Ферма. Ферма представляет собой решетчатую конструкцию, состоящую из отдельных стержней. Места соединений стержней называют узлами. При расчете обычно узлы рассматривают как шарнирные

• Название: Ферма представляет собой решетчатую конструкцию, состоящую из отдельных стержней. Места соединений стержней называют узлами. При расчете обычно узлы рассматривают как шарнирные
• Дата: 26.07.2021
• Размер: 28.1 Kb.
• Имя файла: Ферма.docx
• Тип: Документы; #225384

Фермы.
Ферма представляет собой решетчатую конструкцию, состоящую из отдельных стержней. Места соединений стержней называют узлами. При расчете обычно узлы рассматривают как шарнирные.
Фермы применяют в различных сооружениях, в покрытиях производственных жилых и общественных зданий, ангаров, судостроительных эллингов, в мостах, подъемных кранах, радиосооружениях и др.
Нагрузка к ферме, как правило, прикладывается в узлах. Продольные элементы фермы, расположенные вдоль ее пролета, называют поясами, а стойки и раскосы, соединяющие пояса, — решеткой.

Расстояние между центрами тяжести сечения поясов называют высотой фермы, а расстояние между соседними узлами пояса — длиной панели. Размер панели фермы зависит от размеров плит кровли, а также от угла наклона раскосов к горизонтали, который обычно принимают в пределах от 35 до 40°.
При передаче нагрузки на фермы в узлах стержней ее возникают только сжимающие и растягивающие усилия, благодаря чему фермы по расходу металла экономичнее сплошных балок. Однако они более трудоемки в изготовлении.

Фермы условно делят на легкие и тяжелые. Тяжелые фермы, испытывающие усилия в поясах 4000... 4500 кН и более, применяют в мостах и зданиях с большими пролетами. Сечения стержней тяжелых ферм проектируют обычно развитыми относительно вертикальной оси. Такие сечения называют двухстенчатыми. В узлах стержни двустенчатых сечений соединяются двумя фасонками.

Далее будут рассмотрены наиболее распространенные легкие однопролетные фермы балочного типа, применяемые в основном в покрытиях производственных и общественных зданий. Такие фермы называют стропильными.

Схемы стропильных ферм. В зависимости от назначения здания и вида кровли применяют следующие основные схемы ферм: с параллельными поясами, трапецеидальные, треугольные и полигональные.
Очертания поясов трапецеидальныхи полигональных ферм близки к кривой эпюры моментов, поэтому они при одинаковых нагрузках и пролетах будут иметь меньший собственный вес, чем фермы другого очертания.
Фермы с параллельными поясами в изготовлении проще трапецеидальных. Треугольные фермы используют в тех случаях, когда уклон кровли большой, например при кровлях из асбестоцементных листов. Такие фермы по сравнению с другими имеют большую высоту и требуют большего расхода стали.

В последнее время применяют предварительно напряженные фермы, в которых нижний пояс обжат стальным канатом. Благодаря предварительному напряжению повышается жесткость ферм и уменьшается их собственный вес.

Существует несколько видов решеток ферм: треугольная, раскосная, крестовая, ромбическая.
Для стропильных ферм небольшой высоты применяют треугольную решетку; для покрытий, в которых используют плиты пролетов 3 м, — треугольную с дополнительными стойками; для покрытий с плитами шириной 1,5 м и нетиповых ферм больших пролетов (более 40 м)—треугольную с дополнительными стойками и шпренгелями.
Стропильные фермы производственных зданий. Наиболее часто такие фермы применяют в качестве сквозных ригелей одноэтажных промышленных зданий. Вместе со стальными или железобетонными колоннами они образуют раму каркаса зданий. В бескаркасных зданиях фермы опираются на кирпичные стены.

Стержни ферм изготовляют из парных и одиночных уголков, прямоугольных и круглых труб и т. п.
Для унифицированных ферм пролетами 18, 24, 30 и 35 м, выполненных из уголков и разработанных в соответствии с требованиями типизации конструкций, принята единая длина панели — 3 м.
Для ферм из прямоугольных труб (гнутосварных профилей) высота принята 2 м, а из круглых —2,9 м. Пролет ферм из прямоугольных труб составляет 18, 24 и 30 м, а из круглых —24, 30 и 36 м.
Стропильные фермы устанавливают впокрытиях зданий с шагом 6, 12 и 24 м.

Связи по фермам обеспечивают жесткость, неизменяемость и устойчивость покрытия в целом и его элементов. Устойчивость фермы в своей плоскости обеспечивается системой связей. В покрытиях используют горизонтальные распорки и крестовые и вертикальные связи. Для того чтобы верхний сжатый пояс фермы не потерял устойчивость, устанавливают горизонтальные связи — сквозные конструкции, состоящие из поясов и решетки.
Поясами связевой фермы служат пояса стропильных ферм. Кроме того, несущие конструкции кровельного покрытия (панели или прогоны), опирающиеся на верхний пояс фермы и закрепленные к нему, являются связями по верхнему сжатому поясу ферм.

Нижние пояса стропильных ферм работают на растяжение и их закреплять не надо. Однако в производственных зданиях горизонтальные связи, устанавливаемые в плоскости нижних поясов, предназначены для восприятия горизонтальных усилий от ветра, действующего на торцовую стену, и от грузоподъемного оборудования (мостовых и подвесных кранов).

Горизонтальными и вертикальными связями соединяют две фермы в пространственный неизменяемый блок. Такие пространственные блоки устанавливают через 60 м по длине цеха.
Узлы ферм могут быть сконструированы различно. Ниже рассмотрены наиболее часто встречающиеся варианты узлов типовых ферм из парных уголков.

Узел фермы 1 — опорный. Опорная реакция в этом узле

Длину швов, прикрепляющих фланец к фасонке, определяют при конструировании узла. Для этого сначала наносят в масштабе размеры швов, которыми приваривают опорный раскос к фасонке.
При шарнирном сопряжении фермы с колонной в швах, крепящих фланец к фасонке, развиваются только касательные напряжения, вызываемые опорной реакцией.

Узел фермы 2 — связующий, в котором верхний пояс фермы и подкос соединены с надколонной стойкой вертикальной фасонкой имонтажными болтами.

Узел 3 — промежуточный; уголки верхнего пояса стыка не имеют. Швы, прикрепляющие уголки поясов к фасонкам, — сплошные. Швы рассчитывают на разность усилий в примыкающих панелях пояса. Дополнительно в них возникают напряжения от вертикальной узловой нагрузки.

Узел 4 отличается от узла тем, что уголки верхнего пояса имеют стык. При разной толщине поясных уголков стык перекрывают листовыми горизонтальными накладками и фасонкой.

Узел 5 — коньковый укрупнительный, в котором, как правило, устраивают укрупнительный стык фермы. Исходя их требований типизации конструкции ферм, этот узел должен быть симметричным относительно вертикальной оси так, чтобы обе половины фермы были одинаковыми. Конструктивно этот узел может быть оформлен различно. Стык поясных уголков можно перекрывать как листовыми накладками, так и уголковыми. При одном и другом решении левая и правая половины ферм одинаковы.
Стык узла 5 для ферм пролетом 24 и 36 м, когда к нему примыкает только стойка, рассчитывают на усилие в панели верхнего пояса.

Если стык перекрывают уголковыми накладками, то размеры уголков принимают такими же, как и уголков для пояса. Уголковые накладки изгибают по уклону фермы, обушки и вертикальные полки срезают.
Возможны и другие решения укрупнительных стыков ферм. Например, стык уголков нижнего пояса выполнен вразбежку или на общей (неразрезанной) фасонке, если ферма с завода может быть отправлена в целом виде.

Узел 6 — укрупнительный; конструируют и рассчитывают его аналогично узлу 5.
Для стропильных ферм применяют более эффективные виды профилей: гнутосварные, тавровые и др.
Стержни из уголков и швеллеров в узлах соединяют фасонками. Для уменьшения размеров фасонок допускается швы по обушкам делать большей толщины, чем по перьям. Число различных толщин швов на одной ферме должно быть не более трех-четырех.Узлы ферм конструируют одновременно с их расчетом. Очертания и размеры фасонок зависят от размеров сварных швов, которыми стержни крепятся к фасонкам. Конфигурация фасонок должна быть прямоугольной или трапециевидной, что упрощает их изготовление.

Разрабатывая рабочий чертеж отправочного элемента, стремятся к уменьшению числа номеров деталей. Это в первую очередь относится к фасонкам и прокладкам. Назначая размеры фасонок и прокладок, следует по возможности унифицировать их. Ширину фасонок назначают в соответствии с шириной листов (ГОСТ 82—70*), а толщину выбирают 8... 14 мм в зависимости от усилия в стержнях решетки фермы.

Прикреплять стержни фермы к фасонкам рекомендуется фланговыми швами. Толщину швов обычно задают, назначая ее в зависимости от толщины свариваемых элементов и кратной 2 мм. По перу уголков толщину шва принимают на 1... 2 мм меньше толщины полки уголка; по обушку — не более 1,2, где t — меньшая толщина соединительных элементов (фасонки или уголка).

Расчетную длину следует увеличить на 10 мм, чтобы компенсировать непровар на концах швов.

Железобетонные конструкции.
Железобетонные конструкции, широко применяемые в современном строительстве, обладают многими положительными свойствами: значительной механической прочностью; долговечностью; огнестойкостью и хорошей сопротивляемостью атмосферным и химическим воздействиям; возможностью использования для основного состава железобетона местных строительных материалов (песка, щебня или гравия); приспособляемостью к любым целесообразным формам; низкими эксплуатационными расходами на содержание и уход за ними.

Недостатки железобетонных конструкций: относительно большая масса по сравнению с другими строительными конструкциями; повышенная тепло- и звукопроводность; сложность производства работ, особенно при отрицательных температурах;невысокая морозостойкость в зоне с переменным горизонтом воды; возможность образования трещин в растянутой зоне элементов, что недопустимо для многих конструкций.

Однако совершенствуемая с каждым годом технология производства работ, новые методы обработки бетона, применение специальных цементов и добавок к ним, а также использование достижений в области конструирования и расчета железобетона позволяют избежать перечисленных недостатков. Относительно большая масса железобетонных изделий может быть уменьшена за счет применения тонкостенных конструкций из высокопрочных и легких бетонов (при использовании легких пористых заполнителей), пористых и ячеистых бетонов (газо- и пенобетона). Кроме того, легкие бетоны в сравнении с обычными обладают пониженной тепло- и звукопроводностью. Морозостойкость бетона повышается в результате увеличения плотности бетона, создаваемой подбором соответствующих заполнителей и цемента, а также введением в бетон специальных добавок.
По способу возведения сооружений железобетонные конструкции разделяют на монолитные, сборные и сборно-монолитные.

Монолитными называют железобетонные конструкции, возводимые непосредственно на объекте строительства. Для возведения монолитных железобетонных конструкций используют опалубку (формы), в которую устанавливают арматурные каркасы, а затем укладывают бетон, и подмости (леса). Опалубку и подмости снимают после того, как бетон приобретет достаточную прочность. Если арматурный каркас выполнен из прокатных профилей (жесткая арматура) или в виде формочек, сваренных из круглых стержней (несущие арматурные каркасы), то опалубку подвешивают к арматуре и устройства подмостей не требуется.

Монолитные железобетонные конструкции применяют в массивных сооружениях, в некоторых специальных сооружениях, которые могут быть возведены без подмостей в скользящей или переставнойопалубке (водонапорные башни, дымовые трубы, градирни, стены и шахты многоэтажных зданий и др.), а также для устройства фундаментов, днищ резервуаров и т. д.

Сборными называют железобетонные конструкции, изготовляемые на специализированных заводах. Такие конструкции монтируют на строительной площадке и при необходимости соединяют между собой путем сварки арматурных стержней или стальных закладных деталей. Стык элементов затем бетонируют или заливают раствором.

Применение сборных железобетонных конструкций (сборного железобетона) обеспечивает высокую индустриализацию строительства благодаря использованию высокопроизводительных машин и механизмов как при изготовлении элементов, так и при их монтаже. Это позволяет снизить трудовые затраты на строительной площадке, сократить сроки строительства, ликвидировать сезонность строительных работ. Однако по сравнению с монолитными энергозатраты на сборные железобетонные конструкции в три-четыре раза больше, кроме того, на них стали расходуется на 5...15% больше (для обеспечения прочности при перевозке и монтаже и устройства монтажных стыков). При возведении сборных железобетонных конструкций не исключены мокрые процессы по омоноличиванию стыков.

Сборно-монолитными называют железобетонные конструкции, которые возводят из сборных элементов, но отдельные участки бетонируют на месте строительства. При возведении таких конструкций в некоторых сооружениях упрощаются сопряжения в узлах и увеличивается пространственная жесткость системы.
Для изготовления железобетонных конструкций применяют тяжелые и легкие бетоны.
Тяжелым называют бетон плотностью 2200... 2500 кг/м3, изготовленный на цементном вяжущем и плотном заполнителе. Такой бетон (крупнозернистый) применяют в основном для несущих конструкций, а также для всех видов конструкций, к которым предъявляют требованияводонепроницаемости, повышенной морозостойкости и т. д.

Легким называют бетон плотностью 500... 2200 кг/м3. При его изготовлении используют пористые заполнители. Такие бетоны применяют в несущих и ограждающих конструкциях.
Классы, марки бетона и его расчетные характеристики. В соответствии со СНиП 2.03.01—84 все бетоны разделяют на классы по прочности на сжатие В и на растяжение Bt, на марки по морозостойкости F, по водонепроницаемости W, по средней плотности D.

Классы по прочности на сжатие В определяются по гарантированной прочности Rby, которая выражается временным сопротивлением сжатию (пределом прочности) бетонного образца в форме куба. Прочностью эталонного образца (кубик с размером ребра 15 см, выдержанный в течение 28 дн при температуре 20° С и относительной влажности 90... 100%) устанавливается класс прочности бетона. Класс по прочности бетона — основная его характеристика.

Нормами установлены следующие классы по прочности на сжатие для тяжелых бетонов В3,5; В5; В7,5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Для мелкозернистых бетонов в зависимости от способа твердения и крупности наполнителя применяют классы от В3,5 до В60.

Для легких бетонов в зависимости от марки по средней плотности D установлены соответствующие классы прочности на сжатие: при D800, D900 — классы прочности В2,5; В3,5; В5 и В7,5; при D2000 —В20; В25; ВЗО; В35 и В40. Маркам по плотности соответствуют классы по прочности на сжатие для легких (крупнопористых ячеистых и поризованных) бетонов от Bl (D500) до В 12,5 (D2000).
В зависимости от класса прочности (СНиП 2.03.01—84) установлены нормативные и расчетные сопротивления бетона.

Для бетона вводят два временных нормативных сопротивления: Rbn — сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность); Rbtn — сопротивление осевому растяжению.
Виды арматуры.Арматуру железобетонного элемента по назначению разделяют на рабочую, устанавливаемую по расчету, и монтажную, или распределительную, которую используют по конструктивным соображениям. Монтажная арматура совместно с рабочей образует арматурный каркас (сетку) элемента, который воспринимает не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона и изменения температуры, способствует распределению сосредоточенных нагрузок или местных напряжений, а в сборных элементах обеспечивает их прочность при транспортировании и монтаже. Стержни арматуры соединяют, как правило,, контактной точечной сваркой (сварные сетки и каркасы), а иногда— вязальной проволокой (вязаные каркасы).

Арматуру, укладываемую в конструкцию без предварительного натяжения, называют ненапрягаемой; арматуру, которую при изготовлении элементов предварительно натягивают, называют напрягаемой.
В зависимости от технологии изготовления арматура подразделяется на стержневую, получаемую прокатом на металлургических заводах (горячекатаная арматура и термически и термомеханически упрочненная) и проволочную, получаемую путем-холодной протяжки прокатных стержней через фильеры с последовательно уменьшающимися отверстиями. В результате многократной протяжки уменьшается диаметр стержня и увеличивается его длина, при этом изменяется кристаллическая структура стали и значительно повышается прочность на разрыв. Проволочную арматурную сталь выпускают в виде арматурной холоднотянутой проволоки и арматурных канатов.

Арматурные стержни имеют, как правило, периодический профиль.
Выступы на поверхности стержней периодического профиля повышают сцепление арматуры с бетоном.
Классы арматурной стали. В зависимости от механических свойств арматурная сталь делится на классы:
стержневая;
горячекатаная гладкая A-I, периодического профиля
термически и термомеханически упрочненнаяпериодического;
холоднотянутая проволока обыкновенная гладкая B-I и периодического профиля Вр-I; высокопрочная гладкая В-П и периодического профиля Вр-П;
арматурные канаты — К-7 и К-19.

Форма периодического профиля стержней зависит от класса арматуры.
Для закладных деталей и соединительных накладок применяют прокатную углеродистую сталь марок ВСТЗкп2, ВСТЗпсб (при динамических воздействиях на конструкцию).
В предварительно напряженных железобетонных конструкциях длиной до 12 м включительно в качестве напрягаемой арматуры служат термически и термомеханически упрочненная арматура периодического профиля классов Ат-V и Ат-VI, арматурная холоднотянутая высокопрочная проволока В-П, Вр-П, а также арматурные канаты классов К-7 и К-19, горячекатаная арматура классов A-IV, A-V и A-VI и стержневая арматура класса А-П1в.

В предварительно напряженных конструкциях длиной свыше 12 м применяют высокопрочную проволоку классов Вр-П, В-П и арматурные канаты классов К-7, К-19, а также горячекатаную арматуру классов A-V, A-VI (для легких бетонов) и классов A-IV, Ат-IVC и А-Шв.

Нормативные и расчетные сопротивления арматуры. Для каждого класса арматуры нормами установлена прочность на растяжение — нормативное сопротивление.

Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы в некоторых случаях могут быть снижены (или повышены) путем умножения на коэффициент условий работы YET, который принимают по указаниям норм в случае действия многократно повторяющейся нагрузки, при расчете элементов в зоне анкеровки арматуры и т. д. Коэффициент вводят на значение расчетного сопротивления при расчете прочности элементов с арматурой класса A-IV и выше.

Лестничные площадки.
Лестничные площадки при изготовлении их отдельно от маршей представляют собой ребристые балочные плиты, в которых несущие ребра расположены перпендикулярномаршу. В зависимости от расположения площадки в лестничной клетке форма и высота окаймляющих ребер различна. Ребро, на которое опирается лестничный марш, выполняют высоты 300 мм с уступом в нижней части; ребро, примыкающее к несущей конструкции стены, имеет трапецеидальное сечение и меньшую высоту (150 мм). Плита толщиной 50 мм армируется сварными сетками.

Несущие ребра плиты опираются на поперечные несущие стены или металлические столики, закрепляемые к закладным деталям железобетонных стеновых панелей лестничной клетки. Ребра армируют как балки таврового сечения с расположением продольной и поперечной арматуры из стали класса А-П в виде плоских сварных каркасов.
При изготовлении лестничного марша с полуплощадками в одном сборном элементе полуплощадку изготовляют в виде ребристой или плоской прямоугольной плиты толщиной 200 мм с торцовыми уступами для сопряжения несущей конструкцией стены.

Конструкции лестничных маршей разделяют на сплошные (плитные), складчатые и кессонные, поперечное сечение которых может быть П-, Н- и Т-образным.
В большинстве конструкций марш имеет нижнюю и верхнюю фризовые ступени, отличающиеся размерами от рядовых.

Ступени могут быть полностью отделаны на заводе или с накладными проступями, устанавливаемыми после монтажа лестницы. На первом и последнем этаже для формирования лестничной площадки добавляют сборные элементы — полуплощадки.

В отдельных случаях при проектировании зданий по индивидуальным проектам, а также при реконструкции применяют лестничные марши, состоящие из отдельных сборных железобетонных ступеней. Размеры типовых ступеней определены из удобства пользования лестницей — ширина проступи и удвоенная высота подступенка (т. е. й + 2/г) в сумме должна быть равна среднему шагу человека, принимаемому 570... 640 мм.