При больших нагрузках и пролетах более 9 м следует применять фермы
При уклоне кровли в 22—30°наиболее экономичны треугольные фермы. Для таких ферм пролетом в 14 — 20 м наиболее рациональна решетка с нисходящими раскосами( рис. 1. поз.1). Панели назначают с расчетом, чтобы число их было четное и чтобы длина панели верхнего пояса была ог 1,5 до 2,5 м. При пролетах 20 м экономичнее ферма системы Полонсо (рис.1. поз.2 и 3).
При наличии подвесного потолка затяжка А — Б должна быть подвешена к верхнему поясу. Ферма Полонсо с поднятой затяжкой применима и при криволинейном подвешенном к ней потолке. При значительном подъеме потолка применима стальная многоугольная ферма с поднятым нижним поясом (рис. 1, поз. 4).
Во избежание большой высоты стен, скрывающих опорную часть фермы, возможно применение ферм с ломаными нижними поясами (рис.1, поз. 5) Получают распространение стальнаые безраскосные фермы, неизменяемость которых основывается на жесткости узлов. Их выгода в простоте устройства и возможности опирать прогоны в любом месте верхнего пояса без утяжеления конструкции (рис. 1, поз. 6).
Безраскосная ферма с прямым нижним поясом тяжелее раскосной на 10 — 15%; применима в случаях, где она остается внутри помещения открытой и где нижний пояс должен быть по требованиям строительства прямолинейным.
Безраскосная ферма с ломаным нижним поясом может быть запроектирована с расходом стали на 15 — 20% менее, чем ферма раскосной системы.
Для пролетов в 20 м рациональны сварные безраскосные фермы в виде жесткого ригеля из двутавровой стальной балки № 16 — 22 с приваренной к ригелю затяжкой на подвесках из двух стержней диаметром 16 — 25 мм. Элементы ферм для простоты и удобства их сопряжения выполняют из парных профилей прокатной стали( рис. 2).
На рис. 2, приведены узлы стальных ферм на заклепках и сварных швах. Элементы узлов на заклепках центрируются по линиям размещения заклепок (по рискам), а на сварных швах — по линиям центров тяжести стержней. Опоры для ферм пролетом до 15 м могут быть неподвижными (плоскими), при больших пролетах одна из опор должна быть подвижной (на катках или тангенциальной - на сферических поверхностях).
Устойчивость ферм обеспечивают постановкой между ними связей. В здании, где каменные продольные наружные стены жестко расперты поперечными и при числе ферм не более четырех-пяти, достаточной связью являются прогоны, заанкеренные в торцовые стены.
При большем числе ферм необходимы специальные связи. Вертикальные связи ставят между средними или двумя симметрично расположенными стойками двух ферм, ближайших к торцовой стене. Связи образуют панели, в состав которых входят стойки ферм и вводимые между ними распорки и раскосы. Число панелей в связях зависит от отношения высоты ферм к расстоянию Между ними. Распорки делают из парных уголков 60 х 60 до 80 х 80 мм, раскосы — из таких же уголков, но одиночных.
Фермы, не связанные вертикально, соединяют по нижнему поясу распорками из парных уголков. По верхним поясам между теми же фермами устраивают связи: верхние пояса, прогоны и вводимые между ними раскосы, образующие ферму BDEF'.
В здании с колоннами такие вертикальные и горизонтальные связи ставятся по периферии здания. Верхние части колонн связывают, кроме того, вертикальными связями.
При висячих стропилах фронтонные стропила можно устраивать так же, как указано для стропил наслонных, если они приходятся над каменными торцовыми стенами.
Расчет стропильных стальных ферм ведется по первому предельному состоянию и имеет целью обеспечение необходимой несущей способности стержней и соединений. Определение усилий в элементах поясов и решетки стальных ферм производится обычно графоаналитическим методом путем построения диаграммы Кремоны
Наибольшее распространение в покрытиях зданий имеют сварные фермы из стержней углового профиля.
Используются 5-6 профилей различного размера. Стержни обычно состоят из двух ветвей, соединенных прокладками.
Участки фермы, в которых пересекаются ее стержни, носят название узлов.
Она характеризуется наличием плоского листа - фасонки, заведенного в зазор между ветвями стержней и предназначенного для их крепления. Различают промежуточные и опорные узлы. Наиболее простая конструкция промежуточного узла соответствует целому прямолинейному поясу; более сложное решение получается в узле, в котором пояс имеет стык или перелом оси.
Конструкция стропильных ферм
а - сечения поясов; б - сечения стержней решетки; в - сечения слабо работающих стержней решетки; г - рядовой узел верхнего пояса; д - коньковый узел; е - опорный узел; ж - центральный узел нижнего пояса
Стыки поясов образуются вследствие изгиба их в соответствии с контуром фермы из-за ограниченной длины профильной стали и в связи с членением фермы на отправочные единицы.
Если угол между осями соединяемых частей пояса близок к 180 градусам, то стыковые накладки выполняются из угловой стали; такие решения применяются в фермах, несущих кровли с уклоном 1/8-1/12.
При более крутых уклонах накладки выполняются из листового металла, для каждой полки стыкуемого уголка отдельно. Опорные узлы характерны наличием горизонтальной плиты, с помощью которой передается давление на стену или колонну.
Расчет стропильных стальных ферм ведется по первому предельному состоянию и имеет целью обеспечение необходимой несущей способности стержней и соединений. Определение усилий в элементах поясов и решетки ферм производится обычно графоаналитическим методом путем построения диаграммы Кремоны.
К расчету узлов стропильных ферм
а -прикрепление элемента решетки; б - прикрепление пояса;- в - проверка узла на поперечный изгиб
При расчете сварных швов или заклепок, соединяющих стержни с фасонками, определяются силы, действующие на соединение, и подбирается несущая способность элементов соединения по формулам.
Стержень, прикрепленный к фасонке, передает на каждый из двух сварных швов усилия, обратно пропорциональные расстояниям zо и zx и равные в сумме усилию, действующему в стержне.
Усилие, передаваемое на соединение пояса с фасонкой, определяется как геометрическая сумма сил, приложенных к поясу в узле
Опорные узлы стальных ферм, имеющие сильно вытянутые вдоль верхнего пояса узловые фасонки, необходимо проверить на изгиб, как консоль, загруженную опорной реакцией и заделанную в конструкцию фермы.
