3. Методика проектирования и расчета стропильной фермы

3.1. Схемы стропильных ферм

В современных производственных зданиях применяются фермы разнообразного очертания. При рулонных кровлях широко применяются двускатные стропильные фермы (рис. 3. 1а).

Рис. 3.1. Схемы стропильных ферм: а) двускатная ферма; б) ферма с горизонтальными поясами в) двускаткая ферма с большим уклоном

Чтобы обеспечить отвод воды и в то же время избе­жать отекания мастики, нагретой солнцем, уклон верхних поясов назначают в пределах i=1/15÷1/8(часто 1/12,1/10 или 1/8).

При теплых кровлях с рулонным покрытием применяют фермы с горизонтальными поясами, однако следует учитывать, что скатная кровля имеет меньшую стоимость. Холодные кровли с применением волокнистых асбоцементных, стальных, алюминиевых листов требуют большого уклона, который при­нимается в пределах 1/2 - 1/3 (рис. З. б).

Высота стропильных ферм посередине пролета принимается в пределах h = (1/7÷ 1/10)l с учетом условий перевозки (высота погрузочного габарита железнодорожной платформы 3900 мм). Решетку стропильных ферм проектируют обычно треугольной с дополнительными стойками. Треугольная система решетки является одной из наиболее ра­циональных, т.к. дает наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. Дополнительные стойки целесообразны для уменьшения расстояния между узлами фермы, уменьшения расчетной длины сжатого пояса.

Одновременно с выбором системы решетки устанавлива­ют размеры панелей ферм. Поскольку нагрузка обычно при­кладывается к узлам ферм, панели должны соответствовать расстояниям между элементами, передающими нагрузку на ферму. В стропильных фермах размеры панелей определяют­ся системой кровельного покрытия; длина их должна быть равна расстоянию между прогонами (прогоны - продольные балки, которые установлены на фермы для прикрепления к ним мелкоразмерных кровельных плит), либо ширине железо­бетонных плит при беспрогонной кровле. Как правило, дли­на панелей изменяется от 1,5 до 3 м.

3.2» Определение расчетной нагрузки, действующей на ферму

Вся нагрузка, действующая на ферму, принимается прило­женной к узлам фермы, к которым прикрепляются элементы по­перечной конструкции, передающие нагрузку на ферму. Основ­ными при расчете стропильных ферм являются постоянная нагрузка от веса кровли и собственного веса несущих конструкций покрытия и нагрузка от снега.

Расчетная постоянная нагрузка, действующая на любой узел стропильной фермы, определяется по формуле

P=(g_ф+ )b n

где g_ф - собственный вес фермы в кг на 1 м­­² горизонталь­ной проекции кровли;

g_кр - вес кровли, кГ/м²;

 - угол наклона верхнего пояса к горизонту;

b - расстояние между фермами;

d₁ и d₂ - длины примыкающих к узлу панелей;

n - коэффициент перегрузки для постоянных нагрузок. Величины g_ф, g_кр и n для различных типов кровли приведены в табл.1.

Расчетную нагрузку от снега определяют по формуле;

Q_c=p_cb ₁c

где Р_с - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции кровли (Р_с=100 кГ/м²);

n_{1 -} коэффициент перегрузки для снеговой нагрузки;

С - коэффициент, зависящий от конфигурации кровли.

Коэффициент С при угле наклона кровли ≤25º ра­вен 1, при ≥ 60º С=0, в интервале 25° <   60º значе­ния коэффициентов С определяются линейном интерполяцией.

Таблица1

Нормативные нагрузки и коэффициенты паре грудой от веса конструкций покрытия

Нагрузка	Нормативная нагрузка g, кг/м2	Коэффициент перегрузки n
Крупнопанельные железобетонные КПНН размером 1,5х6 м	120	1,1
ПНКЛ, размером 3х6 м ПНТП, размером 1,5х12 м ПКЖН, размером 3х12 м	140 240 170	1,1 1,1 1,1
Стальной профилированный настил (δ=1мм)	15	1,1
Асбоцементные волнистые листы	20	1,1
Собственный вес металлических конструкций покрытия:
стропильные фермы	20-40	1,1
с в я з и	4-10	1,1
п р о г о н ы	12-17	1,1
Примечание. Меньше значения веса металлических конструкций покрытия относятся к легким цехам, большие – к тяжелым.

Суммарная расчетная нагрузка на любой узел фермы: Р_с=Р+Q_c.

3.3. Определение усилий в стержнях ферм.

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. Стержни такой идеальной системы работают только на осевые усилия.

В действительности в элементах ферм возникают до­полнительные напряжения, вызванные жесткостью узлов и изгибающими моментами от неполного центрирования стержней. Смещение осей элементов необходимо учитывать, если оно превышает 5% высоты сечения элемента (для ферм из угол­ков). Усилия в стержнях определяются графическим методом, т.е. построением диаграмм Максвелла-Кремоны, либо анали­тическим методом сечений и вырезанием узлов.