Расчётная схема фермы и сбор узловых нагрузок.

Нагрузка, действующая на ферму обычно прикладывается к узлам фермы, к которым прикрепляются эл-ты поперечной конструкции (прогоны кровли или подвесного потолка), передающие нагрузку на ферму. Если нагрузка приложена непосредственно в панели, то в основной расчётной схеме она также распределяется между ближайшими узлами, но дополнительно учитывается местный изгиб пояса от расположенной в нём нагрузки. Пояс фермы при этом рассматривается как неразрезная балка с опорами в узлах.В стропильных фермах усилия следует опр-ть для след. нагрузок:1)Постоянная- собств. вес фермы и всей поддерживаемой констр-ии (кровля с утеплителем, фонарей, ж/б плиты)2)Временная – нагрузки от подвесного подъёмно-транспортного оборудования и т.д.3)Кратковременные (атмосферные)-ветер, снег.Расчётная постоянная нагрузка, действующая на любой узел стропильной фермы, зависит от грузовой площади, с которой она собирается. В отдельных узлах к нагрузке прибавляется нагрузкаот массы фонаря.Снег- нагрузка кратковременная, она можетзагружать ферму лишь частично. Загружение снегом одной половины фермы может оказаться невыгодным для средних раскосов, поэтому масса снегового покрова на 1м² должна определятся с учётом возможного неравномерного распределения снегового покрова около фонарей или перепадов высот.Давление ветра учитывается только на вертикальные поверхности, а также на поверхности с углом наклона более 30⁰ (башни,мачты, а также в крутых треугольных стропильных фермах и фонарях). Ветровая нагрузка, как и другие виды нагрузок, приводится к узловой. Горизонтальная нагрузка от ветра на фонарь при расчёте при расчёте стропильной фермы обычно не учитывается, т.к. её влияние на работу фермы незначительно.

Фермы с поясами из широполочных тавров.

Предварительно-напряжённые фермы, конструктивные решения, основы расчёта. В фермах предварит-ое напряжение может осуществляться затяжками, в неразрезных фермах-смещением опор. Для разрезных ферм основным способом создания преднапряжения явл-ся натяжение их затяжками из высокопрочных мат-ов (стальных канатов). Затяжки следует размещать так, чтобы в результате их натяжения в наиболее нагруженных стержнях фермы возникли усилия, обратные по знаку усилиям от внешней нагрузки. Схема размещения затяжек определяет характер преднапряжения и работы фермы.Рис.а- размещение затяжек в пределах длины отдельных стержней, работающих под нагрузкой на растяжение, создавая в них преднапряжение сжатия (этот способ эффективен для тяжёлых ферм, у которых каждый стержень-это отправочный элемент, тогда преднапряжение стержней осущ-ся на заводе).Рис.б- ферма,в которой пояс работает на растяжение и имеет значительный вес,в ней можо с помощью одной затяжки создать сжимающее преднапряжение во всех панелях пояса и тем самым уменьшить его вес(пример-сегментная ферма).

Рис.в,г- в лёгких фермах эффективна схема типа арки с затяжкой. По этой схеме натяжением затяжки создаётся преднапряжение во всех стержнях фермы, причём наиболее тяжёлые эл-ты – верхний и нижний пояса- получают разгружающее усилие от натяжение затяжки.Рис.д- возможны выносные затяжки,разгружающие воздействие которых на стержни фермы может быть особенно значительным, но её не всегда можно прменить.В зависимости от последовательности предварительного напряжения работа фермы состоит из нескольких этапов. В простом случае на 1 этапе создаётся преднапряжение, на 2- ферма загружается эксплуатационной нагрузкой. Более эффективным способом явл-ся загружение фермы на первом этапе частью постоянной нагрузки, затем создание преднапряжения и на 3 этапе загружениефермы оставшейся частью постоянной и временной нагрузок.Наиболее эффективно многоступенчатое преднапряжение: 1этап-частичное преднапряжение; 2-загружение частью постоянной нагрузки; 3-повторное натяжение затяжки; 4-загружение оставшейся частью пост. нагрузки; 5-ещё одно натяжение затяжки; 6-загружение временной эксплуатац-ой нагрузкой.Сечение стержней-могут быть такими же, как и в обычных.

Фермы из труб. Узловые сопряж. Трубчатых Ф. должны обеспечивать герметизацию внутренней полости Ф., чтобы предотвратить возникновение там коррозии. В трубч. Ф. наиболее рациональны бесфасоночные узлы с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам. При выполнении фигурной резки концов спец. машинами узлы с непосредственным примыканием дают высококачеств. соединение с мин. затратой труда и материала. Стержни центрир-ся, как правило, по геометрическим осям; при неполном использовании несущ.способности поясной трубы допускается эксцентриситет не более одной четверти диаметра трубы. Напряжение по длине шва распределяется неравномерно и зависят от отношения диаметров соединяемых труб, величины угла сопряжения труб, прочностных характеристик материла поясной трубы. Обычно центр тяжести шва не совпадает с осью приложения усилия. Рекомендуется проверять раздельно несущую способность участков шва, лежащих по разные стороны от оси, что на каждый участок передается половина осевого усилия. Форма сварного шва без снятия фаски получается переменной по длине линии соединения труб. При недостаточной толщине пояса в месте узла его можно усилить накладкой. Накладки вырезаются из трубы того же диаметра, что и пояс, или изгибают из листа толщиной не менее одной и не более двух толщин стенки поясной трубы. Стыковое соединение труб разных диаметров, работ-х на сжатие, а также соединения в местах перелома оси пояса могут вып-ся с помощью торцевых накладок. В опорных узлах трубчатых Ф., так же как и в ф. из уголков, необходимо констр-ть жесткую опорную стойку для передачи давления на опору. Опорную стойку можно констр-ть в виде листов или из обрезка трубы. Опорная стойка заканчивается плитой, распред. давление от фермы на нижележащую конструкцию.

Фермы из гнутосварных замкнутых профилей. Проектир. с бесфасоночными узлами и с беспрогонныи опиранием кровли. Для упрощения констр.узлов схемы Ф. следует принимать с разрезной решеткой, при кт. в узлах к поясам примыкает не более двух элементов решетки. Толщину стенок стержней Ф. рекоменд-ся принимать не менее 3мм. В одной Ф. не должны применяться профили одинаковых размеров сеч, отличающихся толщиной стенок менее чем на 2мм. В целях обеспечения устойчивости стенки отношение ее высоты к толщине следует принимать для поясов не более 45, а для стержней решетки – не более 60. Для обеспечения плотности участков сварного шва со стороны острого угла углы примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30. Во избежание двойной резки концов стержней следует избежать пересечения стержней решетки в узлах. В заводских условиях соединения стержней рекомендуется производить путем сварки встык на остающейся прокладке. Монтажные стыки рекомендуется выполнять фланцевыми на болтах. Сварные швы, прикрепляющие стержни решетки к полкам поясов с полным проплавлением стенки профиля, рассчитывается как стыковые, при этом зазор устанавливается равным 0,5-0,7 толщины стенки примыкающего стержня.

Общая характеристика каркаса ОПЗ, классификация, особенности проектирования. По числу пролетов: однопролетные, многопролетные, (с пролетами одинаковой и разной высоты). Каркас- комплекс несущих конструкций воспринимающий, передающий на фундаменты нагрузки от массы ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки, нагрузки от внутрицехового транспорта, температурные воздействия. Состав каркаса: колонны, стропильные фермы, подкрановые балки, светоаэрационные фонари, связи. По виду транспорта: бескрановые, с мостовыми кранами, подвесными, подвесными конвейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов и траекториями их перемещения. При проектировании каркаса необходимо учитывать режим работы мостовых кранов т.к. динамические повторяющиеся крановые воздействия приводят к раннему износу конструкций каркаса. При использовании кранов тяжелого и весьма тяжелого режима работы д.б. обеспечены большая поперечная жесткость каркаса. выносливость подкрановых балок. При проектировании зданий с сильной степенью агрессивностью среды уделяют внимание выбору марки стали, конструктивной форме элементов каркаса, защитным покрытиям. При проектировании металлических конструкций предусматривают защиту от чрезмерного нагрева. При проектировании каркасов со взрывоопасным производством предусматривается возможность сбрасывания части конструкций при взрыве без полного разрушения каркаса.

Компоновка поперечной рамы ОПЗ: выбор типа ригеля, колонн, узловых сопряжений, генеральные размеры. Компоновку начинают с установления основных габаритных размеров элементов. Размеры по вертикали привязывают к отметке пола, принимая её нулевой. Размеры по горизонтали привязывают к продольным осям. Все размеры принимают по унификации и другим нормативным документам. Однопролетные рамы: вертикальные размеры здания зависят от технологических условий производства, определяются расстояниями от уровня пола до головки кранового рельса и от головки рельса до низа несущих конструкций. В сумме это полезная высота цеха. Колоны постоянного по высоте сечения используются для цехов с подвесным транспортом и мостовыми кранами небольшой грузоподъёмности. Многопролетные рамы: нужно учитывать что для достижения максимальной типизации конструкции желательно чтобы пролеты были равными имели одинаковую высоту. При компоновке конструктивной схемы многопролетных рам с различной высотой пролетов применяются односкатные или двускатные покрытия.

Связи по покрытию ОПЗ: назначение, схемы расстановки, конструктивные схемы связей, расчет. Связи м/у фермами обеспечивают устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм, перераспределение местных нагрузок (крановых) приложенных к одной из рам, на соседние рамы; восприятии и передачу на колонны некоторых нагрузок. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего и верхнего поясов ферм, верхнего пояса фонаря. Состоят из поперечных и продольных. Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм. Их целесообразно располагать в торцах цеха чтобы они обеспечивали пространственную жесткость покрытия. В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечивать горизонтальную жесткость каркаса поперек и вдоль здания. Поэтому обязательна система связей по нижним поясам фермы. Продольные связи обеспечивают совместную работу систему плоских рам, поэтому поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы уменьшаются. Жесткость этих связей д.б. достаточной чтобы вовлечь в работу соседние рамы. Их ширина назначается равной длине первой панели нижнего пояса фермы. Связи устанавливаются на болтах. Приварка связей увеличивает их жесткость в несколько раз. поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они воспринимают ветровую нагрузку.

Связи по колоннам ОПЗ: назначение, схемы расстановки, конструктивные схемы связей, расчет. Обеспечивают геометрическую неизменяемость каркаса, его несущую способность и жесткость в продольном направлении, устойчивость колонн из плоскости поперечных рам. По торца здания крайние колонны соединяют м/у собой гибкими верхними связями. Верхние вертикальные связи размещают в торцевых панелях здания, в панелях примыкающих к температурным швам (повышают продольную жесткость верхней части каркаса). Вертикальные связи м/у колоннами ставят по всем рядам колонн здания. Располагаются м/у одними и теме же осями. При проектировании связей по средним рядам колонн в подкрановой части учитывается, что по условиям технологии необходимо свободное пространство м/у колоннами. В этих случаях применяют портальные связи. Ветровая нагрузка на торец здания воспринимается стойками торцевого фахверка и частично передаётся на связи по нижнему поясу ферм.

Установление расчетной схемы поперечной рамы ОПЗ. Расчетная схема многократно статически неопределимая сквозная система с жесткими узлами. При легких фермах при определении усилий узлы считаются шарнирными, в дальнейшем жесткость узлов учитывается при определении расчетных длин стержней фермы. В зависимости от конструкций сопряжения ригеля с колонной в расчетной схеме узлы м/б жесткие или шарнирные. При расчете поперечных рам стальных каркасов используются упрощенные расчетные схемы, сокращающие трудоемкость расчета.

Нагрузки, действующие на поперечную раму ОПЗ. На поперечную раму действуют нагрузки: постоянные от ограждающих и несущих конструкций, временные (технологические, атмосферные), особые (сейсмические просадка опор, аварийные). Постоянные- принимают равномерно- распределенными по длине ригеля. Временные нагрузки: от мостовых кранов. При движении колеса крана на крановый рельс передаются силы трех направлений. Ветровая нагрузка- действует динамически. В широких зданиях колебания ветра не проявляются и рассматривается только статическая составляющая нагрузок. Условия оптикания ветром учитываются аэродинамическими коэффициентами - с. Т.о. расчетная линейная нагрузка передаваемая на стойку рамы при отсутствии продольного фахверка: q_w=γ_ww₀kcB; γ_w- коэф. надежности по ветровой нагрузке = 1,4; w₀- нормативное давление ветра по СНиП; k- коэф. учитывающий высоту и защищенность от ветра; с- аэродинамический коэф; В- ширина расчетного блока. Прочие нагрузки: нагрузки от массы конструкций и рабочих площадок, нагрузки от консольных и подвесных кранов, специальные нагрузки возникающие при ремонте оборудования, сейсмические воздействия.

Конструкция и расчет сплошных прогонов. Выполняются по резервной. разрезной и не разрезной схемам. При малоуклонной кровле работа прогонов не отличается от работы прокатных балок на вертикальную нагрузку, расчет аналогичен. При кровле с большим уклоном прогоны на скате работают на изгиб в двух плоскостях (косой изгиб). Вертикальная нагрузка от кровли раскладывается на действующую в плоскости большей жесткости прогона qx, и скатную составляющую qy. Чтобы уменьшить изгибающий момент от скатной составляющей, прогоны раскрепляют тяжами из круглой стали диаметр 18-22мм, уменьшающими расчетный пролет в плоскости ската. По коньку устанавливается прогон с увеличенной в горизонтальной плоскости жёсткостью, или спаренные прогоны соединенные м/у собой вертикальная нагрузка на прогон: q=[(q_кр/cosα)+S]b+q_пр; q_кр- расчетная нагрузка от веса кровли; α- угол наклона к горизонту; s- расчетная нагрузка от снега; b- расстояние м/у прогонами; q_пр- расчетная погонная нагрузка от веса прогона; Составляющие нагрузки qx; qy; зависят угла наклона ската кровли: qx=qcosα; qy=qsinα; Значения изгибающих моментов в плоскости меньшей жесткости зависти от числа тяжей. При шаге ферм 6м-1тяж, при шаге 12м- 2тяжа. Прочность прогонов проверяется с учетом развития пластических деформаций: Ϭ=M_x/(c_xw_x)+M_y/(c_yw_y)≤R_yγ_c; c_x, c_y- коэф. зависящие от типа сечения прогона.

Особенности работы и расчета стропильных ферм в системе поперечной рамы ОПЗ. Выбор типа ферм зависит от технологических условий производства, конструкций кровли и ТЭП. При рулонных кровлях применяют фермы трапециевидного начертания, с параллельными поясами. При устройстве холодных кровель, когда требуется большой уклон применяют треугольные фермы или двускатные с параллельными поясами. Решетку стропильных ферм проектируют треугольной с дополнительными стойками. В отечественной практике применяют фермы с восходящим опорным раскосом. Это обеспечивает как жесткое, так и шарнирное сопряжение с колонной. За рубежом используются фермы с нисходящими опорными раскосами и опиранием ферм в уровне верхнего пояса. Достоинства: наиболее нагруженный опорный раскос работает на растяжение и имеет меньшее сечение, упрощается монтаж ферм, улучшается устойчивость при монтаже. Особенности расчета: Основными нагрузками при расчете яв-ся постоянная нагрузка, нагрузка от снега. Принимается равномерно распределенными. Нагрузки от бортовых стенок фонаря учитываются в виде сосредоточенных сил приложенных в узлах опирания крайних стоек фонаря.

Конструкция и расчет опирания стропильных ферм на колонну при шарнирном и жестком сопряжениях. При шарнирном сопряжении применяется узел опирания с использованием дополнительной стойки, при этом возможно опирание ферм на ж/б и металлическую колонну. Опорное давление фермы передается с опорного фланца через фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны. Верхний пояс конструктивно на болтах прикрепляют к фасонки надколонника, чтобы узел не воспринимал усилия от опорного момента. При жестком сопряжении ферма примыкает к колонне сбоку, опорное давление передается на опорный столик из листа толщиной 30-40мм. Учитывая возможный эксцентриситет передачи нагрузки угловые швы крепления столика рассчитывают на усилия F=1,2F_R; Опорный фланец крепят к полке колонны на болтах которые ставят в отверстие на 3-4мм больше диаметра болтов чтобы они не могли воспринять опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столбик. Горизонтальные усилия от опорного момента H=М/hоп; воспринимается узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Швы крепления фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы F_R и внецентренно приложенную силу H.

Типы колонн и их сечений в ОПЗ. В каркасах ОПЗ применяются стальные колонны 3х типов: 1. постоянного сечения (нагрузка от мостовых кранов передается на стержень колонны через консоли, стержень колонны м/б сплошного или сквозного сечения. Достоинства: конструктивная простота. Применяют при небольшой грузоподъёмности кранов до 20т и небольшой высоте до 10м.); 2 Переменного сечения (Ступенчатые. При большой грузоподъёмности выгоднее, ступенчатые колонны. Подкрановая балка опирается на уступ нижнего участка колонн и располагается по оси подкрановой ветви). 3. В виде двух стоек не жестко связанных м/у собой (Раздельные. Подкрановая стойка и шатровая ветвь связаны гибкими в вертикальной плоскости горизонтальными планками, поэтому подкрановая стойка воспринимает только вертикальные усилия от кранов, а шатровые работает в системе поперечной рамы и воспринимает остальные нагрузки. Такие колонны рациональны при низком расположении кранов большой грузоподъёмности).

Подбор сечения внецентренно- сжатых колонн сплошного и сквозного сечений. Сплошные колонны проектируют двутаврового сечения. Для колонн с постоянным сечением и над крановых частей ступенчатых колонн применяются симметричные двутавры. Если момент одного знака отличается от момента другого знака, то применяются не симметричные сечения. Для снижения трудоемкости применяют прокатные двутавры с параллельными гранями. Составные сечения компонуют из трёх листов или листов из сварных а также прокатных двутавров. При компоновке составных сечений необходимо обеспечить условия применения автоматической сварки, также местную устойчивость полок и стенки. Стержень внецентренно сжатой колонны проверяется на прочность и устойчивость как в плоскости тик и из плоскости рамы. Проверка устойчивости сплошной внецентренно сжатой колонны в плоскости рамы выполняют: N/(φ_eA)≤R_yγ_c; φ_e- коэф. снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии. Сквозные колонны: стержень состоит из двух ветвей связанных соединительной решеткой (раскосная). Колонны крайних рядов проектируют не симметричного сечения с наружной ветвью швеллерной формы (для удобства примыкания стены). Колонны средних рядов проектируют симметричными. Соединительную решетку размещают в двух плоскостях. Выполняют из одиночных уголков и центрируют на оси ветвей, угол наклона 40-45⁰.

Узлы опирания подкрановых балок на консоль сплошной и сквозной колонны постоянного сечения, их конструкция и расчет. Подкрановые балки опираются на консоли при кранах небольшой грузоподъемности применяются одностенчатые консоли привариваемые к стержню колонны. Консоль и швы рассчитывают на изгибающий момент М=D_maxe; и срез силой D_max. Напряжения у основания консоли и в швах определяют предполагая, что момент воспринимается только полками: H=M/h_k; вертикальная сила- стенкой. При больших усилиях устраивают двухступенчатую консоль. Усилия в швах крепления консоли находят по правилу рычага F=D_max(h+e)/h; F₁= D_maxe/h;

Базы внецентренно- сжатых колонн ОПЗ: конструкция и расчет общих и раздельных баз. Назначение и расчет анкерных болтов. Базы- опорная часть колонны предназначена для передачи усилий с колонны на фундамент. Состав: плита, траверсы, ребра, анкерные болты и устройства их крепления- столики анкерные плиты. Для сплошных, легких сквозных колонн (при h≤1000мм), применяются общие базы. Для передачи момента на фундамент база внецентренно сжатых колонн развивается в плоскости действия момента. Центр плиты совмещается с центром тяжести колонн. Для обеспечения жесткости плиты и уменьшения толщины устанавливают траверсы и рёбра. Под сквозные колонны при их ширине более 1м устраивают раздельные базы (под каждую ветвь своя база), т.к. ветви работают на продольные осевые силы, базы рассчитывают как базы центрально сжатых колонн. Центр плиты совмещают с центром тяжести ветвей. базу каждой ветви рассчитывают на свою комбинацию изгибающего момента и продольной силы. Анкерные болты работают на растяжение и воспринимают усилия отрывающие базу от фундамента. Усилия в болтах определяют в предположении, что бетон не работает на растяжение и растягивающая сила полностью воспринимается анкерными болтами. Усилия в анкерных болтах: F_a=(M-Na)/y; требуемая площадь сечения одного болта: A_b,_тр=F_a/(nR_baγ_c); n- число болтов, R_ba -расчетное сопротивление анкерного болта.

Подкрановые конструкции: состав, статические и конструктивные схемы, типы сечений, особенности работы, нагрузки. Служат для передвижения кранов и воспринимают, передают на каркас нагрузки от подъёмно транспортного оборудования. Состав: подкрановые балки или фермы (воспринимают вертикальные нагрузки), тормозные балки, фермы (воспринимают поперечные горизонтальные нагрузки), крановые рельсы с элементами крепления и связями (обеспечивают жесткость и неизменяемость подкрановых конструкций). Конструктивные схемы подкрановых балок: сплошные (разрезные и неразрезные). При лёгких кранах до 30т и больших шагах колонн целесообразно решетчато подкрановые балки с жестким верхним поясом. При больших пролетах и кранах большой грузоподъёмности применяются подкраново- подстропильные фермы. Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колёса крана. подкрановые конструкции рассчитывают от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъёмности с тележками приближенными к одному из рядов колонн. Нагрузка прикладывается в любой точке по длине балке и приводит к появлению в стенке сложного напряженного состояния. Основными повреждениями подкрановых балок яв-ся трещины в верхнем поясном шве и околошовной зоне, повреждение элементов узлов крепления балок колоннам.

Сплошные подкрановые балки: конструктивные решения, расчетные усилия, компоновка сечения, проверки прочности жесткости, местной устойчивости. Типы сечений зависят от нагрузки пролёта и режима работы кранов. при пролете 6м. грузоподъёмность до 50т применяют прокатные двутавры, сварные двутавры несимметричного сечения. Для больших пролетов и грузоподъёмностей применяют сварные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией. При грузоподъёмности до 50т рациональны балки составного сечения из широкополочных тавров. Проверка прочности: под действием вертикальных и горизонтальных нагрузок подкрановая балка и тормозная конструкция работают как единый стержень на косой изгиб с кручением. Нормальное напряжение определяется Ϭ=(M_x0/I_x0)y₀+ (M_y0/I_y0)x₀+(B/I_ω)ω≤R_yγ_c; Проверка местной устойчивости: Ѵ(Ϭ_x/Ϭ_cr,x+Ϭ_loc,y/Ϭ_cr,loc,y)²+(τ_xy/τ_cr,xy)²≤γ_c;

Решетчатые подкрановые балки (фермы): условия применения, компоновка, типы сечения. Применяются при пролетах свыше 12м, при не большой грузоподъёмности до 30т. Подкрановые фермы проектируют с параллельными поясами и треугольной решеткой с дополнительными стойками. Высоту ферм принимают в пределах 1/6, 1/8 пролета. Решетку ферм выполняют из спаренных уголков, нижний пояс из тавров или спаренных уголков. Фасонки ферм принимают толщиной не менее 10мм.

Определение усилий в стержнях ферм.

Подбор сечения стержней легких ферм.

Фермы из широполочных двутавров.