Укладка по фермам прогонов из брусьев. Опорные крепления металлических прогонов. Устройство и узлы деревянных ферм

Стропильные фермы служат для поддержания конструкций кровли и восприятия действующих на них нагрузок. Конструкции кровли вместе со стропильными фермами и связями образуют кровельное покрытие. Основное назначение кровельного покрытия заключается в защите помещения от атмосферных воздействий (снега, дождя, холода и т. п.). Стропильные фермы большей частью опираются на стальные или железобетонные колонны.

В промышленных сооружениях различают теплые и холодные кровли.

Теплые кровли состоят из несущих плит, утеплителя, асфальтовой стяжки и водоизоляционного ковра из рулонного материала — рубероида.

Различают два типа покрытия — с прогонами и беспрогонное. В первом типе покрытия в качестве несущих плит могут применяться стандартные сборные железобетонные плиты, армопенобетонные и армопеносиликатные плиты (совмещающие функции несущего элемента и утеплителя) и др.

Эти плиты укладываются на прогоны, которые опираются на стропильные фермы в узлах, передавая на них нагрузку. Наиболее распространенная длина плиты, определяющая панель фермы, равна 3 м.

Второй тип покрытия (беспрогонное), более распространенный, состоит из крупнопанельных железобетонных плит длиной 6 м, опирающихся непосредственно на верхние пояса стропильных ферм.

Плиты прикрепляются к поясу ферм путем приварки к нему уголков (коротышей), которые забетонированы в плиту. На крупнопанельные плиты также укладываются утеплитель (если они не выполняют одновременно и теплоизоляционных функций), стяжка и рубероидный ковер.

Холодные кровли применяются в горячих цехах и в холодных зданиях. Они осуществляются из волнистых асбестоцементных листов или, в отдельных случаях, из волнистой стали по прогонам. Наряду с этим холодные кровли можно устраивать по типу теплых с применением железобетонных плит, но без утеплителя.

Для обеспечения стока воды крыше придают уклон, который в основном зависит от материала кровли. Обычно уклоны кровли назначаются:

Уклон кровли, как правило, создают путем устройства наклонного верхнего пояса стропильных ферм.

Различают двускатные и односкатные кровли.

Прогоны бывают стальные (сплошные прокатные или решетчатые) и железобетонные. Прокатные прогоны из швеллеров или двутавров тяжелее решетчатых, но значительно проще и дешевле в производстве, чем и объясняется их преимущественное применение. Прокатные прогоны устанавливаются на наклонный верхний пояс ферм; будучи расположены под углом к плоскости действия усилия, они подвергаются косому изгибу.

Расчет прогонов производится на нагрузку от веса кровли и снега.

Эту нагрузку раскладывают на составляющие по главным осям сечения прогона: q x — нормально к скату, q y — вдоль ската (скатная составляющая); эти составляющие изгибают прогон в двух плоскостях.

Максимальные расчетные моменты соответственно равны:

Очевидно, что в крайних двух точках сечения прогона напряжения от одновременного действия М х и М у будут суммироваться. При этом суммарное напряжение не должно превышать расчетного сопротивления, умноженного на коэффициент условий работы:

Необходимо стремиться к тому, чтобы напряжение σ у было значительно меньше напряжения σ х, поскольку балочные профили имеют хорошо развитый момент инерции относительно оси х — х и сравнительно малый момент инерции относительно оси у — у.

Для уменьшения напряжения о от скатной составляющей прогоны обычно раскрепляют гяжами, поставленными в середине пролета в плоскости кровли и тем самым вдвое уменьшают значение l у. Тяжи облегчают выравнивание на монтаже линии прогонов, улучшая условия укладки железобетонных плит.

При косом изгибе учет развития пластических деформаций разрешается только для слагающей нагрузки, действующей в плоскости наибольшей жесткости, т. е. в плоскости наибольшего момента инерции.

Таким образом, рабочая формула для проверки напряжения в прокатном прогоне имеет вид

Кроме того, необходима также проверка прогиба прогона в плоскости его наибольшей жесткости.

Прикрепление прокатных прогонов к фермам осуществляется на черных болтах: швеллерных прогонов — при помощи уголковых коротышей, приваренных к поясу ферм или, как и двутавровых прогонов, — при помощи планок, привариваемых к прогонам снизу и прикрепляемых болтами непосредственно к верхнему поясу ферм.

Двутавровые прогоны могут также прикрепляться при помощи уголковых коротышей.

Решетчатые прогоны применяются с решеткой из круглой стали (прутковые прогоны). Прутковые прогоны можно устанавливать вертикально и наклонно, т. е. перпендикулярно поясу ферм (при уклонах кровли до 1:7).

Во всех случаях, а особенно при наклонном положении прогонов, необходимо раскреплять их связями в боковом направлении (как верхний, так и нижний пояс); связи могут быть из проволоки d = 6 мм.

Применение решетчатых прогонов особенно целесообразно при пролетах более 6 м.

На стропильных фермах часто располагают фонари, т. е конструкции, предназначенные для освещения помещений верхним светом и для естественной вентиляции (аэрации). Фонари для целей освещения делают в том случае, когда световой площади окон в стенах недостаточно 1 .

Фонари могут быть расположены вдоль здания (продольные фонари) и поперек здания (поперечные фонари). К конструкциям фонаря подвешиваются металлические оконные переплеты или жалюзи. Вся нагрузка от покрытия, состоящая из постоянной нагрузки и снега, передается на стропильные фермы либо через прогоны и фонари, либо непосредственно через крупнопанельные железобетонные плиты, причем предполагается, что нагрузки действуют строго в плоскости ферм.

В действительности этого нет, нагрузка прикладывается с некоторым эксцентриситетом, вызванным конструктивной необходимостью. Это обстоятельство, а также необходимость предотвращения продольного изгиба верхнего сжатого пояса ферм требуют устройства связей, не лежащих в плоскости фермы.

Связи устраивают: горизонтальные — в плоскости верхнего пояса, вертикальные — между фермами, располагая их по концам здания (или температурного блока); при этом образуются жесткие панели.

Промежуточные фермы присоединяются к жестким панелям прогонами или распорками. Вопрос об устройстве связей в промышленных зданиях рассмотрен в разделе .

1 Строительные нормы и правила (СНиП), II-B.4 и II-B.5.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

В зависимости от технологических особенностей

производства кровельные покрытия бывают

Теплыми

Холодными.

В зависимости от конструктивного решения кровельные покрытия разделяют на:

Покрытия по прогонам

Беспрогонные покрытия

Выбор конструкции кровли должен производиться на основании технико-экономической оценки вариантов с учетом:

− стоимости материалов

− стоимости изготовления конструкций

− стоимости монтажа конструкций

− стоимости перевозки.

Кроме того должны учитываться

Назначение здания;

Технологические особенности производства

Температурно-влажностный режим среды

Район строительства и наличие в районе производственных мощностей по выпуску конструкций;

Условия транспортировки;

Обеспечение монтажными механизмами.

Состав покрытия

Кровля по прогонам

Прогоны устанавливают с шагом 1,5 или 3 м

на верхний пояс ферм в их узлах

или на верхний пояс балок.

Кровля по прогонам значительно легче, экономична по расходу металла, но более трудоемка при монтаже.

Обычно в качестве прогонов применяют

При шаге 6 м прокатные или гнутые профили.

При шаге 12 м целесообразнее применять сквозные конструкции.

По прогонам укладывается стальной профилированный настил или мелкоразмерные армоцементные, керамзитобетонные, асбоцементные плиты.

Опирание прогонов на ферму

Профилированный настил укладывают на прогоны расположенные через 3 м.

При шаге стропильных ферм 4 м- настил может укладываться между фермами.

Профилированный лист

Профилированный настил изготавливается из тонкой оцинкованной рулонной стали толщиной t=0,8-1 мм

Листы типа «Н» предназначены для настилов покрытий. Листы типа «С» предназначены для обшивки стен.

В обозначении профилированного листа первая цифра – высота гофры – h; вторая – ширина листа – B 1 ; третья – толщина листа. Например –Н 57-750-0,7– настил покрытия, у которого высота фибры – 57 мм ; ширина листа без учета нахлеста – 750 мм ; толщина листа – 0,7 мм.

Длина профилированного листа до 12 м.

Конструкции прогонов.

Прогоны воспринимают нагрузку от кровли и передают ее на стропильные фермы.

Прогоны бывают сплошного сечения и решетчатые .

Сплошные прогоны применяются при шаге стропильных ферм- 6м. Они тяжелее решетчатых, но проще в изготовлении.

В качестве прогонов при шаге ферм 6 м используют прокатные балки, гнутые профили (С-образные или Z-образные). z- образные сечения очень удобны в перевозке.

Гнутые профили можно применять и при шаге ферм 12 м., но в случае небольших снеговых нагрузок они не допустимы

В качестве прогонов могут применять двутавры с перфорированной стенкой.

При шаге ферм 12 м используют сквозные решетчатые прогоны (небольшие фермы пролетом 12 м )

Верхний пояс решетчатых прогонов выполняют из двух гнутых или прокатных швеллеров.

Сечение решетки принимают из одиночного гнутого или прокатного швеллера.

Могут быть и другие конструктивные фермы решетчатых прогонов.

Расчет сплошных прогонов.

При малых уклонах кровли работа прогона ничем не отличается от работы обычной прокатной балки на двух опорах.

При кровле с большим уклоном прогоны работают на изгиб в двух плоскостях.

q =q кр +q сн +q пр

Хотя скатная составляющая мала, напряжения от нее в прогоне получаются большими вследствие малой жесткости прогона относительно оси Y.

Поэтому, чтобы уменьшить изгибающий момент от скатной составляющей прогоны распределяют тяжами, из круглой стали диаметр 18-22 мм.

В панелях у конька тяжи крепятся к стропильной ферме или к коньковому прогону. В этом случае коньковый прогон должен иметь большую горизонтальную жесткость.

Узел крепления тяжа к прогону

В зависимости от технологических особенностей производства кровельные покрытия бывают теплыми и холодными.

В качестве утеплителя -

Применяют плиты из минеральной ваты, стеклоизолы,

В качестве теплоизоляции используют различные ячеистые плиты─ ячеистый бетон,пенобетон, пеносиликат, керамзитобетон,цементный фибролит .

Синтетические материалы- вспененный полиуретан- пенополиуретан ; фенолформальдегидные пенопласты .

Теплоизоляционный слой - защищает внутреннее помещение от внешних температурных воздействий. Толщина утеплителя определяется теплотехническим расчетом.

Выравнивающий слой - цементная стяжка, асфальтовая стяжка ─ является основанием для гидроизоляционного ковра и создает необходимый уклон в случае плоской кровли.

Уклон кровли

В зависимости от принятого типа покрытия устанавливается необходимый уклон кровли для обеспечения водостока:

В кровлях с гравийной защитой принимается уклон- 1,5%;

При кровле из рулонных материалов без гравийной защиты-1/8-1/12;

При кровле из асбестоцементных или армоцементных листов-1/4 -1/6.

-Пароизоляционный слой -

Пароизоляция препятствует проникновению паров воздуха из помещения в утеплитель.

Пароизоляция укладываемого на несущие элементы пред утеплителем.

Пароизоляция –фольгоизол, 1слой пергамина

Беспрогонные покрытия

Между фермами укладывают железобетонные или металлические панели или крупноразмерные плиты.

В последнее время наиболее широко стали применяться металлические панели. Ширина панелей -1.5 – 3 м.

Панели совмещают функции ограждающих и несущих конструкций

Панели покрытия полностью изготавливают на заводе.

Они просты в монтаже, однако они тяжелее кровли по прогонам, особенно если применять железобетонные панели.

Ж.б. панели приводят к повышенному расходу материалов на нижерасположенные несущие конструкции - фермы, колонны, фундаменты.

Продольные ребра плит опираются в узлах ферм на верхний пояс.

В том случае когда ширина плиты 1,5 м в фермах делают шпренгели, во избежание вне узловой передачи нагрузки.

Масса железобетонной плиты -2-2,5 кн/м.

Наиболее распространенными являются железобетонные ребристые плиты покрытия.

Длина плит 6 и 12 м.

Ширина 1,5 и 3 м.

Плиты укладывают на верхние пояса ферм и приваривают к фермам сваркой закладных деталей.

Узел опирания железобетонной панели на фермы

Снижение веса достигается путем предварительного напряжения железобетонных конструкций или при применении сводчатых покрытий.

Трехслойные панели покрытий «сэндвич»

Состоит из верхнего облицовочного слоя:

− профилированного настила с крупным профилем;

− оцинкованного железа t=1 мм;

Среднего слоя

Утеплителя из полиуретана t=50-80 мм;

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).

Второстепенные стропильные пары дощатых крыш опирают на прогоны, которые в свою очередь поддерживаются фронтонами стен и/или главными стропильными фермами. Как в конструкциях крыш из брусьев прогоны могут быть установлены вертикально и наклонно под стропилами и под ригелями (рис. 83). Удерживаться стойками, образуя вертикальные и наклонные стулья, и ригелями (хомутами) главных ферм.

Рис. 83. Расположение прогонов

Прогоны, установленные вертикально работают лучше наклонных прогонов. Доска, поставленная на ребро от правильно приложенной (вертикальной) нагрузки прогибается и выворачивается меньше, чем доска, установленная плашмя или наклонно. Деревянные балки имеют склонность провисать даже под собственным весом (рис. 84). Поэтому прогоны рекомендуется устанавливать вертикально - повышается жесткость и упрощается изготовление врубок на стропилах для обеспечения их горизонтального опирания на прогон.

При сращивании прогона по длине можно получить разрезную и неразрезную балку . Поддержка разрезного прогона делается непосредственно под узлом соединения так, чтобы она поддерживала обе части прогона. Поддержка неразрезного прогона делается под длинным прогоном (рис. 85).

Жесткость прогонов увеличивается:

• увеличением всей высоты сечения на один два шага от проектной величины;
• уменьшением пролетов - введением под них стоек и укосов;
• изменением высоты сечения в местах наибольшего прогиба - введением подпертой подбалки (рис. 86);
• введением консольных балок под опорные концы.

Если прогоны проектируются между брандмауэрами (противопожарными стенами) не допускающими установки деревянных балок в конструкцию стен, то их устанавливают через стальные башмаки (рис. 86).