Металлические конструкции

>на     ферму     прикладывается      обычно   в      узлах   фермы,    к       которым прикрепляются  элементы  поперечной  конструкции  (прогоны   кровли     или подвесные потолки), передающие нагрузку на ферму. Если нагрузка приложена непосредственно   в   панели,   то   в   основной   расчетной   схеме   она   также распределяется  между  ближайшими  узлами,  но  дополнительно учитывается местный изгиб пояса от расположенной на нем нагрузки. Пояс фермы при этом рассматривается  как  неразрезная  балка  с  опорами  в   узлах.

      Рекомендуется определять усилия  в стержнях ферм отдельно для  каждого вида   нагрузки,   т.е.   для постоянной  и временной;

      постоянной, в которую входит собственный вес фермы и всей поддерживаемой  конструкции (кровли  с утеплением,  фонарей и т.п.).

      временной – нагрузки от подвесного подземно-транспортного оборудования, полезной нагрузки, действующей на подвешенное к ферме чердачное   перекрытие,  и  т.п.

      кратковременной,  например,  атмосферной  – снег,  ветер.

      Расчетная постоянная      нагрузка, действующая на любой  узел стропильной        зависит от грузовой площади, с которой она собирается (рис.9.12)  и   определяется   по  формуле 

                                                         (9.2)

где - собственный вес фермы и связей, кН/м² горизонтальной проекции кровли; - вес кровли, кН/м²; - угол наклона верхнего пояса к горизонту; - расстояние между фермами; и - примыкающие к узлу панели; - коэффициент надежности для постоянной нагрузки. 

     В отдельных узлах к нагрузке, получаемой по формуле (9.2), прибавляется  нагрузка  от   веса  фонаря.

     Снег – нагрузка временная  и может загружать ферму лишь  частично; загружение снегом одной половины фермы, может оказаться невыгодным для средних  раскосов.

     Расчетную  узловую  нагрузку   от  снега   определяют  по  формуле: 

                                        ,                                                   (9.3) 

где - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции кровли; - коэффициент надежности  для снеговой нагрузки. 
 

      Значение “S” должно определяться с учетом возможного неравномерного распределения  снегового   покрова  около  фонаря  или  перепадов   высот.

     Давление ветра учитывается только  на вертикальные поверхности,  а также на поверхности с  углом наклона к горизонту  более 30⁰, что бывает в башнях, мачтах, эстакадах, а также в крутых треугольных стропильных фермах и фонарях. Ветровая нагрузка приводится к узловой. Горизонтальная нагрузка от ветра на фонарь при расчете стропильной фермы не учитывается, так как ее влияние  на   работу   фермы  не  значительно.

      

Рис. 9.12. Расчетная схема фермы

 
 
 

                              9.5. Определение усилий  в стержнях ферм 

      При расчете ферм со стержнями  из уголков или тавров предполагается, что в узлах системы – идеальные  шарниры, оси всех стержней  прямолинейны, расположены в одной  плоскости и пересекаются в центрах узлов (см. рис.9.12). Стержни такой системы работают только не осевые усилия: напряжения, найденные  по  этим  усилиям,  являются   основными.

      В фермах со стержнями, имеющими  повышенную жесткость, влияние  жесткости соединений в узлах более значительно. Моменты, возникающие в узлах, приводят к более раннему возникновению пластических деформаций и снижают  хрупкую  прочность  стали. Поэтому для двутавровых, трубчатых и Н-образных сечений расчет ферм по шарнирной системе допускается при отношении высоты сечения к длине не более для конструкций, эксплуатируемых при расчетной температуре не ниже – 40⁰С. При повышении этих отношений следует учитывать дополнительные изгибающие моменты в стержнях  от  жесткости  узлов.

      В верхних поясах ферм при  непрерывном опирании на них  настилов (равномерное распределение  нагрузки на пояса фермы) допускается  вычислять моменты   по  следующим   формулам:

 пролетный   момент  в  крайней панели 

                                                     ; 

  пролетный   момент   промежуточных  панелей  

                                                    ; 

  момент  в  узле   (опорный) 

                                                   ,  

где -  распределенная  нагрузка  по  ферме;   -  длина панели. 

      Кроме того, в стержнях возникают  напряжения от моментов в результате  неполного центрирования стержней  в узлах. Эти напряжения  не являющиеся основными расчетом не учитываются, так как допускаемые эксцентриситеты в фермах  малы.

      Смещение оси поясов ферм при  изменении сечений не учитывается,  если оно  не   превышает  1,5%   высоты  пояса.

      Расчет ферм следует выполнять на ЭВМ, что позволяет рассчитать любую схему фермы на  статические   и   динамические  нагрузки.

      Использование ЭВМ позволяет  получать расчетные усилия в  стержнях с учетом требуемых  сочетаний нагрузок, оптимизировать  конструкцию, т.е. найти оптимальную схему фермы, материал стержней, тип сечений и т.п., получить  наиболее  экономичное   проектное   решение.

      При отсутствии ЭВМ усилия  в стержнях ферм определяют  графическим методом, т.е. построением  диаграмм Максвелла-Кремоны, или аналитическим (методом вырезания узлов). Причем для каждого вида нагрузок (нагрузки от покрытия, подвесного транспорта и т.п.) строят свою диаграмму. Для ферм с несложными схемами (например, с параллельными поясами) и небольшим числом  стержней  более  простым является аналитическое определение усилий.

 Если  ферма работает на подвижную  нагрузку, то максимальное усилие  в стержнях фермы  определяют  по  линии   влияния.

      В соответствии с классификацией  сочетаний нагрузок (основные и  особые) усилия определяют отдельно для каждого вида сочетаний и несущую способность стержней определяют по окончательному расчетному наибольшему   усилию.

      Рекомендуется результаты статического  расчета записывать в таблицу,  в которой должны быть приведены  значения усилий от постоянной нагрузки, от возможных комбинаций временных нагрузок (например, от одностороннего нагружения снегом), а также расчетные усилия как результат суммирования усилий при не выгоднейшем нагружении для всех возможных сочетаний нагрузок. 
 
 

9.6. Определение расчетной длины стержней 

      В момент потери устойчивости  сжатый стержень выпучивается, поворачивается  вокруг центров соответствующих  узлов и вследствие жесткости  фасонок заставляет поворачиваться  и изгибаться в плоскости фермы  остальные стержни.

     Примыкающие   стержни   сопротивляются    изгибу   и   повороту   узла     и

Препятствуют  свободному  изгибу  стержня,  теряющего  устойчивость.

      Наибольшее сопротивление повороту  узла оказывают растянутые стержни.  Сжатые  стержни  слабо  сопротивляются  изгибу.

      Таким образом, чем больше растянутых  стержней примыкает к сжатому  стержню и чем они мощнее (больше  их погонная жесткость), тем выше  степень  защемления стержня  и меньше его расчетная длина;  влиянием сжатых стержней  на  защемление  можно  пренебречь.

      Сжатый  пояс оказывается слабо  защемленным в узлах, так как  с каждой стороны к нему  примыкает только по одному  растянутому раскосу, погонная  жесткость которых значительно  меньше погонной жесткости пояса.  Поэтому защемлением сжатого пояса в запас устойчивости можно пренебречь и принимать его расчетную длину равной расстоянию между смежными узлами.

      Таким образом, при большей  степени защемления меньше расчетная  длина стержня  фермы 

                                                    ,                                                                 (9.4) 

где    -  коэффициент    приведения    длины,    зависящий     от  степени    защемления; 

  -  расстояние   между центрами  узлов. 

      По  нормам  коэффициент  приведения  длины “ ” элементов решетки из

уголков в плоскости фермы равен 0,8. Тогда  расчетная длина  в плоскости фермы определяется с некоторым запасом, в особенности для средних раскосов, жесткость которых по сравнению с примыкающими стержнями невелика.

      Исключение составляет опорный  восходящий раскос, условия работы  которого в плоскости фермы  такие же, как и у верхнего  пояса, поэтому расчетная длина опорного раскоса в плоскости фермы принимается равной расстоянию  между  центрами  узлов.

      Расчетная длина пояса в плоскости,  перпендикулярной плоскости фермы,  принимается равной расстоянию  между узлами, закрепленными связями  от смещения  из  плоскости  фермы.

      В беспрогонных покрытиях верхний  пояс стропильных ферм закреплен  в плоскости кровли плитами  или панелями настила, прикрепленными  к поясам ферм в каждом узле. В этом случае за расчетную  длину пояса из плоскости фермы   принимают  ширину   одной  плиты.

     Расчетная длина стержней решетки  при выгибе их из плоскости  фермы принимается равной расстоянию  между геометрическими центрами  узлов, так как  фасонки   очень  гибки  и  рассматриваются   как  листовые  шарниры.

     В трубчатых фермах с бесфасонными узлами расчетная длина раскоса, как в плоскости фермы, так и из нее, с учетом повышенной крутильной жесткости замкнутых  сечений  применятся  равной   0,9.

     В других случаях расчетная  длина элементов ферм принимается  по нормали. 
 

9.7. Предельные гибкости стержней 

      Элементы конструкций должны  проектироваться из жестких стержней. Особенно существенное значение  имеет гибкость “ ” для сжатых стержней теряющих  устойчивость  при  продольном  изгибе.

      Даже при незначительных сжимающих усилиях гибкость сжатых стержней не должна быть слишком большой, так как гибкие стержни легко искривляются от случайных воздействий, провисают, вибрируют при динамических нагрузках. Поэтому для сжатых стержней устанавливается предельная гибкость,  зависящая  от  назначения  стержня  и  степени   его  нагружения

, где  - расчетное усилие, - несущая способность стержня: 

                                                                                                                          

      сжатые  пояса,  а  также  опорные  стойки  и  раскосы,

       передающие  опорные  реакции………………………………………………       180-60

       прочие  сжатые стержни  фермы…………………………………………………  210-60