Покрытие здания состоит из кровли (ограждающих конструкций), несущих элементов (прогонов, стропильных ферм), на которые опирается кровля, и связей по покрытию.
Кроме того, для освещения помещений верхним светом и их естественной вентиляции в системе покрытия многопролетных зданий устраивают фонари, опирающиеся на фермы. В зависимости от назначения помещений кровли могут быть теплыми или холодными. По конструкции различают покрытия с прогонами и без них.
Покрытие с прогонами состоит из стальных прогонов, устанавливаемых в узлы стропильных ферм, по которым укладывают для холодных кровель асбестоцементные волнистые листы, для теплых кровель — оцинкованный стальной профилированный настил (рис. 8.5, а). Отечественная промышленность выпускает настилы высотой 40,60 и 80 мм из листов толщиной 0,8... 1 мм. Размер поперечного сечения профилированных настилов (рис. 8.5, б) зависит от нагрузки на покрытие, ширина составляет 680...845 мм, длина — до 12 м. Заводы могут выпускать настил неограниченной длины, но по условиям транспортировки и удобства монтажа длина ограничивается.
Рис. 8.5. Профилированный стальной настил в пакете (а) и поперечное сечение профилированного настила (б)
Профилированный настил укладывают по прогонам, расположенным обычно в узлах стропильной фермы через 3 м. Листы настила крепят к прогонам самонарезающими болтами диаметром 6 мм, между собой листы соединяют вдоль длинной стороны специальными комбинированными заклепками диаметром 5 мм (рис. 8.6). Оба вида соединений позволяют производить крепежные работы, находясь с одной стороны настила. Расход стали на 1 м2 покрытия — 10... 16 кг (только от настила).
Рис. 8.6. Крепежные детали
|
|
Основное достоинство профилированного стального настила — малая собственная масса кровли. Это достигается в сочетании с применением эффективного легкого утеплителя (фенольный пенопласт, пенополиуретан, пенополистирол), имеющего плотность до 50 кг/м3. На рис. 8.7 показан узел кровельного покрытия с профилированным настилом.
Беспрогонную теплую кровлю выполняют, как правило, из крупнопанельных железобетонных плит, непосредственно укладываемых на верхние пояса стропильных ферм. Размер таких плит 3x6 или 3 х 12 м (редко 1,5 х 6 или 1,5 х 12 м). Он зависит от расстояния между фермами (шага ферм). Плиты имеют закладные детали, которые привариваются к поясам ферм. По железобетонным плитам укладывают пароизоляцию, утеплитель, выравнивающую асфальтовую стяжку и гидроизоляционный ковер из нескольких слоев рубероида на битумной мастике. Основной недостаток покрытия из крупнопанельных железобетонных плит — большая нагрузка от собственного веса (до 2,5 кПа), увеличивающая общий расход металла на несущие конструкции здания. При укладке железобетонных плит на поясные уголки стропильных ферм эти уголки при их малой толщине усиливают накладками t = 12 мм (см. далее рис. 8.13). Это необходимо делать, если толщина поясных уголков менее 10 мм при шаге ферм 6 м и менее 14 мм при шаге ферм 12 м.
Рис. 8.7. Узел кровельного покрытия по фермам с применением профилированного стального настила:
7 — профилированный настил; 2 — пароизоляция; 3— утеплитель; 4 — гидроизоляционный ковер; 5 — комбинированные заклепки; 6 — самонарезающие болты
Для стока воды кровле придают уклон, который зависит от материала кровли. Для рулонных материалов этот уклон равен 1/8... 1/12; при условии защиты рулонной кровли слоем из битумной мастики с втопленным гравием уклон может быть равен 1,5% (практически плоская кровля). Холодные кровли из металлических листов обычно имеют уклон 1/5, а из асбестоцементных листов — 1/3,5.
|
|
Прогоны кровли бывают сплошные (прокатные и холодногнутые) или решетчатые. Прокатные прогоны из швеллеров или двутавров тяжелее решетчатых, но значительно проще и дешевле в производстве, чем и объясняется их преимущественное применение. Наиболее распространенные прогоны при шаге ферм 6 м выполняют из швеллеров, которые просто крепятся к поясам ферм (см. рис. 8.7). Они же лучше, чем двутавры, работают при косом изгибе. Недостаток швеллерного прогона — более узкая полка, чем у двутавра того же номера или той же несущей способности.
Прогоны, расположенные на наклонном верхнем поясе, от действия вертикальных нагрузок подвержены косому изгибу. Расчет их производят на нагрузку от веса кровли и снега. Эту нагрузку q раскладывают на составляющие по главным осям сечения прогона: qx = q cos а — перпендикулярно скату; qy = q sin а — вдоль ската (рис. 8.8, а). Из-за малой жесткости прогона относительно оси у—у даже небольшой изгибающий момент вдоль ската Му вызывает в нем большие напряжения и создает необходимость в значительном увеличении сечения прогона. Для уменьшения неблагоприятного влияния скатных составляющих (нагрузки q) между прогонами в плоскости ската ставят тяжи (рис. 8.8, б). При крутых скатах кровли или при тяжелых нагрузках, а также при шаге ферм 12 м обычно ставят два тяжа, а при пологих скатах и шаге ферм 6м — один. Постановка тяжей превращает прогон в плоскости ската из однопролетной балки в двух- или трехпролетную неразрезную, что значительно уменьшает изгибающий момент Му от скатных составляющих qy. В вертикальной плоскости прогон работает как однопролетная балка.
|
|
Таким образом, расчетные изгибающие моменты в прогоне могут быть определены из следующих формул (рис. 8.8, в):
• при одном тяже
• при двух тяжах (в теоретически опасном сечении прогона, совпадающем с местом примыкания тяжей)
где / — пролет прогона (равен шагу ферм). 
Подбор сечения прогона производят по формуле (6.2). Подобранное сечение проверяют по формуле (3.17). Тяжи принимают из круглой стали конструктивно диаметром 18...22 мм.
Рис. 8.8. К расчету прогонов:
а — конструктивная схема; 7 — колонны; 2 — прогоны; 3 — тяжи; б — общий вид (с двумя тяжами); в — схема действия нагрузки; г — расчетные схемы
Прогиб прогонов проверяют только в плоскости его наибольшей жесткости (относительно оси х—х), он не должен превышать 1/200 пролета.
Прокатные прогоны прикрепляют к фермам на болтах нормальной точности с помощью уголковых коротышей, приваренных к поясу ферм (см. рис. 8.7).