Кузин - Проектирование и расчет стальных ферм покрытий промышленных зданий

Кузин Н.Я. Проектирование и расчет стальных ферм покрытий промышленных зданий: Учебное пособие. - М.: Изд-во АС В, 1998 - 184 с.

Рассматриваются актуальные вопросы проектирования и расчета металлических ферм с применением эффективных прокатных профилей Учебное пособие подготовлено на кафедре металлических и деревянных конструкций и предназначено для использования студентами специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство" при выполнении курсового и дипломного проектирования.

Издательство АСВ, 1998

© Пензенская государственная архитектурно-строительная академия, 1998

© Н.Я.Кузин, 1998

 

Предисловие

Современное развитие строительства требует применения экономичных, легких, долговечных, эстетически выразительных,  надежных строительных конструкций.

В определенной степени этому отвечают металлические конструкции. Они изготовляются из относительно легкого, прочного, плотного материала - стали. Причем для различных видов конструкций или их наиболее нагруженных элементов могут применяться стали с высоким расчетным сопротивлением. К распространенным элементам строительных конструкций можно отнести металлические фермы.

Они применяются в промышленных, общественных зданиях и от их конструктивного решения зависят архитектурный вид здания, стоимость. Современный уровень производства прокатных  профилей позволяет изготовлять такие поперечные сечения, которые лучше всего отвечают работе элементов ферм на сжатие, изгиб, растяжение, сжатие с изгибом, в результате ферма становится легче и дешевле.

Однако вопросы проектирования таких ферм имеют некоторую специфику. Она заключается в том, что необходимо учитывать ряд конструктивных особенностей, а именно: местную устойчивость труб и гнуто-сварных профилей, работу сварных швов в узлах ферм и фланцевых соединениях.

Для студентов, изучающих курс "Металлические конструкции", выполняющих расчеты и конструирование ферм, пособие будет полезным. В нем изложены основные расчетные положения по проектированию стальных ферм из одиночных, а также двух симметрично расположенных уголков, с поясами из  широкополочных тавров, круглых труб, замкнутых гнутых профилей.

Для лучшего понимания проблемы при изучении раздела "Стропильные фермы" в пособии даны примеры расчета и  некоторые чертежи, эскизы. В этой связи практические навыки по проектированию и расчету металлических ферм являются важным условием профессиональной подготовки инженеров-строителей (специальность 290300 -  "Промышленное и гражданское строительство").

Автор выражает признательность инженеру Комякову В.М., принимавшему активное участие в подготовке материалов к данному пособию.

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Фермой называется стержневая конструкция, у которой концы стержней соединены в узлах и образуют статически неизменяемую систему. Фермы классифицируются по нескольким признакам:

- конструктивному решению,

- очертанию поясов,

- типу решетки,

- статической схеме,

- типу поперечных сечений.

По конструктивному признаку фермы делятся на легкие и тяжелые. К тяжелым фермам относятся решетчатые конструкции, работающие в тяжелых и особых условиях, например: фермы мостов, ангаров, кранов. Часто эти сооружения воспринимают

динамические нагрузки, поэтому их проектируют клепаными или с узлами на высокопрочных болтах.

Наиболее распространенными в строительстве являются легкие фермы, конструкцию которых будем рассматривать ниже.

По очертанию поясов фермы делятся на трапециевидные,  треугольные, параболические или сегментные, полигональные, фермы с параллельными поясами.

По типу решетки фермы подразделяются на треугольные, треугольные с дополнительными стойками, треугольные со шпренгелями, ромбические, крестовые.

Расчетная схема ферм может быть статически определимой и статически неопределимой, что обусловливает выбор конструкции опорного узла, которые бывают шарнирными и жесткими. По типу поперечных сечений различают фермы из одиночных или двух симметрично расположенных уголков, труб, гнутосварных профилей, двутавров, тавров, швеллеров.

Фермы разделяются также на стропильные и подстропильные. Конструкции покрытий из ферм в основном применяются:

при ширине пролетов зданий, м, - 15, 18, 24, 30, 36 и более;

при шаге стропильных ферм, м, - 4,6 или 12;

в зданиях однопролетных и многопролетных;

при опирании ферм на стальные или железобетонные колонны, кирпичные стены, подстропильные фермы.

в зданиях бесфонарных, с зенитными аэрационными или светоаэрационными фонарями;

в зданиях без перепадов или с перепадами высот пролетов;

в зданиях бескрановых, с подвесными или мостовыми кранами любых режимов работы;

в водоотводах с покрытий неорганизованных и организованных;

в покрытиях зданий из стального профилированного настила, асбестоцементных или стальных волнистых листов, железобетонных плит, двух - или трехслойных панелей с эффективным утеплителем;

в производственных зданиях отапливаемых или неотапливаемых.

 

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТРОПИЛЬНЫХ И ПОДСТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

Расчет ферм производится в соответствии с требованиями, изложенными в СНиП П-23-81* "Стальные конструкции", СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия".

Стропильные фермы рассчитываются на нагрузки, которые определяются для каждого конкретного случая индивидуально. На фермы могут действовать постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся масса покрытия (кровли), собственная масса фермы с учетом массы связей, распорок, прогонов, фонарей.

Временные нагрузки - это масса технологического оборудования и трубопроводов, подвесного транспорта, снеговая и ветровая нагрузки (иногда учитывается вес отложений производственной пыли).

При строительстве в сейсмически опасных зонах добавляются сейсмические воздействия.

Снеговая нагрузка определяется с использованием обязательного приложения 3 [24], в зависимости от конкретного профиля покрытия, наличия фонарей, количества пролетов, размера уклона кровли. При расчете ферм на снеговую нагрузку следует учитывать одностороннее загружение, что является существенным для средних раскосов.

Ветровая нагрузка учитывается при уклоне кровли более 30°.

При расчете ферм ветровая нагрузка на фонарь не принимается во внимание, так как оказывает незначительное влияние. Часто в  случае крепления стеновых панелей к опорной стойке ветровую нагрузку прикладывают к поясам фермы. Нагрузки вычисляются с учетом коэффициента надежности по назначению yn.

Если ферма жестко опирается на колонны, дополнительно учитывается изгибающий момент, который раскладывается на  горизонтальные составляющие. Усилия от опорных моментов  складываются с расчетными усилиями, если они догружают стержень.

Подстропильные фермы в большинстве случаев рассчитывают как разрезные свободно опертые конструкции с приложением нагрузки в узлах. Расчетная нагрузка на них состоит из опорного давления стропильных ферм, собственного веса конструкций. Пояса подстропильных ферм проверяют на восприятие ветровых нагрузок, приложенных в торце здания. При опирании кровли на верхний пояс подстропильной фермы учитывается вес покрытия. Статический расчет ферм выполняется на ЭВМ или  графическим построением диаграммы Максвелла-Кремоны для каждого вида загружения отдельно, при этом делаются следующие  допущения: стержни заменяются прямолинейными отрезками,  пересекающимися в узлах с идеальным шарниром. В действительности же это соединение жесткое, и жесткость узлов учитывается для ферм из двутавровых, трубчатых и н-образных профилей, если соотношение высоты сечения стержня к его длине h/l > 1/15 при расчетной температуре наружного воздуха более -40е С и h/l > 1/10 при t < -40°С. Несоостность соединения стержней принимается во внимание, если смещение осей превышает 1,5% высоты пояса. Если нагрузка на пояса ферм действует как равномерно  распределенная, то необходимо учесть действие изгибающих моментов, которые определяются так же, как у неразрезной балки:

...