Основные положения по проектированию ферм
Деревянные фермы применяются, как правило, в статически определимых системах, как в отношении опорных закреплений, так и схемы решетки. Несущая способность статически определимых ферм зависит от прочности и устойчивости любого стержня, разрушение которого может вызвать потерю устойчивости и разрушение всей конструкции, вследствие этого к качеству материалов для изготовления ферм предъявляются повышенные требования. Фермы проектируют с минимально возможным числом узлов. В современном строительстве применяются следующие типы ферм:
- трапециевидные и сегментные - под рулонную кровлю;
- треугольные - под кровлю из волнистых асбестоцементных листов, стальную, черепичную и другие подобные кровли с уклонами 1/3,1/4.
Пролеты ферм составляют: 9...21 м (45 м) - для треугольных и 12...30 м - для сегментных ферм. Шаг дощатых ферм в малоэтажном домостроении назначают от 0,5 до 2 м, шаг брусчатых и металлодеревянных ферм в покрытиях зданий - от 2 до 6 м.
Высота треугольных ферм в середине пролета между осями поясов назначается 1/5 пролета - при деревянном нижнем поясе и 1/6 - при металлическом нижнем поясе. Для сегментных ферм высота h = 1/ 6l... 1/8l.
В треугольных и трапециевидных брусчатых фермах стыки верхнего пояса конструируют в узлах или вблизи узлов простым лобовым упором. Стыки нижнего пояса устраивают в середине длины панели или в центральном узле и перекрывают парными накладками на нагелях. При выборе типа решетки стремятся к уменьшению числа ее элементов и сокращению длины сжатых стержней, из-за опасности потери их устойчивости. Наиболее рациональна треугольная решетка. Элементы решетки ферм центрируются в узлах.
Нижним поясам ферм при изготовлении придается строительный подъем =1/200 пролета. При определении усилий в элементах фермы искажение геометрического очертания ферм строительным подъемом не учитывается.
Особенности расчета ферм
Схемы приложения нагрузок на фермы показаны на рис. 9.2...9.4. Основными нагрузками при расчете ферм являются постоянные нагрузки (собственный вес покрытия и ферм, вес подвесного потолка) и временные (снеговая на всем пролете, снеговая на половине пролета). Ветровая нагрузка при расчете ферм не учитывается. Для упрощения расчета собственный вес ферм считается приложенным к верхнему поясу. В покрытиях с подвесным потолком половина собственного веса ферм относится к верхнему поясу, а половина - к нижнему. В фермах с подвесным потолком учитывается дополнительная полезная нормативная нагрузка на потолке - 0,7 кПа. К деревянным фермам не рекомендуется подвешивать технологическое оборудование.
Статический расчет ферм обычно ведется по стандартным программам на ПЭВМ. При аналитическом статическом расчете все жесткие узлы ферм условно заменяются идеальными шарнирами. Нагрузка считается приложенной в узлах ферм. Определение опорных реакций производится в предположении, что одна опора неподвижная, а другая подвижная. Практически обе опоры конструируются неподвижными, и только при пролетах ферм более 30 м одна из опор делается подвижной.
Конструктивный расчет элементов ферм ведется по известным формулам расчета растянутых, сжатых и сжато-изгибаемых элементов (см. главу 3). Расчетную длину сжатых элементов решетки принимают равной расстоянию между центрами узлов. Для разрезного верхнего пояса расчетная длина равна длине панели верхнего пояса. При неразрезном верхнем поясе расчетная длина для крайних панелей равна 0,8 длины панели, а для средних панелей - 0,65 длины панели. При расчете на устойчивость из плоскости расчетную длину верхнего пояса принимают равной расстоянию между распорками (связевыми фермами).
Передачу сжимающих усилий в верхнем поясе треугольных ферм при внеузловой нагрузке от покрытия рекомендуется обеспечивать с эксцентриситетом, создающим разгружающий момент, величина которого не должна превышать 25% балочного момента. Если эксцентриситеты на концах элемента разные, то в расчет вводится среднее значение эксцентриситета. При расчете узлов необходимо также учитывать местную концентрацию скалывающих напряжений (подробнее см. п. 5.29 [4]).
Расчетный изгибающий момент в опасном сечении верхнего пояса треугольных ферм при внеузловой нагрузке от покрытия определяется по формулам (рис. 9.12):
А.В. Калугин, Деревянные конструкции. Издательство Ассоциации строительных Вузов, Москва, 2003