ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

Применяемые железобетонные фермы имеют пролеты 18 и 24 м и как исключение 30 м. Фермы могут быть сегментными с ломаным верхним поясом, арочные – с криволинейным верхним поясом раскосные и безраскосные, полигональные с параллельными поясами или малым уклоном верхнего или нижнего поясов (рис. 43.1). Высота ферм принимается равной 1/7…1/9 от пролета. Расстояние между узлами верхнего пояса соответствует ширине плит покрытия, то есть 3 м. Поэтому нагрузка от плит покрытия приложена к узлам ферм. Этим устраняется изгиб верхних поясов фермы. Однако если принимаются плиты шириной 1,5 м, то необходимо учитывать изгиб верхнего пояса фермы как в неразрезной многопролетной балке с учетом перераспределения моментов. Очертание верхнего пояса должно приближаться к кривой давления. В арочных фермах изгибающие моменты от внеузловой нагрузки компенсируются эксцентриситетом продольной сжимающей силы, вызывающей моменты обратного знака. В стойках безраскосных ферм возникают изгибающие моменты, что требует дополнительного армирования стоек.

Поперечное сечение элементов ферм принимается прямоугольным. Ширина ферм пролетом 18 и 24 м при шаге колонн 6 м принимается равной 200 … 300 мм, а при шаге 12 м – 250 … 350 мм. Высота сечения поясов: верхнего – 200 … 350 мм и нижнего – 220 … 380 мм в зависимости от шага ферм. Размеры сечения элементов решетки зависят от способа изготовления ферм.

Фермы изготавливаются из бетона класса В30 … В50. Нижний растянутый пояс, а иногда и растянутые раскосы армируются предварительно напряженной арматурой класса К-7, К-19, Вр-II, А-IVс. Вся напрягаемая арматура должна быть охвачена замкнутыми конструктивными сетками с шагом поперечных стержней 500 мм. Верхний пояс и элементы решетки армируются сварными каркасами из стержней А-III. Узлы ферм усиливают вутами и армируют цельногнутыми стержнями диаметром 10 … 18 мм и вертикальными поперечными стержнями диаметром 6 … 10 мм с шагом 100 мм. Арматура всех элементов решетки должна быть заведена быть заведена в узлы и заанкерена. В растянутых элементах обычно на концах арматурных стержней привариваются коротыши, делаются петли или высаженные головки. Опорные узлы ферм армируются дополнительной продольной и поперечной арматурой, обеспечивающей надежность анкеровки предварительно напряженной арматуры нижнего пояса и прочность опорного узла по наклонному сечению. (43.3).

43.2. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

Усилия в элементах раскосных ферм определяются при шарнирном соединении поясов и решетки в узлах, влиянием жесткости узлов при этом пренебрегают. Нагрузки от веса ферм и покрытия прикладываются в узлах верхнего пояса, а от подвесного транспорта в узлах нижнего. При определении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки верхний пояс рассчитывается как неразрезная балка. В расчетной схеме безраскосных ферм принимается жесткое соединение элементов решетки и поясов. Усилия определяется как в статически неопределимой рамной конструкции. Сечения поясов и решетки в раскосных фермах рассчитываются как сжатые или внецентренно растянутые. Расчетная длина элементов сжатого верхнего пояса в плоскости фермы принимается равной , при – , а из плоскости под фонарем шириной м и более – равной , а за фонарем и при м – ; для раскосов и стоек при равной , а при – . Здесь расстояние между узлами; эксцентриситет продольной силы; высота сечения верхнего пояса; ширина сечения верхнего пояса и стойки или раскоса.

Промежуточные и опорные узлы подлежат дополнительному расчету. В опорном узле снижение расчетного усилия в напрягаемой арматуре в зоне анкеровки компенсируются дополнительной продольной ненапрягаемой арматурой и поперечными стержнями. Площадь сечения продольной арматуры , где продольное усилие в приопорной панели нижнего пояса. Площадь сечения поперечной арматуры определяется по схеме (рис. 43.4). Усилие, воспринимаемое вертикальными поперечными стержнями , на длине участка от грани опоры до внутренней грани опорного узла, раскладывается на два направления: горизонтальное и наклонное по опасному сечению АВ. Из условия прочности наклонного сечения по линии АВ имеем:

. (43.1)

Отсюда получим

, (43.2) где расчетное усилие в продольной напрягаемой арматуре ; то же, но в ненапрягаемой ; , фактические длины заделки в опорном узле за линией АВ продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматуре; , теоретически необходимая длина заделки этой арматуры; =1500 мм для арматуры класса К-7, К-19, =1000 мм для Вр-II; = =35d – для стержневой арматуры.

Площадь сечения одного поперечного стержня при их числе в узле, пересекаемых линией АВ за исключением поперечных стержней, расположенных ближе 100 мм от точки А, определяется из условия прочности

. (43.3)

Опорный узел проверяется также на изгиб из условия, чтобы по линии

АС (рис. 43.4) момент внешних сил относительно точки С был не более момента внутренних усилий:

,

где опорная реакция фермы; длина опорного узла; расстояние от торца до центра опоры узла.

При этом высота сжатой зоны определится из условия равновесия:

. (43.4)

В промежуточных узлах определяется площадь дополнительной поперечной арматуры, назначение которой – компенсировать снижение расчетного усилия в арматуре растянутого раскоса на длине анкеровки. Расчет ведется по схеме (рис. 43.4) из условия прочности по линии отрыва АВС:

, (43.5) где расчетное усилие в растянутом раскосе; угол между поперечными стержнями и направлением растянутого раскоса; коэффициент, учитывающий работу узла, в котором сходятся растянутый и сжатый раскосы; для узлов верхнего пояса, для узлов нижнего пояса, если в нем обеспечивается вторая категория трещиностойкости и при наличии в узле сжатых стоек или подкосов под углом к горизонту более 40⁰, в остальных случаях; длина заделки арматуры растянутого раскоса за линией АВС; условное увеличение длины заделки растянутой арматуры с анкерами при коротышах, при коротыше и петле, при высаженной головке ; , напряжение в арматуре растянутого раскоса от расчетной нагрузки; длина заделки арматуры растянутого раскоса.

Очевидно, что площадь одного поперечного стержня определяется по формуле (43.3). Окаймляющая арматура промежуточного узла рассчитывается на условное усилие , где наибольшее усилие в одном из двух растянутых раскосов, сходящихся в узле; то же, но в другом раскосе этого узла. Тогда , где число окаймляющих стержней в узле; =90 МПа – расчетные напряжения в стержнях, установленные из условия ограничения ширины раскрытия трещин.

В промежуточных узлах безраскосных ферм проверяется длина заделки арматуры стоек и рассчитывается поперечная арматура. Длина заделки растянутой арматуры стоек вычисляется по формуле

, (43.6) где длина заделки арматуры стоек в поясах; то же, что и в формуле (43.5); напряжения в арматуре стоек.

Площадь сечения поперечной арматуры в местах перегиба под углом к продольной арматуре определяется из условия

. (43.7)

Рис. 43.1 Рис. 43.2

Рис. 43.3

Рис. 43.4