Сведения о конструкциях ферм. Расчет и проектирование.

Железобетонные фермы применяют при пролетах 18, 24 и 30 м и шаге 6 или 12 м. В железобетонных фер­мах в сравнении со стальными расход металла почти вдвое меньше, но трудоемкость и стоимость изготовле­ния немного выше. При пролетах 36 м и больше, как правило, применяют стальные фермы.

При скатных, малоуклонных и плоских покрытияхприменяют железобетонные фермы, отличающиеся очер­танием поясов и решетки и имеющие различные техни­ко-экономические показатели. Различают следующие основные типы ферм: сегментные с верхним поясом ломаного очертания и прямолинейными участка­ми между узлами; арочные раскосные с редкой решеткой и верхним поясом плавного криво­линейного очертания; арочные безраскосные с жесткими узлами в примыкании стоек к поясам и верхним поясам криволинейного очертания; полигональные с параллельными поясами или с малым уклоном верхнего пояса трапециевидного очер­тания; полигональные с ломаным нижним поясом.

Высоту ферм всех типов в середине пролета обычно принимают равной 1/7... 1/9 пролета. Панели верхнегопояса ферм, за исключением арочных раскосных, проек­тируют размером 3 м с тем, чтобы нагрузка от плиты покрытия передавалась в узлы ферм и не возникал ме­стный изгиб. Нижний растянутый пояс ферм всех типов и растянутые раскосы ферм некоторых типов проектиру­ют предварительно напряженными с натяжением арма­туры, как правило, на упоры.

Наиболее благоприятное очертание по условию ста­тической работы имеют сегментные и арочные фермы, так как очертание их верхнего пояса приближается к кривой давления. Решетка этих ферм слабо работаю­щая (испытывающая незначительные усилия), а высота на опорах сравнительно небольшая, что приводит к сни­жению массы фермы и уменьшению высоты наружных стен. В арочных раскосных фермах изгибающие момен­ты от внеузловогозагружения верхнего пояса уменьша­ются благодаря эксцентриситету продольной силы, вызывающему момент обратного знака, что позволяет уве­личить длину панели верхнего пояса и сделать решетку более редкой. В арочных безраскосных фер­мах возникают довольно большие изгибающие моменты в стойках, поясах и для обеспечения прочности и трещи­ностойкости появляется необходимость в дополнительном армировании. Однако эти фермы несколько проще в из­готовлении, удобнее в зданиях с малоуклонной или плоской кровлей и при использовании межферменного пространства для технологических коммуникаций (при устройстве дополнительных стоечек над верхним поя­сом). Полигональные фермы с ломаным очертанием нижнего пояса более устойчивы на монтаже и не требу­ют специальных креплений, так как их центр тяжести расположен ниже уровня опор.

Полигональные фермы с параллельными поясами или малым уклоном верхнего пояса имеют некоторое экономическое преимущество в том отношении, что при плос­кой кровле создается возможность широко применять средства механизации кровельных работ.

Для ферм всех типов уменьшение размеров сечений и снижение общей массы достигается применением бе­тонов высоких классов (В30...В50) и высоким процентом армирования сечений поясов.

Ширину сечения поясов ферм из условий удобства изготовления принимают одинаковой. При шаге ферм 6 м ее принимают 200...250 мм, а при шаге ферм 12 м —300...350 мм.

Армирование нижнего растянутого пояса необходимо выполнять с соблюдением расстояний в свету между напрягаемыми стержнями, канатами и спаренной прово­локой, что обеспечивает удобство укладки и уплотнения бетонной смеси. Вся растянутая арматура должна быть охвачена замкнутыми конструктивными хомутами, ус­танавливаемым с шагом 500 мм.

Верхний сжатый пояс и решетки армируют ненапрягаемой арматурой в виде сварных каркасов. Растя­нутые элементы решетки при значительных усилиях вы­полняют предварительно напряженными.

 

В узлах железобетонных ферм для надежной пере­дачи усилий от одного элемента к другому создают спе­циальные уширения — вуты, позволяющие лучше раз­местить и заанкерить арматуру решетки. Узлы армируют окаймляющими цельногнутыми стерж­нями диаметром 10... 18 мм и вертикальными поперечны­ми стержнями диаметром 6...10 мм с шагом 100 мм, объ­единенными в сварные каркасы. Арматуру элементов ре­шетки заводят в узлы, а растянутые стержни усиливают на конце анкерами в виде коротышей, петель, высаженных головок. Надежность заделки проверяют расчетом.

Опорные узлы ферм армируют дополнительной про­дольной ненапрягаемой арматурой и поперечными стержнями, обеспечивающими надежность анкеровки растянутой арматуры нижнего пояса и прочность опор­ного узла по наклонному сечению. Кроме того, чтобы предотвратить появление продольных трещин при отпус­ке натяжения арматуры, ставят специальные поперечные стержни, приваренные к закладным опорным листам, и сетки.

 

Расчет ферм выполняют на действие постоянных и временных нагрузок — вес покрытия и фермы, нагруз­ки от подвесного транспорта. Вес покрытия считаетсяприложенным к узлам верхнего пояса, а нагрузки от под­весного транспорта — к узлам нижнего пояса. В расчете учитывают неравномерноезагружение снеговой нагруз­кой у фонарей и по покрытию здания. Учитывают также невыгодное для элементов решетки загружение одной половины фермы снегом и подвесным транспортом.

В расчетной схеме раскосной фермы при определении усилий принимают шарнирное соединение элементов по­ясов и решетки в узлах. В расчетах прочности влиянием жесткости узлов фермы на усилия в элементах поясов и решетки ввиду малости можно пренебречь. При опре­делении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки верхний пояс рассматривают как неразрезную балку, опорами которой являются узлы.

Прочность сечений поясов и решетки рассчитывают по формулам для сжатых и растянутых элементов. Сжатые элементы в плоскости фермы и из плоскости фермы име­ют различную расчетную длину.

Расчет трещиностойкости растянутого пояса раскос­ной фермы необходимо выполнять с учетом изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабо работающей решеткой достаточно точно могут быть определены из рассмотрения нижнего пояса как неразрезной балки с заданными осад­ками опор. Последние находят по диаграмме переме­щений стержней фермы.

Расчет фермы выполняют также на усилия, возника­ющие при изготовлении, транспортировании и монтаже.

В расчетной схеме безраскосной фермы в расчетах прочности и трещиностойкости принимают жесткое сое­динение поясов и стоек в узле. Усилия М, Q, N опреде­ляют как для статически неопределимой системы с замк­нутыми контурами. Здесь возможны как строгие, так и приближенные способы расчета.