Треугольные фермы системы ЦНИИСК

Индустриальные конструкции таких ферм были разработаны в середине прошлого века институтом ЦНИИСК им. Кучеренко и широко применялись в строительстве. Благодаря сравнительно большой величине стрелы подъема уклон верхнего пояса получается значительным, поэтому треугольные фермы предпочтительны в покрытиях зданий с кровлей, требующей повышенного уклона, например металлической, асбестоцементной и др.

Отношение стрелы подъема к пролету принимают: 1:5 — для цельнодеревянных ферм; 1:6 — для ферм металлодеревянных. При таком отношении уклон верхнего пояса и кровли колеблется от 1: 2,5 до 1: 3.

Решетка ферм принимается раскосная, треугольная и треугольная со стойками. Типовые конструкции индустриальных треугольных ферм разработаны для пролетов 18—24 м преимущественно с решеткой в виде сжатых раскосов и растянутых стоек. При этом размер панели по верхнему поясу принят достаточно большим (примерно ¼/ по верхнему поясу), что приводит к значительному сокращению количества узлов ферм.

Рис. 5.1. Схемы треугольных ферм.

Основные схемы применяемых треугольных ферм показаны на рис. 5.1.

Верхний пояс ферм выполняется либо из цельных, либо из клееных брусьев. При достаточно большой длине панели и внеузловой передаче нагрузки от покрытия сечение верхнего пояса получается достаточно мощным, что дает основание выполнять его в виде клееного элемента, желательно не разрезным на всю длину ската фермы. При этом в фермах с решеткой, состоящей из восходящего раскоса и стойки (перпендикулярной к верхнему поясу), верхний пояс изготавливается постоянной высоты сечения, поскольку усилия во всех панелях его близки друг к другу. В фермах с нисходящими раскосами и центральной стойкой усилие в первой (от опоры) панели значительно превышает усилие в средней панели, что приводит к необходимости делать первую панель большего сечения по сравнению с сечением средней панели, однако и в этом случае следует весь верхний пояс на длине ската выполнять неразрезным. Уступ для перехода с большего сечения на меньшее в верхнем поясе желательно выполнять в узле примыкания к нему сжатого раскоса, используя уступ как упор для передачи усилия от раскоса к верхнему поясу.

Нижний пояс индустриальных ферм выполняется металлическим. Для пролетов до 18 м для него применяют круглую сталь. Такой пояс предпочтителен благодаря возможности компактной перевозки его в складывающемся состоянии с последующей укрупнительной сборкой на строительной площадке. При пролетах более 18 м нижний пояс выполняют из уголковой стали, что несколько упрощает узловые соединения, используя при этом типовые решения для узлов металлических ферм.

Растянутые стойки обычно выполняют из круглой стали в виде длинного тяжа, а сжатые раскосы — из цельных или клееных брусьев.

Узловые сопряжения преимущественно выполняют с применением сварных металлических башмаков и вкладышей. На рис 5.2, 5.3 и 5.4 показаны узлы для ферм пролетом 12 м (11,6 м) и 18 м (17,7 м). Опорный и промежуточный узлы по нижнему поясу выполнены с применением сварных башмаков, в которые опираются верхний пояс (на опоре) и сжатые раскосы (в промежуточном узле). Для оиирания верхнего пояса в коньковом узле поставлен конический сварной вкладыш. Дополнительно весь узел перекрывается парными деревянными накладками на болтах, по два болта с каждой стороны накладки. В некоторых случаях опорный узел фермы может быть выполнен со сварным башмаком, в котором горизонтальная составляющая опорной реакции передается на опорный швеллер, поставленный вертикально, а вертикальная составляющая опорной реакции — через горизонтальную плиту на нижележащие опорные конструкции.

Следует обратить внимание, что в большепанельных фермах допускается в узлах верхнего пояса создавать эксцентричное сопряжение элементов, опирая элементы верхнего пояса в узлах лишь нижней частью сечения. Это делается с целью создания дополнительных изгибающих моментов обратного знака изгибающим моментам от внешних внеузловых нагрузок. Если внеузловые нагрузки отсутствуют, то такие эксцентриситеты создавать не следует. Все узлы фермы должны быть строго центрированы.

Рис. 5.2. Клееная ферма ЦНИИСК пролетом 17,7 м с раскосами на узловых болтах. Общий вид и детали узлов

Рис. 53. Брусчатая ферма пролетом 11,8 м с подвесным потолком

и со складывающимся в перевозке нижним поясом

Особенности расчета ферм. Расчетные усилия в элементах треугольных ферм могут быть определены по одному из рассмотренных в разд. 2 методов. К особенностям статического расчета относится то, что при загружении временной нагрузкой половины пролета решетка незагруженной половины не работает. Поэтому расчетные усилия во всех элементах фермы получаются при действии временной нагрузки по всему пролету. Одностороннее загружение фермы нужно лишь при расчете подушки в среднем узле нижнего пояса при прикреплении ее и нижнему поясу.

Верхний пояс. При действии внеузловой нагрузки по верхнему поясу и наличии эксцентриситетов в узлах верхний пояс работает на совместное действие изгибающего момента и сжимающей силы, т. е. как сжатоизогнутый элемент. Величина расчетного изгибающего момента подсчитывается так:

где М₀ — изгибающий момент, подсчитанный, как в балке, отдей;

qcP-

ствия виеузловой нагрузки; М₀ =—— (d — длина панели); N? е —

о изгибающий момент от эксцентрично приложенной продольной силы в узлах верхнего пояса.

Рис. 5.4. Брусчатая ферма ЦНИИСК пролетом 11,6 м

Если верхний пояс неразрезной, то за расчет принимают неразрезную балку (рис. 5.5), которую рассматривают в двух предположениях: а) средняя опора не имеет просадки, и верхний пояс работает как двухпролетная неразрезная балка; б) средняя опора просела на такую величину, что момент над ней стал равен нулю. За окончательную величину расчетного изгибающего момента принимают наибольшую из рассмотренных случаев.

Проверка прочности верхнего пояса проводится по формуле.

где т_сл — коэффициенты к расчетному сопротивлению для клееных элементов.

Коэффициент q = 1 — X²N/3000R₍A подсчитывается по гибкости X - /₀/0,289А, где /₀ — расчетная длина, принимаемая равной геометрической длине элемента, а, А — высота сечения (прямоугольного).

Нижний пояс, металлический нижний пояс рассчитывают с учетом всех имеющихся ослаблений в узлах и стыках. Расчет ведется согласно требований СНиП на стальные конструкции. Ввиду малой жесткости нижнего пояса действие внеузловых нагрузок на него и эксцентричное сопряжение элементов в узлах не допускается, поэтому нижний пояс рассчитывают как центрально растянутый стальной элемент.

Проверка прочности верхнего пояса проводится по формуле.

где т₆, т_сл — коэффициенты к расчетному сопротивлению для клееных элементов.

Коэффициент с = 1 — a-N/3()(){)R_cA подсчитывается по гибкости X = /₀/0,289А, где /₀ — расчетная длина, принимаемая равной геометрической длине элемента, а, А — высота сечения (прямояуголыюго).

Нижний пояс, металлический нижний пояс рассчитывают с учетом всех имеющихся ослаблений в узлах и стыках. Расчет ведется согласно требованиям СНиП на стальные конструкции. Ввиду малой жесткости нижнего пояса действие внеузловых нагрузок на него и эксцентричное сопряжение элементов в узлах не допускаются; поэтому нижний пояс рассчитывают как центрально-растянутый стальной элемент.

Рис. 5.5. К расчету верхнего пояса треугольной фермы.

Если нижний пояс выполняется из деревянных брусьев, то нагрузку от подвесного потолка передают через растянутые металлические стойки на узлы верхнего пояса. Нижний деревянный пояс рассчитывают как центрально растянутый элемент с учетом ослаблений от отверстий и врубок. Наличие ослаблений и их отрицательное воздействие на работу деревянных растянутых элементов учитываются коэффициентом т₀ = 0,8 к расчетному сопротивлению. В связи с этим для растянутого нижнего пояса рекомендуется применять древесину первого сорта.

Решетка. Сжатые элементы решетки рассчитывают на устойчивость с расчетной длиной, равной их геометрической длине. При этом гибкость сжатых стоек и раскосов не должна превышать 150, а для опорных стоек и раскосов — 120. Растянутые раскосы рассчитывают на центральное растяжение с учетом всех ослаблений.

Узлы ферм. Каждый узел фермы, исходя из его конструктивного решения, имеет свою специфику расчета. Поэтому при подготовке пособия не ставилась цель — описывать схему конструктивного расчета каждого узла. Однако для большинства узлов можно найти некоторые общие особенности.

• 1. Деревянные сжатые элементы, сходящиеся в узле, как правило, передают свои усилия путем упора либо в другой элемент, либо в металлический башмак. Естественно, контактная площадь должна быть проверена на прочность по смятию. При этом очень важно произвести эту проверку с учетом анизотропного строения дерева, т. е. знать угол между действующим усилием и направлением главных осей ортотропии. Это позволяет сделать оценку напряжений в соответствии с прочностью (расчетным сопротивлением) древесины в направлении действия этих напряжений.
• 2. В ряде случаев контактная взаимная площадь, по которой передается усилие от одного элемента другому, охватывает не все сечение, а лишь часть его. В таких случаях в расчет необходимо вводить прочностную характеристику не просто R_c или R_cw a R?_M— расчетное сопротивление древесины местному смятию.
• 3. В фермах, где деревянные элементы решетки (стойки и раскосы) прикрепляются к узлам верхнего и нижнего поясов с помощью стальных пластин наконечников, центровой болт, на который навешиваются узловые пластины, рассчитывается на равнодействующую усилий от каждого элемента. При этом необходимо найти наиболее невыгодное сочетание действующих усилий. Расчет болта производить на изгиб и на срез.
• 4. Несущая способность болтов, прикрепляющих стальные наконечники к деревянным элементам решетки из условия изгиба болтов, подсчитывается по максимальной величине, т. е. на каждый срез [Т_и = 2,5d¹ (d — диаметр болта).
• 5. При расчете болтовых соединений растянутых элементов нижнего пояса и решетки, выполненных из круглых стержней и снабженных на концах нарезкой, необходимо использовать коэффициенты: т_л — 0,8 (учитывает ослабление нарезкой) и т₂ = 0,85 (учитывающий работу спаренных стержней).