Балка, жесткость которой обеспечивается системой раскосов, образующих ферму, в которой балка является одной из опор, называется ферменной балкой. Она состоит из стальных секций (или деревянных балок) и раскосов из стальных стержней. Ферменные балки используются в тех случаях, когда необходимо поддерживать большой вес на большом пространстве без опоры снизу. Например, в промышленных зданиях, где требуется свободное пространство для увеличения рабочих зон.
Было разработано несколько принципов проектирования, позволяющих не только упростить процесс проектирования, но и получить эффективную и экономичную ферменную балку. Пролет ферменной балки варьируется от 10 м до 100 м в зависимости от типа и требований доступного пространства. Кроме того, ферменная балка обеспечивает экономичное решение для пролетов длиной более 25 м.
Ферменная балка, состоящая из стальной секции и раскоса
Деревянная балка и стальная стойка
Принципы проектирования ферменных балок
1. Геометрия ферменной балки
Для получения хороших конструктивных характеристик отношение пролета к глубине фермы следует выбирать в диапазоне от 10 до 15. Архитектурный дизайн здания контролирует его внешнюю геометрию и определяет наклон, придаваемый верхней хорде фермы.
Для эффективного расположения балки фермы между хордами рекомендуется использовать наклон диагональных элементов от 35° до 55°, прикладывать точечные нагрузки в узлах, а ориентация диагональных элементов должна быть такой, чтобы самые длинные элементы испытывали напряжение.
2. Секции ферменных балок
Сечения должны быть симметричными для изгиба вне вертикальной плоскости фермы. Для сжатых элементов сопротивление изгибу в вертикальной плоскости фермы должно быть таким же, как и вне плоскости.
Более того, для больших усилий в элементах хорошим решением будет использование хорды с сечением IPE, HEA или HEB, или сечения, состоящего из двух швеллеров (UPE) и диагоналей, сформированных из двух балочных уголков. Кроме того, хорошей практикой может быть использование вертикального полотна для верхней хорды и горизонтального полотна для нижней хорды.
Кроме того, рекомендуется использовать полые секции для хорды и/или для внутренних элементов. Наконец, верхняя основная хорда (стропило) делится на основные деления, которые в свою очередь подразделяются для размещения листов кровельного покрытия.
Рекомендуемые формы для хорды балок стропильной фермы
3. Типы соединений
Соединения используются для соединения различных типов стропильных балок. Существует два основных типа соединений, к которым относятся:
4. Расстояние между ферменными балками
При пролете до 20,00 м расстояние между стальными фермами должно составлять около 4,00 м, т.е. 1/5 пролета. Уклон в 22Ø(градуса) является обычным для волнистых стальных и асбестовых кровельных листов.
Для экономичного расположения стропильных ферм стоимость фермы должна быть равна удвоенной стоимости обрешетки + стоимость кровельного покрытия. В качестве ориентира расстояние между стропильными фермами может составлять 1/4 пролета до 15,0 м и 1/5 пролета от 15 до 30 м.
5. Процедура проектирования ферменной балочной конструкции
При проектировании фермы необходимо рассмотреть следующие шаги:
6. Формула расчета ферменных балок
Таблица 1 Формула расчета ферменных балок
Сл. нет
Описание
Одинарная стойка
Двойной раскос
Равномерно распределенная нагрузка – в кг
1.
Напряжение в стержне
0,312 Втч/р
Вт/3р
2.
Сжатие в раскосе
0.625W
W/3
3.
Сжатие в балке
0.312WL/2r
WL/9r
Концентрированная нагрузка на раскос, кг
Ph/2r
Ph/r
P
PL/4r
PL/3r
Однопролетная ферменная балка
Двухопорная ферменная балка
7. Изготовление и возведение ферменной балки
Простота изготовления и возведения оказывает важное влияние на экономичность конструкции. Как правило, малые и средние фермы симметричной конструкции при возведении поднимаются по коньку. Для того чтобы предотвратить смятие нижнего пояса, необходимо соразмерно распределить его для восприятия сжимающих напряжений, возникающих при подъеме.
Чтобы избежать изгиба фермы с обеих сторон во время возведения, эмпирическое соотношение дается b/L =1/125. где b – ширина нижней хорды в ее центре, а L – длина пролета. Например, ферма пролетом 50 м должна иметь ширину верхней и нижней хорды =span/125, т.е. 50×1000/125=400мм. (8-кратный пролет в мм).
Возведение стальной ферменной балки
Читайте далее:- Проектирование кровельных ферм.
- Стальные гофрированные полотна в мостовых балках.
- Мост Жунцзян: Самый длинный в мире мост из жесткой балки и гибкой арки.
- Предварительно спроектированные металлические здания – последние тенденции.
- Консольные балки и фермы – применение и преимущества.
- Анализ фермы с примерами.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.