Системы решеток ферм и их характеристики

Решетка ферм работает на попе­речную силу, выполняя функции стенки сплошной балки.

От системы решетки зависят масса фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах.

Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания или с парал­лельными поясами весьма рациональной является треугольная система решетки (рис. 8.2 а), дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число уз­лов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. В фермах, поддерживаюших прогоны кровли или балки настила, к треугольной решетке часто добавляются дополнительные стойки (рис. 8.6 е), а иногда и подвески (если нагруз­ка приложена к нижнему поясу), позволяющие уменьшать, когда это необходимо, расстояния между узлами фермы. Дополнительные стойки целесообразны также для уменьшения расчетной длины сжатого пояса.

Дополнительные стойки и подвески получаются весьма легкими, так как они рабо­тают только на местную нагрузку и не участвуют в передаче на опору поперечной силы.

В фермах треугольного очертания также возможно использование треугольной си­стемы решетки.

Общим недостатком треугольной системы решетки является наличие сжатых длин­ных раскосов (восходящих в фермах с параллельными поясами и нисходящих в треу­гольных фермах).

Раскосная система решетки. При ее проектировании необходимо стремиться, чтобы наиболее длинные элементы - раскосы - были растянутыми, а стойки - сжатыми. Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах с параллельными поясами (рис. 8.7 г) и при восходящих - в треугольных фермах. Однако в треуголь­ных фермах восходящие раскосы образуют неудобные для конструирования узлы и имеют большую длину, так как идут по большой диагонали. Поэтому в треугольных фермах рациональны нисходящие раскосы

(рис. 8.6 д). Хотя они и получаются сжатыми, зато их длина меньше и узлы фермы более компактны. Применять раскосные решетки целесообразно при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие усилия (при большой узловой нагрузке).

Раскосная решетка более трудоемка, чем треугольная, и требует большего расхода материала, так как при равном числе панелей в ферме общая длина раскосной решетки больше и в ней больше узлов. Путь усилия от узла, к которому приложена нагрузка, до опоры в раскосной решетке длиннее; он идет через все стержни решетки и узлы.

Специальные системы решеток. При большой высоте ферм (примерно 4-5 м) и рациональном угле наклона раскосов (примерно 35-45°) панели могут получаться чрезмерно большими, неудобными для расположения кровельных прогонов и других элементов. Если давления прогонов небольшие, то можно допустить местный изгиб пояса, расположив прогоны на поясе между узлами.

Однако при больших давлениях такое решение нерационально. Чтобы уменьшить размер панели, сохранив нормальный угол наклона раскосов, применяют шпренгельную решетку (рис. 8.7 д). Устройство шпренгельной решетки более трудоемко и иногда требует дополнительного расхода металла. Однако такая решетка дает возмож­ность получить рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при рациональном угле наклона раскосов, а также уменьшить расчетную длину сжатых стержней.

Шпренгельную решетку особого вида имеет треугольная ферма, показанная на рис. 8.6 е. Эта система применяется при крутых кровлях (α = 35...45°) и сравнительно боль­ших для треугольных ферм пролетах (l= 20...24 м). Она может быть расчленена на две полуфермы, связанные затяжкой. Стержни решетки и панели поясов такой системы имеют небольшую длину, конструирование узлов упрощается. Приподнятая затяжка увеличивает полезную высоту помещения. Образующие систему жесткие полуфермы и затяжка изготовляются на заводе; на место возведения их поставляют в виде отправо­чных элементов.

В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку, как правило, устраивают крестовую решетку (рис. 8,7 е). К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов и других конструкций, верти­кальные фермы башен, мачт и высоких зданий. Весьма часто крестовую решетку проек­тируют из гибких стержней λ>220. В этом случае под действием нагрузки работают только растянутые раскосы; сжатые же раскосы вследствие своей большой гибкости выключаются из работы, теряя устойчивость, и в расчетную схему не входят.

С выпуском промышленностью широкополочных тавров с параллельными гранями полок разработаны стропильные фермы с поясами из тавров и перекрестной решеткой из одиночных уголков (рис. 8.7 ж). Такие фермы экономичнее по расходу металла и стоимости по сравнению с типовыми фермами со стержнями из парных уголков.

Ромбическая и полураскосная решетки (рис. 8.7 з, и)благодаря двум системам раскосов также обладают большой жесткостью. Эти системы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особен­но рациональны при работе конструкций на большие поперечные силы.

8.2.4. Обеспечение устойчивости ферм.Плоская ферма неустойчива из своей плоско­сти. Чтобы придать ферме устойчивость, ее необходимо присоединить к какой-либо же­сткой конструкции или соединить связями с другой фермой, в результате чего образуется пространственный устойчивый брус (рис. 8.9 а). Для обеспечения устойчивости такого бруса (блока) необходимо, чтобы он был выполнен геометрически неизменяемым.

Рис.8.9. Завязка ферм в пространственные системы: а - тропильные фермы; б - башни; I – диафрагма

Грани блока (рис. 8.9 а)образуются двумя вертикальными плоскостями спаренных ферм (abb'a' и ded'e'), двумя перпендикулярными им горизонтальными плоскостями связей, расположенными по обоим поясам ферм (ebb'c' и ada'd') и не менее чем двумя вертикальными плоскостями поперечных связей (обычно в торцах ферм - abed и a'b'c'd'). При большой длине блока необходима постановка также промежуточных вер­тикальных связей. Поскольку этот пространственный брус в поперечном сечении замк­нут, он обладает большой жесткостью при кручении и изгибе в поперечном направле­нии, поэтому потеря его общей устойчивости невозможна. Конструкции мостов, кра­нов, башен, мачт представляют собой также пространственные брусья, состоящие из ферм (рис. 8.9 б).

В покрытиях зданий решение усложняется из-за большого числа поставленных ря­дом плоских стропильных ферм. Фермы, связанные между собой только прогонами, не образуют неизменяемой системы; поэтому они имеют свободную длину из своей плос­кости, равную пролету, и легко могут потерять устойчивость (рис. 8.10 а).

Рис. 8.10. Связи, обеспечивающие устойчивость стропильных ферм:

а - при отсутствии связей; б - при наличии связей; 1 - прогоны; 2 - фермы; 3 - горизон­тальные связи; 4 - вертикальные связи; 5 - пространственный блок

Их устойчивость обеспечивается тем, что в конструкции покрытия создается не­сколько пространственных устойчивых блоков из двух соседних ферм, скрепленных связями в плоскости верхнего и нижнего пояса и вертикальными поперечными связя­ми (рис. 8.10 б). К этим жестким блокам прочие фермы прикрепляются горизонталь­ными элементами, препятствующими горизонтальному перемещению поясов ферм и обеспечивающими их устойчивость (прогонами и распорками, расположенными в узлах ферм). Чтобы прогон мог закрепить узел фермы в горизонтальном направлении, он сам должен быть прикреплен к неподвижной точке - узлу горизонтальных связей.

Если прогон не прикреплен к диагоналям связей в месте их пересечения, то рассто­яние между закрепленными в горизонтальном направлении точками верхнего пояса фермы равно двум панелям (рис. 8.10 б). Это должно учитываться при подборе сечения верхнего пояса ферм.

В беспрогонных покрытиях крупноразмерные панели крепятся к верхнему поясу фермы на сварке или на болтах и закрепляют пояс из плоскости фермы.