Стальные стропильные фермы могут иметь различные статические схемы и очертания поясов. В процессе проектирования металлоконструкций требуется учитывать различные факторы для правильного выбора схемы, которая бы удовлетворяла и эксплуатационным требованиям, и была бы экономически целесообразной для конкретного здания или сооружения.
Виды схем стальных стропильных ферм
Выделяют следующие статические схемы металлических стропильных ферм:
- Разрезная балочная.
- Неразрезная.
- Консольная.
- Рамная.
- Арочная.
- Комбинированная.
Очертание поясов может быть сегментным, полигональным, треугольным, трапециевидным или параллельным.
Статические схемы и очертания ферм: особенности выбора
Выбор оптимальной схемы металлической стропильной схемы осуществляется на этапе проектирования на основании следующих факторов:
- Назначение объекта строительства.
- Архитектурно-конструктивные решения.
- Расчетные нагрузки.
- Сравнение возможных вариантов с технико-экономическим обоснованием в пользу определенной статической схемы и очертания.
Для зданий, мостовых сооружений, транспортных галерей целесообразно выбирать балочные разрезные фермы. Их основными преимуществами являются простота изготовления и монтажа на объекте без необходимости устройства сложных опорных узлов. Недостатком считается большое количество металла, необходимого для производства. При ширине пролета от 40 м такие сооружения собираются из отдельных элементов в процессе монтажных работ.
Для зданий с большими пролетами рекомендуется использовать рамные стальные фермы. В этом случае достигается экономия металла, который требуется для изготовления конструкций. Еще один плюс – уменьшение габаритных размеров фермы. Недостатком является сложность монтажных работ.
В случае сложной архитектуры объекта используются арочные фермы. Они достаточно экономичны в плане расхода стали при изготовлении, но имеют существенный недостаток по размерам – объем помещений значительно увеличится при установке арочной системы.
Консольные фермы в основном применяются при строительстве навесов, опор линий электропередач и аналогичных объектов.
В случае перекрытия нескольких пролетов подходят неразрезные фермы. За счет высокой жесткости удается снизить высоту металлоконструкций. Расход стали меньше, чем у разрезных ферм. Но существенным недостатком можно назвать возникновение усилий при осадке опор, а также сложность монтажа.
Очертание металлических стропильных ферм выбирается исходя из схемы и типа нагрузок, кровельных материалов, уклона кровли, характера узлов сопряжения с колоннами и ряда других факторов. В общем случае очертание поясов конструкций влияет на экономичность ферм, и в теории самой экономичной в плане металлоемкости будет ферма, очерченная по эпюре моментов. Но тут нужно учитывать, что криволинейное очертание пояса значительно усложняет производство, что, в конечном счете, увеличивает стоимость металлоконструкций.
В зависимости от конструктивных особенностей зданий и сооружений распространены следующие очертания:
- Сегментная с параболическим поясом – однопролетные балочные системы, где нагрузка распределена равномерно.
- Полигональное очертание – тяжелые фермы с большими пролетами.
- Трапециевидное очертание – в случаях, когда необходимо упростить узлы и повысить жесткость объекта строительства.
- Параллельные пояса – для больших по площади производственных зданий.
- Треугольное очертание – для консольных ферм, балочных систем подстропильных ферм, для обеспечения необходимого уклона кровли.
Выбор высоты фермы
Основные размеры выбирают с учетом эксплуатационных требований, конструктивных особенностей объекта.
Для треугольных ферм высота определяет сразу два показателя – пролет и уклон, а они, в свою очередь, зависят от кровельного материала. В случае ферм трапециевидной формы или ферм с параллельными поясами высота выбирается такой, чтобы была наименьшая масса конструкции. Суммарная масса складывается из массы поясов и решетки. Чем выше ферма, тем меньше будет масса поясов, но больше масса решетки. Поэтому при выборе высоты ищут оптимальное усредненное значение, которое в теории составляет 1/4-1/5 от пролета. На практике же такая высота приводит к значительным сложностям при транспортировке конструкций, увеличению объема помещений, что влияет на повышение расходов на отопление и устройство стеновых ограждений. Поэтому на практике выбирают высоту, соответствующую 1/7-1/12 от пролета.
Отдельно нужно рассмотреть расчет высоты исходя из требований к жесткости конструкции. Минимальное значение определяют исходя из допустимого прогиба металлоконструкций. В случае металлических стропильных ферм жесткость, закладываемая при проектировании, намного превышает требуемые показатели при реальной эксплуатации. Что касается стропильных ферм конструкций и сооружений, работающих с подвижными нагрузками (мостовые краны, подкрановые эстакады и пр.), то теоретические требования к жесткости здесь намного выше требуемых на практике, и они напрямую диктуют конкретную высоту, которая не всегда оправдана по экономическим соображениям.
Выбор оптимальной схемы, очертания поясов и системы решетки – достаточно сложный процесс, при котором учитываются нагрузки, эксплуатационные требования, архитектурные решения, экономические факторы. В некоторых случаях большой расход стали компенсируется простым монтажом фермы, в других – при малой металлоемкости конструкции существенно увеличивается объем помещений, а это приводит к дополнительным затратам на отопление, строительные материалы для стен в пределах высоты фермы. Поэтому на практике приходится выбирать оптимальный вариант, жертвуя чем-то одним – простотой производства, монтажа, транспортировки, стоимостью конструкции, высотой и др.
