Стропильные фермы

В конструкциях покрытий наибольшее распространение получили два конструктивных решения: с применением продольных прогонов и без них. В первом случае по стропильным фермам укладывают с шагом 1,5 или 3 м легкие несущие элементы – прогоны, на которые опираются мелкоразмерные кровельные плиты (рис.1); во втором – непосредственно на фермы кладут крупноразмерные плиты или панели, совмещающие функции прогонов и плит (рис.2).

 Покрытие по прогонам

 Наиболее простыми прогонами являются балки из прокатных швеллеров или двутавров (при шаге стропильных ферм 6 м). Прогоны устанавливают на верхний пояс фермы в ее узлах.

Для покрытий по прогонам неотапливаемых зданий применяют мелкоразмерные железобетонные плиты с асфальтовой стяжкой (выравнивающим слоем) и рубероидным ковром (рис.3, а), волнистые асбестоцементные листы усиленного профиля, волнистые листы из стали или алюминиевых сплавов (рис.3, б), а также плоские стальные листы толщиной 3-4 мм (рис.3, в).

Рис. 3 Кровля по прогонам

Для теплых кровель в качестве кровельных элементов, укладываемых по прогонам, широко применяют стальной профилированный настил, армоцементные и асбестоцементные плиты.

Стальной профилированный настил (рис.4, а) изготавливают из оцинкованной стали толщиной ∂=0,8; 0,9 и 1 мм, шириной В=680, 711 и 782 мм, высотой профиля h=40, 60 и 80 мм и длиной до 12 м.

Профилированные листы укладывают по прогонам, расположенным обычно через 3 м по разрезной или неразрезной схеме. Листы крепят к прогонам самонарезающими болтами (рис.4, б) диаметром 6 мм. Между собой листы соединяют вдоль длинной стороны комбинированными заклепками d=5 мм (рис.4, в), устанавливаемыми через 300 мм и позволяющими вести клепку с одной стороны настила (рис.4, г).

Вес профилированного листа составляет 0,1 – 0,15 кН/м².

Рис. 4 Теплая кровля со стальным профилированным настилом

а – профилированный настил; б – самонарезающий болт; в –комбинированная заклепка; г – угол кровельного покрытия

Сплошные прогоны, расположенные на скате кровли, работают на изгиб в двух плоскостях. Вертикальная нагрузка q может быть разложена на qᵪ , действующую в плоскости большей жесткости прогона, и скатную составляющую qᵧ (рис.5, а). Хотя при небольших уклонах скатная составляющая невелика, вследствие малой жесткости прогона относительно оси y-yнапряжения у нее получаются большими. Чтобы уменьшить изгибающий моменты от скатной составляющей, прогоны раскрепляют тяжами из круглой стали диаметром 18-22 мм (рис.5, б), уменьшающими расчетный пролет прогона в плоскости ската. Тяжи ставят между всеми прогонами, за исключением конькового. В панелях у конька тяжи идут наклонно и крепятся к стропильной ферме или к коньковому прогону вблизи опор.

Составляющие нагрузки на прогон qᵪ и qᵧ в зависимости от угла наклона ската кровлиа определяются: qᵪ=qcosaи qᵧ=qsina

Значения изгибающих моментов в плоскости меньшей жесткости прогона зависят от числа тяжей (рис.5, в). При шаге ферм 6 м обычно ставят один тяж, при шаге 12 м или крутом скате лучше поставить два.

При установке одного тяжа изгибающий момент в плоскости ската находится как опорный момент в двухпролетной неразрезной балке (в том же сечении, где Мᵪ максимален). Значения изгибающих моментов при установке одного и двух тяжей даны на рис. 5, в.

Рис. 5 Расчет прогонов

а – схема действия нагрузки; б –развязка прогона в плоскости ската тяжами; в – определение расчетных усилий в прогоне

 Наибольшие напряжения в прогоне от совместного действия изгиба в двух плоскостях:

Прочность прогонов проверяют по формуле с учетом пластических деформаций:

Если кровельный настил крепится к прогонам жестко и образует сплошное полотнище (например, плоский стальной лист приварен к прогонам; стальной профилированный настил прикреплен к прогонам самонарезающими болтами, а листы настила соединены между собой заклепками), то скатная составляющая будет восприниматься самим полотнищем кровли. В этом случае необходимость в тяжах отпадает и прогоны можно рассчитывать только на нагрузку qᵪ. Общую устойчивость прогонов не проверяют, так как устойчивость их обеспечена опирающимися на них по всей длине кровельными плитами или настилом.

Прогиб прогонов проверяют только в плоскости его большей жесткости. Он не должен превышать 1/200 пролета (от нормальной нагрузки). Прогоны крепят к поясам ферм при помощи коротышей из уголков, планок, гнутых элементов из листовой стали. Отдельные варианты узлов крепления прогонов показаны на рис.3.

При шаге ферм 12 м применение сплошных прогонов увеличивает расход стали на 1 м² покрытия и тогда применяют сквозные прогоны. Сквозные прогоны рассчитывают как фермы с соответствующей системой решетки и неразрезным верхним поясом. Верхний пояс прогонов работает на сжатие с изгибом (в одной плоскости, если отсутствует скатная составляющая нагрузки, или в двух плоскостях), остальные элементы испытывают продольные усилия.

Беспрогонное покрытие

 Для беспрогонного покрытия широкое распространение получили различного вида крупнопанельные унифицированные железобетонные плиты шириной 1,5 и 3 м и длиной 6 и 12 м. Высота плит при пролете 6 м равна 300 мм, при пролете 12 м – 450 мм. Недостатком крупнопанельных железобетонных плит является их большой собственный вес (1,2 – 2,4 кН/м²), что приводит к утяжелению несущих конструкций здания (ферм, колонн, фундамента).

Стремление облегчить теплую крупнопанельную кровлю приводит к поиску других конструктивных решений панелей с применением гнутых профилей, профилированного настила, алюминия, легких утеплителей.

Для холодных кровель крупноразмерные панели применяются чаще, так как конструкция их получается достаточно простой.

СХЕМЫ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

Схемы стропильных ферм, применяемые в покрытиях зданий, могут быть достаточно разнообразными. В зависимости от конструкции кровли назначается ее уклон. При применении для кровли волнистых асбестоцементных, стальных или алюминиевых листов, чтобы предотвратить протекание воды между швами листов, ее уклон должен быть не менее ⅟₇ для металлических кровель и ¼ для асбестоцементных. В случае рулонных или стальных кровель (δ = 3-4 мм) с заваренными швами уклон может быть меньше ⅛ - ⅟₁₂ . Широкое применение находят кровли с уклоном 1,5 %, которые обычно проектируют с рулонным покрытием и защитой тонким слоем мелкозернистого гравия на битумных мастиках.

Тип решетки ферм определяется конструкцией покрытия, а также наличием нагрузок, приложенных к нижнему поясу (подвесные потолки, коммуникации, подвесной транспорт и т.д.). Обычно размер панели фермы кратен 3 м. При выборе схемы стропильных ферм учитывают также архитектурные соображения.

Рис. 6 Схемы стропильных ферм

а – двускатные; б – односкатные