Связевый блок по фермам (СБФ)

Связевый блок по фермам образуется двумя смежные фермами и связями по верхним поясам, связями по нижним поясам, вертикальными связями, которые образуют в комплексе пространственно устойчивый блок (рис.17). На рисунке 17:

- плоскости - aba'b'; cdc'd' – фермы;

- плоскость - bb'cc' – горизонтальная связь по верхним поясам фермы;

- плоскость - aa'dd' – горизонтальная связь по нижним поясам фермы;

- плоскости – abcd; a'b'c'd'; efgh– вертикальная связь между фермами, при короткой ферме вертикальные связи устанавливаются только по торцам.

Рис. 15. Связи между фермами.

а – по верхним поясам; б – по нижним поясам; в – вертикальные; 1 – распорка в коньке; 2 – поперечные связевые фермы; 3 – продольная связевая ферма; 4 – растяжка по нижнему поясу; 5 – вертикальные связи.

 

Таблица 1

Характеристика зданий	Наибольшие расстояния, м
между температурными швами	От температурного шва или торца здания до оси ближайшей вертикальной связи [lсв]
по длине блока (вдоль здания) [lзд]	по ширине блока (поперек здания) [Lзд]
Отапливаемые здания	230 (160)	150 (110)	90 (60)
Неотапливаемые здания	200 (140)	120 (90)	75 (50)

Примечание: Размеры в скобках даны для зданий, эксплуатирующихся при расчетных зимних температурах наружного воздуха от -40⁰ до -65⁰ С.

Рис. 16. Разбивка здания на температурные блоки

а – здание в целом; б – здание разбито на температурные блоки;

1 – температурный блок; 2 – связевой блок.

lзд– полная длина здания; [lзд] – предельная длина температурного блока (табл. 1) (табл. 42/1/). lсв - расстояние от торца здания до вертикальной связи; [lсв] – предельное расстояние от торца здания до вертикальной связи (табл. 1) ( табл. 42/1/).

Рис.17 Связевый блок.

 

Возможные схемы расположение связей по покрытию здания приведены на рис.18.

 

Рис. 18 Схемы систем связей по покрытию.

а – связевая ферма с крестовой решеткой; б – связевая ферма с треугольной решеткой; в – более жесткая система связей; е - возможные схемы вертикальных связей.

 

Фермы

Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий, ангаров, вокзалов и т.п. Большепролетные мосты, радиобашни и мачты, опоры линий электропередачи и др. конструкции выполняются в виде ферм.

Фермы по сравнению с балками экономичны по затратам металла, просты в изготовлении, могут иметь любые очертания.

Ферма - это шарнирно стержневая система, состоящая из поясов, образующих контур фермы, и решетки (рис. 19).

Работа ферм аналогична работе балок сплошного сечения. Пояса ферм выполняют функцию поясов балки, а решетка - функцию стенки балки.

При расчете ферм предполагается, что в узлах системы - идеальные шарниры, оси всех стержней прямолинейны, расположены в одной плоскости и пересекаются в узле в одной точке (в центре узла). Стержни работают только на осевые усилия (растяжение, сжатие).

Рис. 19. Ферма и ее элементы

1 - нижний пояс; 2 - верхний пояс; 3 - стойки; 4 – раскосы; 5 - подвесы; h_оп - высота на опоре; h - высота в пролете; L - расчетный пролет; i - уклон верхнего пояса; d_i: - длина панели нижнего пояса; d_1,2 - длина панели верхнего пояса

 

Фермы подразделяются:

· по типу ферм: легкие (для покрытия зданий и сооружений), тяжелые (для конструкций мостов) (в данной работе рассматриваются легкие фермы);

· по типу сечения стержней (рис. 20);

· по конструктивной схеме: фермы балочные (рис. 21а); неразрезные (рис. 21б); консольные (рис. 21в); башни (рис. 21е), мачты; арочные фермы (рис. 21г); рамные фермы (рис. 21д); комбинированные системы - шпренгельные конструкции (рис. 20ж). Конструктивная схема фермы принимается в каждом случае индивидуально или по типовому решению (в данной работе конструктивная схема фермы принята балочного типа);

 

Рис. 20. Типы сечений стержней легких ферм.

а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, н, о, т – открытого типа; л, м, н, п, р, с - замкнутого сечения; а, б, в, г, д, ж, и, к, л, м, н, о – прокатные профили; т – гнутые профили; а – одиночный уголок; б, в, г – тавровое сечение из двух уголков; д – крестовое сечение из двух уголков; п - электросварная труба; р, с – замкнутый гнутосварной профиль.

 

• по очертанию поясов: трапецеидальные (рис.22а), с параллельными поясами (рис.22б), полигональные (рис.22в), треугольные (рис.22г) и др.;

• по системе решетки: треугольная (рис.23), раскосная (рис.24), специальная система решетки (крестовая, шпренгельная, ромбическая и полураскосная) (рис.25).

• по способу соединения элементов в узлах: на сварке, на болтах, на заклепках;

•
по материалу элементов: металлические, железобетонные, деревянные, металлодеревянные и др..

Рис. 21 Конструктивные типы ферм.

а – балочного типа; б – неразрезные; в – консольные; г – арочные; д - рамные; е – башни, консольные; ж – шпренгельные.

 

Алгоритм расчета ферм:

• выбор очертания;

• выбор типа решетки;

• определение генеральных размеров;

• выбор расчётной схемы;

• сбор нагрузок

• статический расчет фермы;

• подбор сечений элементов фермы;

• расчет и конструирование соединений, узлов и деталей фермы.

 

Выбор очертания фермы

Схемы ферм для покрытий зданий имеют различные варианты (Рис.22). Выбор типа ферм зависит от конструктивной схемы здания, конструкции кровли, технико-экономических показателей и др. Эти требования определяют габариты фермы, очертание верхнего пояса, способ водоотвода, уклон кровли и т.д.

При рулонных кровлях применяются малоуклонные фермы (уклон i = 1/8-1/12) и фермы с уклоном за счет строительного подъема (уклон 1.5%) (рис.22а, б).

При устройстве холодных кровель из асбестоцементных, стальных или алюминиевых листов применяют фермы с большим уклоном (рис.22в, г).

Для зданий многопролетных с наружным отводом воды используют односкатные фермы (рис.22д, е).

Рис. 22 Схемы ферм покрытий.

 

Очертание ферм зависит от назначения сооружения, от принятой конструкции сопряжения с примыкающими элементами, от типа кровли, от типа сопряжения с колоннами.

Фермы треугольного очертания: фермы стропильные, консольные свесы, мачты, башни (рис. 22г.). Треугольное очертание применяется при значительном уклоне кровли. Острый опорный узел допускает только шарнирное сопряжение. Стержни имеют значительные длины, что требует их подбор по предельной гибкости (повышенный расход материала).

Фермы трапецеидального очертания со слабым уклоном верхнего пояса - фермы стропильные (рис.22а). Высота фермы в опорной части позволяет выполнить жесткое сопряжение с колонной. Решетки не имеют длинных стержней.

Фермы полигонального очертания применяются в качестве тяжелых ферм (мосты) (рис. 22в), для производственных зданий не применяются.

Фермы с параллельными поясами - стропильные и подстропильные фермы (рис.22б). Такой тип ферм имеет минимальное количество типов узлов, стержни решетки одинаковой длины,

Рис 22. Типы очертания ферм.

а - трапецеидальная; б - с параллельными поясами; в - полигональная; г – треугольная.

 

Системы решеток ферм

Решетка фермы работает на поперечную силу. Системы решеток, применяемые в фермах, приведены на рис. 23. Тип решетки зависит от назначения фермы, конструктивных требований, от схемы приложения нагрузок (для избегания местного изгиба пояса, нагрузки передаются в узлы), очертания поясов и т.п. Для обеспечения рациональной работы решетки угол наклона раскоса к поясу должен составлять 40÷50⁰.

Решетка влияет:

- на вес фермы;

- на трудоемкость изготовления;

- на внешний вид.

Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок.