Стропильные фермы служат для поддержания конструкций кровли и восприятия действующих на них нагрузок. Конструкции кровли вместе со стропильными фермами и связями образуют кровельное покрытие. Основное назначение кровельного покрытия заключается в защите помещения от атмосферных воздействий (снега, дождя, холода и т. п.). Стропильные фермы большей частью опираются на стальные или железобетонные колонны.
Стропильные фермы по железобетонным колоннам
В промышленных сооружениях различают теплые и холодные кровли.
Теплые кровли состоят из несущих плит, утеплителя, асфальтовой стяжки и водоизоляционного ковра из рулонного материала — рубероида.
Теплая кровля по прогонам
Различают два типа покрытия — с прогонами и беспрогонное. В первом типе покрытия в качестве несущих плит могут применяться стандартные сборные железобетонные плиты, армопенобетонные и армопеносиликатные плиты (совмещающие функции несущего элемента и утеплителя) и др.
Эти плиты укладываются на прогоны, которые опираются на стропильные фермы в узлах, передавая на них нагрузку. Наиболее распространенная длина плиты, определяющая панель фермы, равна 3 м.
Беспрогонное покрытие с теплой кровлей
Второй тип покрытия (беспрогонное), более распространенный, состоит из крупнопанельных железобетонных плит длиной 6 м, опирающихся непосредственно на верхние пояса стропильных ферм.
Плиты прикрепляются к поясу ферм путем приварки к нему уголков (коротышей), которые забетонированы в плиту. На крупнопанельные плиты также укладываются утеплитель (если они не выполняют одновременно и теплоизоляционных функций), стяжка и рубероидный ковер.
Типы холодных кровель
Холодные кровли применяются в горячих цехах и в холодных зданиях. Они осуществляются из волнистых асбестоцементных листов или, в отдельных случаях, из волнистой стали по прогонам. Наряду с этим холодные кровли можно устраивать по типу теплых с применением железобетонных плит, но без утеплителя.
Для обеспечения стока воды крыше придают уклон, который в основном зависит от материала кровли. Обычно уклоны кровли назначаются:
| для кровли из рулонных материалов |
|
| для кровли из асбестоцементных волнистых плит |
|
| для кровли из волнистой стали |
|
Уклон кровли, как правило, создают путем устройства наклонного верхнего пояса стропильных ферм.
Различают двускатные и односкатные кровли.
Прогоны бывают стальные (сплошные прокатные или решетчатые) и железобетонные. Прокатные прогоны из швеллеров или двутавров тяжелее решетчатых, но значительно проще и дешевле в производстве, чем и объясняется их преимущественное применение. Прокатные прогоны устанавливаются на наклонный верхний пояс ферм; будучи расположены под углом к плоскости действия усилия, они подвергаются косому изгибу.
Косой изгиб прогонов
Расчет прогонов производится на нагрузку от веса кровли и снега.
Эту нагрузку раскладывают на составляющие по главным осям сечения прогона: qx — нормально к скату, qy — вдоль ската (скатная составляющая); эти составляющие изгибают прогон в двух плоскостях.
Максимальные расчетные моменты соответственно равны:
Очевидно, что в крайних двух точках сечения прогона напряжения от одновременного действия Мх и Му будут суммироваться. При этом суммарное напряжение не должно превышать расчетного сопротивления, умноженного на коэффициент условий работы:
Необходимо стремиться к тому, чтобы напряжение σу было значительно меньше напряжения σх, поскольку балочные профили имеют хорошо развитый момент инерции относительно оси х — х и сравнительно малый момент инерции относительно оси у — у.
Для уменьшения напряжения о от скатной составляющей прогоны обычно раскрепляют гяжами, поставленными в середине пролета в плоскости кровли и тем самым вдвое уменьшают значение lу. Тяжи облегчают выравнивание на монтаже линии прогонов, улучшая условия укладки железобетонных плит.
Устройство тяжей по прогонам
При косом изгибе учет развития пластических деформаций разрешается только для слагающей нагрузки, действующей в плоскости наибольшей жесткости, т. е. в плоскости наибольшего момента инерции.
Таким образом, рабочая формула для проверки напряжения в прокатном прогоне имеет вид
Кроме того, необходима также проверка прогиба прогона в плоскости его наибольшей жесткости.
Прикрепление прокатных прогонов к фермам осуществляется на черных болтах: швеллерных прогонов — при помощи уголковых коротышей, приваренных к поясу ферм или, как и двутавровых прогонов, — при помощи планок, привариваемых к прогонам снизу и прикрепляемых болтами непосредственно к верхнему поясу ферм.
Двутавровые прогоны могут также прикрепляться при помощи уголковых коротышей.
Крепление прогонов
Решетчатые прогоны применяются с решеткой из круглой стали (прутковые прогоны). Прутковые прогоны можно устанавливать вертикально и наклонно, т. е. перпендикулярно поясу ферм (при уклонах кровли до 1:7).
Во всех случаях, а особенно при наклонном положении прогонов, необходимо раскреплять их связями в боковом направлении (как верхний, так и нижний пояс); связи могут быть из проволоки d = 6 мм.
Прутковый прогон
Применение решетчатых прогонов особенно целесообразно при пролетах более 6 м.
На стропильных фермах часто располагают фонари, т. е конструкции, предназначенные для освещения помещений верхним светом и для естественной вентиляции (аэрации). Фонари для целей освещения делают в том случае, когда световой площади окон в стенах недостаточно1.
Фонари могут быть расположены вдоль здания (продольные фонари) и поперек здания (поперечные фонари). К конструкциям фонаря подвешиваются металлические оконные переплеты или жалюзи. Вся нагрузка от кровельного покрытия, состоящая из постоянной нагрузки и снега, передается на стропильные фермы либо через прогоны и фонари, либо непосредственно через крупнопанельные железобетонные плиты, причем предполагается, что нагрузки действуют строго в плоскости ферм.
Продольные и поперечные фонари
В действительности этого нет, нагрузка прикладывается с некоторым эксцентриситетом, вызванным конструктивной необходимостью. Это обстоятельство, а также необходимость предотвращения продольного изгиба верхнего сжатого пояса ферм требуют устройства связей, не лежащих в плоскости фермы.
Связи устраивают: горизонтальные — в плоскости верхнего пояса, вертикальные — между фермами, располагая их по концам здания (или температурного блока); при этом образуются жесткие панели.
Связи между стропильными фермами
Промежуточные фермы присоединяются к жестким панелям прогонами или распорками. Вопрос об устройстве связей в промышленных зданиях рассмотрен в разделе Поперечные рамы.
1 Строительные нормы и правила (СНиП), II-B.4 и II-B.5.
«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов