Определение усилия в стержнях ферм

Действующие нагрузки

Усилия в элементах ферм зависят от величины и характера действующих нагрузок. В процессе эксплуатации здания или сооружения на него могут действовать различного рода нагрузки, различающиеся как по характеру и интенсивности, так и по времени их действия. От действия всех этих факторов могут существенно меняться не только величины усилий в стержнях фермы, но и их знак. Для деревянных конструкций изменение знака усилий, т.е. растяжение или сжатие, представляет особую важность, поскольку, с одной стороны, древесина не одинаково сопротивляется действию растягивающих и сжимающих напряжений и, с другой - растяжение как вдоль, так и поперек волокон относится к опасным хрупким видам разрушения. Наконец, необходимо учесть, что все элементы фермы соединяются в узлах, как правило, с помощью тех или иных видов механических рабочих связей, работа которых при действии растягивающих или сжимающих усилий может существенно различаться, а следовательно, может быть нарушена и общая эксплуатационная надежность конструкций ферм.

Все вышеперечисленное приводит к выводу, что для определения «невыгодного» загружения фермы или, точнее, невыгодных расчетных усилий в элементах фермы необходимо производить статический расчет по определению усилий в элементах фермы па каждое загружение отдельно, к тому же при этом следует учитывать вероятностный фактор одновременного действия временных нагрузок.

Нагрузки на ферму могут быть постоянно действующими и временными.

К постоянно действующим нагрузкам относятся: собственный вес фермы, собственный вес покрытия, вес специального оборудования (если таковое имеется), расположенного на подвесном потолке, вес подвесного потолка.

Нагрузки от собственного веса фермы принимают вначале ориентировочно (по рекомендуемым формулам, задаваясь коэффициентом собственного веса К_св) с последующим уточнением действительного собственного веса фермы по спецификации элементов. Собственный вес покрытия подсчитывают путем сложения весов всех элементов ограждающих конструкций существующего покрытия.

Временно действующими нагрузками на стропильные фермы являются: снеговые, ветровые, подъемно-транспортные (если таковые имеются), полезные на чердачное перекрытие (при наличии подвесного потолка по нижним поясам ферм).

Снеговые и ветровые нагрузки принимаются по нормам (СНиП 2-01-07—85* или СП) в зависимости от района строительства. Характер и величины этих нагрузок необходимо принимать строго по рекомендациям норм, поскольку они существенно зависят от очертания, конфигурации и параметров проектируемого здания.

Полезная равномерно распределенная нагрузка на чердачное перекрытие принимается по нормам СНиП или СП.

При расчете фермы внешние нагрузки, заданные, как правило, равномерно распределенными на 1 м², приводят к узловой нагрузке. Величина узловой нагрузки зависит от длины панели d и от расстояния между фермами, установленными вдоль здания (с шагом В).

На рис. 2.1 показан характер действия снеговой и ветровой нагрузок.

Величина узловой нагрузки от действия снега подсчитывается по формуле

где q_ai — интенсивность снеговой нагрузки, приходящаяся на 1 м² горизонтальной проекции покрытия.

Следует заметить, что при расчете интенсивности снеговой нагрузки <7_СН, согласно СНиП 2-01.07—85* и СП, используется коэффициент р, учитывающий переход от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Значения коэффициента р указаны в нормах.

Величина узловой нагрузки от ветрового давления равна:

где (Ji, — интенсивность ветровой нагрузки на 1 м² нормально к поверхности покрытия; а — угол наклона верхнего пояса фермы.

Нагрузка, приходящая на крайние узлы загруженной части фермы с равными панелями, равна половине промежуточной узловой нагрузки, т.е. равна Р/2.

Рис. 2.1. К подсчету узловой нагрузки на узел фермы:

а — действие снеговой нагрузки; б — действие ветровой нагрузки; в — расстановка ферм вдоль здания

Собственный вес фермы в бесчердачных покрытиях, т.е. при отсутствии подвесного потолка, принимается приложенным к узлам верхнего пояса. В фермах, имеющих нагрузки от подвесного потолка, принимают, что собственный вес распределяется поровну между узлами верхнего и нижнего поясов. При этом для подсчета величины узловой нагрузки от собственного веса фермы при известной ее интенсивности q_{C B} следует воспользоваться формулой (2.1).

Узловые нагрузки от действия веса покрытия, веса подвесного потолка и полезной чердачной нагрузки можно подсчитывать по формуле (2.1).

Плоские стропильные фермы обычно имеют две опоры, в которых возникают опорные реакции. Одна из опор ферм должна быть шарнирно-неподвижной, а другая - шарнирно-подвижной. В таких опорах в общем случае может возникнуть три составляющие опорные реакции, величины которых определяются известными методами строительной механики (сопротивления материалов) как в простой статически определенной балке.