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

Стропила служат основой всей кровельной конструкции, а их монтаж - одна из наиболее ответственных задач при строительстве дома. Каркас будущей крыши можно изготовить и установить самостоятельно, соблюдая технологические особенности кровель разных конфигураций. Приведем основные правила по разработке, расчету и выбору стропильной системы, а также опишем поэтапно процесс установки «скелета» крыши.

Стропильная система: правила расчета и разработки

Стропильная система - несущая конструкция, способная оказывать сопротивление порывам ветра, принимать на себя все наружные нагрузки и равномерно распределять их на внутренние опоры дома.

При расчете стропильной конструкции учитывают следующие факторы:

1. Угол наклона крыши:
   • 2,5-10% - плоская кровля;
   • более 10% - скатная кровля.
2. Нагрузки на крышу:
   • постоянные - общий вес всех элементов «кровельного пирога»;
   • временные - давление ветра, тяжесть снега, вес людей, которые проводят на крыше ремонтные работы;
   • форс-мажорные, например, сейсмические.

Величину снеговых нагрузок рассчитывают исходя из особенностей климата региона по формуле: S=Sg*m , где Sg - вес снега на 1 м2, m -расчетный коэффициент (зависит от наклона кровли). Определение ветровой нагрузки базируется на таких показателях: тип местности, нормативы ветровой нагрузки региона, высота здания.

Коэффициенты, необходимые нормативы и расчетные формулы содержаться в инженерно-строительных справочниках

При разработке стропильной системы надо рассчитать параметры всех составляющих конструкции.

Элементы стропильной конструкции

Стропильная система включает в себя множество составляющих, выполняющих конкретную функцию:

Материалы для изготовления стропил

Стропила чаще всего изготавливают из деревьев хвойных пород (ель, лиственница или сосна). Для обустройства кровли применяют хорошо просушенную древесину с уровнем влажности до 25%.

Деревянная конструкция имеет один существенный недостаток - со временем стропила могут деформироваться, поэтому в несущую систему добавляют элементы из металла.

С одной стороны металл добавляет жесткости стропильному сооружению, но с другой - снижает срок эксплуатации деревянных частей. На металлических площадках и опорах оседает конденсат, который приводит к загниванию и порчи древесины.

Совет. При установке стропильной системы из металла и дерева надо позаботиться о том, чтоб материалы не соприкасались друг с другом. Можно использовать влагозащитные средства или применять пленочную изоляцию

В промышленном строительстве используют металлические стропила, выполненные из стального проката (двутавра, тавра, уголков, швеллера и т.д.). Такая конструкция более компактна, чем деревянная, но хуже удерживает тепло, и поэтому требует дополнительной теплоизоляции.

Выбор стропильной системы: висячие и навесные конструкции

Существуют два виды стропильных конструкций: висячие (распорные) и наслонные. Выбор системы определяется типом кровли, материалом перекрытия и природными условиями региона.

Висячие стропила опираются исключительно на внешние стены дома, промежуточные опоры не задействуются. Стропильные ноги висячего типа выполняют работу на сжатие и изгиб. Конструкция создает горизонтальное распирающее усилие, передающееся к стенам. При помощи деревянных и металлических затяжек можно снизить эту нагрузку. Затяжки монтируют у основания стропил.

Висячая стропильная система часто используется для создания мансарды или в тех ситуациях, когда пролеты на крыше составляют 8-12 м, а дополнительные опоры не предусмотрены.

Наслонные стропила монтируются в домах с промежуточной столбчатой опорой или дополнительной несущей стеной. Нижние края стропил фиксируются на внешних стенах, а их средние части - на внутреннем простенке или несущем столбе.

Установка единой кровельной системы над несколькими пролетами должна включать распорные и наслонные стропильные фермы. В местах с промежуточными опорами монтируют наслонные стропила, а где их нет - висячие.

Особенности обустройства стропил на разных крышах

Двускатная крыша

Двускатная крыша, согласно строительным нормам, имеет угол наклона до 90°. Выбор наклона во многом определяется погодными условиями местности. В районах, где преобладают обильные осадки лучше устанавливать крутые скаты, а там, где господствуют сильные ветра - пологие кровли, чтоб максимально снизить давление на сооружение.

Распространенный вариант двускатной крыши - конструкция с углом наклона 35-45°. Такие параметры специалисты называют «золотой серединой» расхода строительных материалов и распределения нагрузки по периметру здания. Однако в таком случае чердачное помещение будет холодным и здесь не получится обустроить жилую комнату.

Для двускатной крыши применяется наслонная и висячая стропильная система.

Шатровая крыша

Все скаты крыши имеют одинаковую площадь и одинаковый угол наклона. Конькового прогона здесь нет, а стропила соединяются в одной точке, поэтому монтаж такой конструкции достаточно сложен.

Шатровую крышу целесообразно устанавливать при выполнении двух условий:

• основание постройки квадратной формы;
• в центре сооружения имеется несущая опора или стена, на которую можно будет зафиксировать стойку, поддерживающую стык стропильных ног.

Создать шатровую крышу можно и без стойки, но при этом конструкцию надо усилить дополнительными модулями - стойками затяжками.

Вальмовая крыша

Традиционная конструкция вальмовой кровли предполагает наличие накосных стропил (диагональных), направленных к углам постройки. Угол наклона ската такой крыше не превышает 40°. Диагональные прогоны обычно делают с усилением, так как именно на них приходится существенная часть нагрузки. Изготовляют такие элементы из сдвоенной доски и прочного бруса.

Места стыковки элементов обязательно подпираются стойкой, которая повышает надежность сооружения. Опора располагается на расстоянии ¼ длины больших стропил от конька. На месте фронтонов двускатной крыши устанавливаются укороченные стропила.

Стропильная конструкция четырехскатной кровли может включать очень длинные диагональные элементы (более 7 м). В этом случае под стропила надо монтировать вертикальную стойку, которая будет опираться на балку перекрытия. В качестве опоры можно использовать шпренгель - балка располагается в углу крыши и фиксируется на смежных стенах. Шпренгельную ферму усиливают подкосами.

Ломаная крыша

Ломаные крыши обычно создаются для обустройства большей мансарды. Установку стропил при таком варианте кровли можно разбить на три этапа:

1. Монтаж П-образной конструкции - опоры для прогонов, которые удерживают стропильные ноги. Основание конструкции - балки перекрытия.
2. Устанавливается не менее 3-х прогонов: два элемента проходят по углам П-образного каркаса, а один (коньковый прогон) монтируется по центру мансардного перекрытия.
3. Монтаж стропильных ног.

Двухскатная крыша: установка стропил своими руками

Расчет угла наклона и нагрузок

Расчет двухскатной крыши конечно можно произвести самостоятельно, но все же лучше это доверить профессионалам, чтоб исключить погрешности и быть уверенным в надежности конструкции.

При выборе угла наклона надо учесть, что:

• угол 5-15° подходит не для всех кровельных материалов, поэтому сначала выбирают тип покрытия, а потом делают расчет стропильной системы;
• при угле наклона свыше 45° - возрастают материальные расходы на закупку составляющих «кровельного пирога».

Пределы нагрузки от воздействия снега колеблются от 80 до 320 кг/м2. Расчетный коэффициент для крыш с углом наклона меньше 25° составляет 1, для кровли с уклоном от 25° до 60° - 0,7. Это значит, что если на 1 м2 приходится 140 кг снежного покрова, то нагрузка на крышу со скатом под углом 40° составит: 140*0,7=98 кг/м2.

Для подсчета ветровой нагрузки берется коэффициент аэродинамического влияния и колебания ветрового давления. Значение постоянной нагрузки определяется суммированием веса всех составляющих «кровельного пирога» на м2 (в среднем - 40-50 кг/м2).

Исходя из полученных результатов, узнаем общую нагрузку на кровлю и определяем количество стропильных ног, их размер и сечение.

Монтаж мауэрлата и стропил

Установку стропил своими руками начинают с монтажа мауэрлата, который фиксируется анкерными болтами к продольным стенам.

Дальнейшее возведение конструкции выполняется в такой последовательности:

Установка стропил: видео

Способы соединения элементов стропильной конструкции: видео

Прогоны применяются для строительства зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения из металлических каркасов. В металлокаркасе здания прогон служит для крепления ограждающих конструкций, кровельных и стеновых конструкций к каркасу. Он является усиливающей подстропильной конструкцией, которая дополнительно воспринимает на себя климатические (ветровые и снеговые) нагрузки. Прогоны равномерно распределяют нагрузки с кровли на несущие и стропильные конструкции здания (стены, колонны, фермы, рамы).

Устройство прогона здания или сооружения

Металлический прогон представляет собой горизонтально расположенную балку, являющуюся элементом системы связей каркаса. Конструкция прогона зависит от размера крыши, от ее формы, климатических нагрузок района эксплуатации. В случае большого размера крыши конструкция прогона усиливается системой подбалок и подкосов, за счет которых достигается высокая устойчивость и жесткость системы в продольном направлении.

Для изготовления прогонов применяется прокатная сталь различных профилей после выполнения определенных расчетов, основанных на информации о собственном весе балок, массе кровли, силовой нагрузки ветра и снега и др.

Кроме того, прогоны часто применяются для прокладки инженерных сетей, имея большую высоту на опорах и в пролете.

Монтаж металлических прогонов осуществляется в узлах на верхнем поясе стропильных ферм при помощи коротышей из уголков, планок или гнутых листов стали. Листовые прокладки уменьшают перепад между смежными прогонами. Крепление прогонов к каркасу здания производится в зависимости от технических требований к конструкции сваркой или болтами.

Сплошные и решетчатые прогоны

Саратовский резервуарный завод изготавливает прогоны двух типов: сплошные и решетчатые (сквозные). Сплошные прогоны производятся из прокатных швеллеров гнутых профилей Z и С- образного сечения или двутавров. Решетчатые прогоны изготавливаются из любых типов профилей. Верхняя часть решетчатого прогона представляет собой горизонтальный пояс, а нижняя часть — ломаный или треугольный пояс из швеллеров или уголков. Прогоны решетчатого сечения тяжелее сплошных, поэтому их целесообразно использовать в каркасах при шаге стропильных ферм более 6 м.

Сплошные стальные прогоны бывают также двух видов: разрезные и неразрезные. Разрезные сплошные прогоны применяются чаще, так как они проще в монтаже и равномерно распределяют нагрузку на фермы.

Неразрезные сплошные прогоны традиционно используют при устройстве скатных крыш, в системе которых создается дополнительная нагрузка, перпендикулярная скату. Для увеличения жесткости в таких кровельных конструкциях прогоны раскрепляются стальными тяжами для уменьшения количества пролетов. При шаге фермы 6 м тяжи устанавливают в один ряд между всеми прогонами. При большем шаге фермы или в крутых кровлях тяжи устанавливают в два ряда.

Металлические прогоны решетчатого сечения имеют усиленную конструкцию, за счет чего они работают на сжатие с изгибом и воспринимают продольные нагрузки одновременно. Но при этом следует отметить, что они имеют один недостаток: так как они состоят из нескольких частей, их монтаж требует большие трудо- и энергозатраты. В связи с этим самым оптимальным вариантом исполнения решетчатых прогонов является трехпанельный прогон, состоящий из верхнего пояса (в виде двух швеллерных балок), решетки (в виде одиночного гнутого швеллера) и раскосы.

Типы прогонов

В зависимости от конструкции кровельной крыши выделяют три типа прогонов:

коньковой прогон

боковой прогон

мауэрлат

Коньковый прогон служит для опирания на него конька крыши (верхней части крыши). Дополнительная поддержка стропил осуществляется при помощи боковых прогонов, которые монтируют между коньком крыши и ее основанием. У основания стропил по верхнему периметру стены устанавливают мауэрлат.

Схема конструкции стальных прогонов здания

1. стропило, 2. балка, 3. мауэрлат, 4. коньковый брус, 5. прогон, 6. подкос, 7. затяжка, 8. подпорка

Антикоррозионная обработка прогонов увеличивают срок службы каркаса зданий. При изготовлении прогонов сталь подвергают горячей оцинковке или наносят высокодисперсные металлические порошки, что по-другому называется методом холодного цинкования.

Так как прогоны являются элементами как внешней, так и внутренней стороны каркаса здания, к ним предъявляются особые требования безопасности.

Саратовский резервуарный завод изготавливает металлоконструкции прогонов различной конструкции в зависимости от сейсмический характеристик здания, степени атмосферных и других нагрузок. Производство прогонов осуществляется на основании расчетов и чертежей.

Как заказать изготовление стальных прогонов зданий и сооружений?

Для расчета стоимости изготовления стальных прогонов зданий и сооружений, Вы можете:

• связаться с нами по телефону 8-800-555-9480
• написать на электронную почту технические требования к металлоконструкциям
• воспользоваться формой " ", указать контактую информацию, и наш специалист свяжется с Вами

Специалисты Завода предлагают комплексные услуги:

• инженерные изыскания на объекте эксплуатации
• проектирование объектов нефтегазового комплекса
• производство и монтаж различных промышленных металлоконструкций

Покрытие здания состоит из кровли (ограждающих конструк­ций), несущих элементов (прогонов, стропильных ферм), на кото­рые опирается кровля, и связей по покрытию. Кроме того, для осве­щения помещений верхним светом и их естественной вентиляции в системе покрытия многопролетных зданий устраивают фонари, опи­рающиеся на фермы. В зависимости от назначения помещений кров­ли могут быть теплыми или холодными. По конструкции различа­ют покрытия с прогонами и без них.

Покрытие с прогонами состоит из стальных прогонов, устанав­ливаемых в узлы стропильных ферм, по которым укладывают для холодных кровель асбестоцементные волнистые листы, для теп­лых кровель - оцинкованный стальной профилированный настил (рис. ниже). Отечественная промышленность выпускает настилы вы­сотой 40,60 и 80 мм из листов толщиной 0,8-1 мм. Размер поперечно­го сечения профилированных настилов (рис. ниже) зависит от нагрузки на покрытие, ширина составляет 680-845 мм, длина до 12 м. Заводы могут выпускать настил неограниченной длины, но по условиям транс­портировки и удобства монтажа длина ограничивается.

Профилированный стальной настил в пакете (а) и поперечное сечение профилированного настила (б)

Профилированный настил укладывают по прогонам, расположенным обычно в узлах стропильной фермы через 3 м. Листы настила крепят к прогонам самонарезающими болтами диаметром 6 мм, между собой листы соединяют вдоль длинной стороны специальными комбинированными заклепками диаметром 5 мм (рис. ниже).

Крепежные детали

Оба вида соединений позволяют производить крепежные работы, находясь с одной стороны настила. Расход стали на 1 м 2 покрытия 10-16 кг (только от настила).

Основное достоинство профилированного стального настила - малая собственная масса кровли. Это достигается в сочетании с при­менением эффективного легкого утеплителя (фенольный пенопласт, пенополиуретан, пенополистирол), имеющего плотность до 50 кг/м 3 . На рис. ниже показан узел кровельного покрытия с профилирован­ным настилом.

Узел кровельного покрытия с применением профилированного стального настила

1 - профилированный настил; 2 - пароизоляция; 3 - утеплитель;

4 - гидроизоляционный ковер; 5 - комбинированные заклепки;

6 - самонарсзающися болты

Беспрогонную теплую кровлю выполняют, как правило, из круп­нопанельных железобетонных плит, непосредственно укладываемых на верхние пояса стропильных ферм.

Размер таких плит 3x6 или 3x12 м (редко 1,5x6 или 1,5x12 м). Он зависит от расстояния между фермами (шага ферм). Плиты име­ют закладные детали, которые привариваются к поясам ферм. По железобетонным плитам укладывают пароизоляцию, утеплитель, выравнивающую асфальтовую стяжку и гидроизоляционный ковер из нескольких слоев рубероида на битумной мастике. Основной не­достаток покрытия из крупнопанельных железобетонных плит - большая нагрузка от собственного веса (до 2,5 кПа), увеличиваю­щая общий расход металла на несущие конструкции здания.

При укладке железобетонных плит на поясные уголки стропиль­ных ферм эти уголки при их малой толщине усиливают накладками t = 12 мм. Это необходимо делать, если толщина поясных уголков менее 10 мм при шаге ферм 6 м и менее 14 мм при шаге ферм 12 м. Для стока воды кровле придают уклон, который зависит от материала кровли. Для рулонных материалов этот уклон равен 1/8-1/12 при условии защиты рулонной кровли слоем из битумной мастики с втопленным гравием уклон может быть равен 1,5% (практически плос­кая кровля). Холодные кровли из металлических листов обычно имеют уклоц 1/5, а из асбестоцементных листов 1/3,5.

Прогоны кровли бывают сплошные (прокатные и холодногну­тые) или решетчатые. Прокатные прогоны из швеллеров или дву­тавров тяжелее решетчатых, но значительно проше и дешевле в про­изводстве, чем и объясняется их преимущественное применение. Наиболее распространенные прогоны при шаге ферм 6 м выполня­ют из швеллеров, которые просто крепятся к поясам ферм (рис. ниже). Они же лучше, чем двутавры, работают при косом изгибе.

Недостаток швеллерного прогона - более узкая полка, чем у дву­тавра того же номера или той же несущей способности. Прогоны, рас­положенные на наклонном верхнем поясе, от действия вертикальных нагрузок подвержены косому изгибу. Расчет их производят на нагруз­ку от веса кровли и снега. Эту нагрузку q раскладывают на составляю­щие по главным осям сечения прогона: q x = qcosa - перпендикулярно скату; q y =qsina вдоль ската (рис. ниже). Из-за малой жесткости про­гона относительно оси y-y, даже небольшой изгибающий момент вдоль ската М у вызывает в нем большие напряжения и создает необходимость в значительном увеличении сечения прогона. Для уменьшения небла­гоприятного влияния скатных составляющих (нагрузки q y) между про­гонами в плоскости ската ставят тяжи (рис. ниже).

При крутых скатах кровли или при тяжелых нагрузках, а также при шаге ферм 12 м обычно ставят два тяжа, а при пологих скатах и шаге ферм 6 м - один. Постановка тяжей превращает прогон в плос­кости ската из однопролетной балки в двух- или трехпролетную не­разрезную, что значительно уменьшает изгибающий момент М у от скатных составляющих q y . В вертикальной плоскости прогон рабо­тает как однопролетная балка.

Таким образом, расчетные изгибающие моменты в прогоне мо­гут быть определены из следующих формул (рис. ниже):

при одном тяже:

M x = q x l 2 /8; M y = q y l 2 /32;

при двух тяжах (в теоретически опасном сечении прогона, совпада­ющем с местом примыкания тяжей):

M x = q x l 2 /9; M y = q y l 2 /90;

где l пролет пpогона (равен шагу ферм).

Тяжи принимают из круглой стали конструктивно диаметром 18 - 22 мм.

Прогиб прогонов проверяют только в плоскости его наиболь­шей жесткости (относительно оси х-х), он не должен превышать 1/200 пролета.

К расчету прогонов

а - общий вид; б - схема действия нагрузки; в - расчетные схемы

Прокатные прогоны прикрепляют к фермам на болтах нормаль­ной точности с помощью уголковых коротышей, приваренных к по­ясу ферм (см. рис. выше).

Сквозные прогоны

При шаге ферм 12 метров сплошные прогоны становятся неэкономичными, вместо них получили распространение сквозные прогоны различного конструктивного решения. Наиболее удачными являются сквозные прогоны запроектированные под кровлю с уклоном 1,5 % по стальному профилированному настилу. При соответствующем раскреплении их связями из круглой проволоки они могут быть использованы и для кровли с большим уклоном.

Прогоны имеют треугольную форму, их высота в осях составляет 1,5 метра (рис. 19). Раскосы выполнены из одиночных уголков, а верхний пояс - из парных холодногнутых швеллеров. Элементы прогона соединены между собой контактной точечной или электродуговой сваркой.

При расчете прогона его верхний пояс рассматривается как неразрезная трехпролетная балка на упруго оседающих опорах в предположении шарнирного сопряжения элементов решетки с поясом. При этом учитывается как полное загружение всего верхнего пояса равномерной нагрузкой, так и частичное - на половине пролета.

Связи между фермами

Покрытие, состоящее только из ферм, по которым уложены прогоны или плиты, не может нормально работать, так как оно является геометрически изменяемой системой. Фермы могут выйти из вертикальной плоскости, и покрытие при этом «сложится» (рис. 20,а). Если закрепить фермы на опорах в вертикальном положении, то они не будут опрокидываться, но в этом случае трудно обеспечить устойчивость сжатых поясов из плоскости фермы, так как их расчетная длина очень велика (равна пролету фермы).

Рис. 19. Сквозные прогоны пролетом 12 м: а - рядовой прогон (ПР); б - концевой прогон (ПК)

Прогоны не могут препятствовать потере устойчивости поясов и сдвигаются вместе с ними (рис. 20, б). Наконец, фермы, обладающие очень малой поперечной жесткостью, не способны воспринимать поперечные горизонтальные нагрузки, например, ветровые. Для обеспечения нормальной работы покрытия устраиваются связи между фермами, которые выполняют следующие функции:

Обеспечивают геометрическую неизменяемость покрытия;

Позволяют контролировать правильное положение ферм при монтаже и удерживают их в проектном положении в процессе монтажа и эксплуатации здания;

Уменьшают расчетную длину поясов фермы из ее плоскости;

Воспринимают горизонтальные нагрузки (ветровые, от торможения кранов).

Рис. 20. Поведение покрытия по фермам при отсутствии связей: а - изменение геометрической формы ({опрокидывание ферм); б - потеря устойчивости сжатых поясов ферм; 1 -- ферма; 2 -- прогон; 3 -- верхний пояс фермы

Геометрическая неизменяемость покрытия обеспечивается следующим образом. Из двух расположенных рядом стропильных ферм создается жесткий пространственный блок. Для этой цели применяются поперечные (по отношению к длине здания) связи по верхним поясам ферм, поперечные связи по нижним поясам и вертикальные связи между фермами (рис. 21, а).

Вертикальные связи обязательно ставятся в плоскостях опор ферм, т. е. по торцам блока, и в промежутке между ними: при пролете ферм до 30 метров - посередине их длины, а при пролете более 30 метров - две вертикальные связи примерно в третях длины ферм.

В покрытиях с профилированным настилом и беспрогонных покрытиях с применением крупноразмерных плит, образующих жесткий диск в плоскости верхних поясов стропильных ферм, может приниматься и другое решение жесткого блока.

Рис. 21. Жесткий геометрически неизменяемый пространственный блок из двух ферм: 1 - стропильная ферма: 2 - поперечные связи по верхним поясам ферм; 3 - то же по нижним поясам ферм; 4 - вертикальные связи

В этом случае поперечные связи по верхним поясам не устраиваются, их роль при эксплуатации здания, выполняет жесткий диск, образованный профилированным настилом или железобетонными плитами. Но вертикальные связи ставятся через 6 м по длине ферм (рис. 21, в), что необходимо для повышения жесткости блока и уменьшения свободной длины сжатых поясов ферм в процессе монтажа.

Жесткие пространственные блоки обязательно устраиваются по торцам здания или температурного отсека, а также в промежутке между этими торцевыми блоками, если длина здания или температурного отсека превышает 144 метра. Все промежуточные стропильные фермы привязываются к жестким блокам с помощью распорок и растяжек. Таким образом, покрытие в целом становится пространственной геометрически неизменяемой системой

Связи по верхним поясам стропильных ферм включают поперечные связи и прогоны, исполняющие в данном случае роль распорок между фермами. Поперечные связи представляют собой горизонтальные связевые фермы, поясами которых являются верхние пояса стропильных ферм, входящих в жесткий блок. Роль стоек выполняют прогоны. Раскосы связевой фермы -- это специальные элементы, изготавливаемые из уголков или труб.

При выполнении раскосов связевой фермы из уголков обычно принимается перекрестная система решетки с гибкими элементами. Раскос такой решетки имеет малое сечение из одиночного уголка, и он не способен воспринимать сжимающие усилия: сжатый раскос выпучивается и таким образом выключается из работы. В каждой панели работает только один раскос -- растянутый. При изменении направления усилий на связевую ферму раскосы в данной панели меняются ролями. Решетка с гибкими раскосами, сечение которых подбирается как для растянутых элементов, более экономична, чем перекрестная решетка с жесткими элементами, когда сечение всех раскосов надо подбирать как для сжатых стержней.

Связи раскрепляют некоторые узлы верхних поясов стропильных ферм от их смещения в горизонтальной плоскости и тем самым уменьшают расчетную длину сжатых поясов из плоскости фермы. Пояс может терять устойчивость только между этими закрепленными узлами, как показано на рис. 22, а.

Связи по нижним поясам стропильных ферм (рис. 22, в) состоят из поперечных связей, распорок и растяжек. Кроме того, дополнительно могут устраиваться продольные связи.

Поперечные связи представляют собой горизонтальные связевые фермы, поясами которых служат нижние пояса стропильных ферм, входящих в жесткий блок. Стойки и раскосы связевой фермы -- это специальные элементы. Поперечные связи вместе с распорками и растяжками, посредством которых узлы промежуточных ферм соединяются с узлами жестких блоков, уменьшают свободную длину нижних поясов стропильных ферм из их плоскости. Поперечные связевые фермы воспринимают горизонтальную ветровую нагрузку, действующую на торец здания и передаваемую на них стойками торцевого фахверка здания.

Рис. 22. Схема связей из уголков в покрытии с прогонами при шаге ферм 6 метров: а - связи по верхним поясам ферм; б - вертикальные связи между фермами; в - связи по нижним поясам ферм; 1 - стропильная ферма, входящая в жесткий блок; 2 - промежуточная стропильная ферма; 3 - поперечные связи по верхним поясам ферм; 4 - то же по нижним поясам ферм; 5 - вертикальные связи; 6 - продольные связи по нижним поясам ферм; 7 - растяжки; 8 - прогоны

Продольные связевые фермы совместно с поперечными связевыми фермами создают жесткий контур в плоскости нижних поясов и тем самым повышают общую жесткость каркаса здания. Они воспринимают ветровые нагрузки со стоек фахверка продольных стен и передают их на колонны, а также перераспределяют усилия от поперечного торможения кранов между рамами здания. Наконец, продольные связевые фермы уменьшают расчетную длину нижних поясов стропильных ферм, что особенно важно в случае жесткого сопряжения ферм с колоннами, когда в нижнем поясе могут возникнуть сжимающие усилия.

Продольные связевые фермы устраиваются вдоль крайних рядов колонн в зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы; в покрытиях с подстропильными фермами; в одно- и двухпролетных зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью более 10 тонн, а при отметке низа стропильных конструкций свыше 18 м -- независимо от грузоподъемности кранов. В зданиях с числом пролетов более трех продольные связевые фермы следует размещать также вдоль средних рядов колонн не реже, чем через пролет в зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы и через два пролета -- в прочих зданиях.

Вертикальные связи, как уже отмечалось, совместно с поперечными связями по верхним и нижним поясам стропильных ферм объединяют две соседние стропильные фермы в жесткий геометрически неизменяемый блок. Обычно вертикальные связи выполняют в виде фермочек с параллельными поясами и треугольной или перекрестной системой решетки (рис. 23).

Рис. 23. Схемы вертикальных связей между фермами: А - при шаге ферм 6 м; б - при шаге стропильных ферм 12 м

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

• 1. Какая конструкция называется фермой.
• 2. Дайте классификацию ферм.
• 3. В чем отличие прогонного и беспрогонного покрытия.
• 4. Что называют прогоном и какова его конструкция.
• 5. Для чего устраивают связи по верхним и нижним поясам ферм.
• 6. Что называют жестким блоком и где его устраивают.
• 7. Изобразите схему связей в покрытии с прогонами.