиваются длины раскосов и стоек). Для ферм спараллельными поясами и трапецеидальных оптимальная высота при определяется так:

Из анализа значений h_opt, найденных по приведенным формулам, следует, что наибольшая высота соответствует треугольной решетке, а наименьшая (примерно на 40% меньше, чем при треугольной) — раскосной. При этом

Однако на практике высота ферм берется несколько ниже оптимальной, что связано с требованиями, установленными по условиям транспортировки металлических конструкций на открытом подвижном составе. Высота выходных марок (Элементов заводского изготовления, которые представляют собой части конструкции, из которых на строительной площадке она собирается до проектных размеров) не должна превышать высоты монтажного габарита железнодорожной платформы — 3800 мм.

По этим же соображениям лимитируются и длины выходных марок — не более 13,5 м, а при использовании спецплатформы — не больше 18 м.

Следует заметить, что при оптимизации приведенных затрат на ферму, оптимальная высота значительно снижается по сравнению с h_opt, которая соответствует минимуму массы конструкции, и достигает примерно 1/8 — 1/10 пролета.

При проектировании покрытий производственных зданий, для сокращения числа типоразмеров ферм, их деталей и примыкающих к ним элементов (связей, прогонов, колонн) проведена унификация конструктивных решений покрытий. Такая унификация базируется на модульной координации размеров в строительстве, регламентирующая при основном модуле М = 100 мм принимать пролеты ферм кратными увеличенным модулям — 60 М и 30 М. При соответствующем технико-экономическом обосновании возможные отступления от требований модульности, если этого требуют условия, сформулированные техническим заданием на конкретный объект или при этом достигается определенная экономия материала. Однако и в этих случаях проводится унификация размеров, поперечных сечений и конструктивных решений узлов.

В унифицированных схемах ферм с параллельными поясами приняты единые размеры панелей, равны 3000 мм, и пролеты 18, 24, 30 и 36 м. Высота ферм принята по внешним граням элементов 3150 мм. При проектировании зданий с пролетами 18 и 24 м, в которых по условиям эксплуатации не требуется повышенная высота пространства между поясами ферм, высота ферм из парных уголков может быть уменьшена до 2550 мм. Другие высоты принимаются в фермах с безфасоночными узлами, в которых отдельные элементы проектируют из труб (h = 2900 мм между осями поясов) и замкнутых гнутосварных профилей (h = 2000 мм между внешними гранями поясов).

Унифицированные фермы имеют треугольную решетку с дополнительными стойками. При этом опорный раскос проектируют восходящим для унификации узловых соединений ферм с опорами. При опирании кровли через 1500 мм для предотвращения местного изгиба панелей поясов применяют шпренгельных решетку.

Фермы пролетами 18 м выполняют с горизонтальными нижними поясами, верхние имеют уклон 1,5%. При пролетах 24, 30 и 36 м фермы проектируют с параллельными поясами, уклон которых составляет 1,5%. Для удобства транспортировки фермы изготавливают в виде отдельных изобретатель марок длиной 12-15 м с последующим объединением их в монтажных стыках.

Для предотвращения больших прогибов ферм, которые нарушают внешний вид покрытия, а в отдельных случаях и условия нормальной эксплуатации (например, при подвеске кранов), фермы изготавливают со строительным подъемом, то есть с обратным изгибом. При действии внешних нагрузок строительный подъем погашается и ферма принимает проектное положение.

Практически строительный подъем задается по упрощенной кривой, траектория которой при пролетах ферм 36 м и более равна прогиба от постоянного и длительного временного загружения.

Для ферм с параллельными поясами, строительный подъем устраивают независимо от пролета, принимая его равным прогибу от суммарной нормативной нагрузки плюс 1/200 пролета.

 

Вопрос 42. Фермы. Классификация ферм. Компоновка ферм. Элементы ферм. Типы сечений стержней легких и тяжелых ферм.

11. Фермы

Фермой называется геометрически неизменяемая решетчатая конструкция, работающая на изгиб, элементы которой шарнирно соединены в узлах и работают на осевое растяжение или сжатие при узловом нагружении.

Допущение об идеальной шарнирности узлов противоречит действительной конструкции фермы, но довольно точно отражают фактическую работу ее элементов.

Расчет фермы по шарнирной схеме допускается, когда отношение высоты сечения к длине элемента не превышает 1/10 в конструкциях, эксплуатируемых при t ≥ -40°С, и 1/15 при t < -40°C.

Фермы по сравнению с балками более экономичны по затрате металла.

Область применения ферм весьма обширна. Они используются в покрытиях зданий и сооружений для поддержания кровли (стропильные фермы), радио- и телебашнях, опорах линий электропередач, конструкциях пролетных строений мостов, подъемных кранов и т.д.

1. Классификация ферм

Фермы состоят из верхнего и нижнего поясов, соединенных между собой решеткой из раскосов и стоек. Расстояние между узлами решетки фермы называется панелью; расстояние между ее опорами – пролетом. Фасонка – деталь фермы, выполненная из листа для соединения стержней фермы в узле.

Разнообразие областей применения и конструктивных решений ферм позволяет классифицировать их по различным признакам:

по назначению – фермы мостов, покрытий (стропильные и подстропильные), транспортных эстакад, грузоподъемных кранов, гидротехнических затворов и других сооружений.

по очертанию поясов:

— по виду статической схемы – фермы разрезные, неразрезные, консольные.

— по значению наибольших усилий в элементах фермы

легкие – пролетом l до 50 м и с усилием в поясах N_max≤ 5000 кн,

тяжелые – с усилием в поясах N_max > 5000 кн,

по конструктивному решению – обычные, комбинированные и с предварительным напряжением.

1. Компоновка ферм

В задачу компоновки фермы входят определение ее рациональной схемы с учетом ряда требований: экономичности по затрате металла, простоты изготовления, транспортабельности, требований унификации и типизации. Эти требования часто противоречат между собой, поэтому нужно найти оптимальное решение, наилучшим образом удовлетворяющее одновременно комплексу требований.

Масса фермы зависит от отношения ее высоты к пролету. Усилия в поясах фермы возникают главным образом от изгибающего момента, а в решетке – от поперечной силы.

Чем больше высота фермы, тем меньше усилия в поясах и их масса, но с увеличением высоты фермы увеличивается длина элементов решетки и ее масса. Условно минимального расхода металла отвечает равенство массы поясов и массы решетки вместе с фасонками, что достигается при h≈1/5 L (в балке масса поясов приблизительно равна массе стенки).

Столь большая высота неудобна при транспортировке. Ферму пришлось бы доставлять на строительную площадку отдельными элементами (россыпью) и собирать на месте монтажа.

Дополнительные затраты времени и средств при этом не окупаются экономией металла.

На практике стремятся к тому, чтобы при монтаже производилась только укрупнительная сборка фермы их двух половин (отправочных марок). Поэтому размеры фермы не должны выходить за пределы железнодорожного габарита (по вертикали 3,8 м, по горизонтали -3,2 м). Наиболее удобными в изготовлении являются фермы с параллельными поясами. Одинаковые длины стержней поясов и решетки, одинаковое решение промежуточных узлов и минимальное количество поясных стыков создают условия для максимально возможной унификации конструктивных схем и делают такие фермы индустриальными. Благодаря преимуществам в изготовлении фермы с параллельными поясами постепенно вытесняют фермы трапецеидального очертания.

При компоновке фермы одновременно с выбором системы решетки устанавливают размеры панелей фермы, размеры которых должны отвечать оптимальному углу наклона раскосов. Из конструктивных соображений – рационального очертания фасонки в узле и удобства крепления раскосов – желателен угол, близкий к 45°.

Посредством унификации геометрических схем ферм и типизации конструктивной формы можно стандартизировать конструктивные детали ферм и перейти на массовое их изготовление с помощью специализированных станков и приспособлений.

В настоящее время унифицированы геометрические схемы стропильных ферм производственных зданий (18, 24, 30, 36 м), мостов, радиомачт, радиобашен, опор ЛЭП.

В основу унификации стропильных ферм с рулонной кровлей положены модуль пролета производственных зданий и панель m=3 м, уклон кровли i=1,5 %, высота ферм на опоре 3150 мм по наружным краям поясов, треугольная решетка с возможностью добавления шпренгеля при кровельных плитах шириной 1,5 м.

В фермах больших пролетов (более 36 м), а также в фермах из алюминиевых сплавов или из высокопрочных сталей возникают большие прогибы.

Провисание ферм предотвращается устройством строительного подъема, т.е. изготовлением ферм с обратным выгибом, который под действием нагрузки погашается, в результате чего ферма принимает проектное положение.