В этой статье приводятся принципы рационального назначения таких стропильных ферм, а также приводятся факторы, на которые необходимо обращать внимание при проектировании.
О том, как выбирать сечения горячекатаных двутавров (Б, Ш или К) для поясов стропильной фермы существует отдельный материал: Выбор типа двутавра для поясов стропильных ферм.
В основном фермы с поясами из прокатного двутавра сравнивают с фермами из профильных труб по серии «Молодечно». Диапазон решений серии «Молодечно» — пролёт от 18 до 30м, снеговой район при пролёте 30м — не выше V, усилие в верхнем поясе не более 126 тонн. При пролёте до 24м альтернативой фермам из профильных труб могут быть шпренгельные фермы (см. статью Шпренгельные фермы - альтернатива стропильным фермам "Молодечно"), от 24м — фермы с поясами из прокатного двутавра.
Фермы «Молодечно» не всегда рационально применять, т.к. они имеют известные проблемы:
- прочность узлов;
- коррозия тонкостенных труб (К вопросу влияния коррозионных повреждений на несущую способность стропильных ферм типа «Молодечно» — Белова — Научный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ").
Рисунок 1 — График рациональной области применения различных решений ригеля в зависимости от пролета
Двутавр в верхнем поясе стропильной фермы
Применение прокатного двутавра взамен профильных труб для верхнего пояса ферм при пролетах до 30м может быть эффективно при постоянном раскреплении из плоскости стенки (усилие в поясе до 130т). Такое раскрепление обеспечивается профилированным настилом, образующим диафрагму, т.е. применяется беспрогонная кровля.
Двутавр в поясах фермы без постоянного раскрепления эффективен за рамками серии «Молодечно», т.е. при пролетах от 30м, либо повышенных вертикальных нагрузках или уменьшении высоты стропильной фермы.
Ниже приведена расчетная схема стропильной фермы пролетом 30м. Грузовая ширина — 6м. Для этой фермы выполнено сравнение металлоемкости верхнего пояса в зависимости от:
- шага раскрепления пояса из плоскости фермы;
- снеговой нагрузки.
Двутавр эффективен при постоянном раскреплении из плоскости стенки. При шаге раскрепления 30-м разница в металлоемкости профильной трубы и двутавра сокращается с увеличением вертикальной нагрузки.
Рисунок 2 — Шаг раскрепления 30-м
Таблица 1 — Сравнение металлоемкости верхнего пояса из профильной трубы и прокатного двутавра
| Постоянное раскрепление верхнего пояса | Шаг раскрепления верхнего пояса 3м |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
Назначение того или иного типа сечения для верхнего пояса фермы не тривиальная задача. Параметры, через которые проектировщик может повлиять на стоимость верхнего пояса:
- шаг раскрепления;
- тип сечения;
- материал (класс прочности);
- высота ригеля (влияет на усилие в поясе);
- приведенная толщина (п. 5.4.3 СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты»: если требуемый предел огнестойкости R15 и приведенная толщина металла элемента не менее 4мм — допускается применять незащищенные стальные конструкции).
Для стропильных ферм пролётом 18-24м с верхним поясом из прокатного двутавра, а также подстропильных конструкций для них разработаны альбомы типовых решений:
Двутавр в нижнем поясе стропильной фермы
Двутавр в нижнем поясе стропильной фермы эффективен:
- при усилии в поясе от 140 тонн (т.е. за рамками серии «Молодечно») при эквивалентных сталях С355 (при меньших усилиях накладывается дискретность сортамента, поэтому не всегда можно перейти на меньший типоразмер);
- при усилии в поясе от 120 тонн при использовании стали повышенной прочности С390.
Для нижних поясов стропильных ферм обычно используются минимальные сечения прокатных двутавров с большой дискретностью сортамента, т.е. разница между соседними типоразмерами достаточно велика. Поэтому эффективно применять сталь повышенной прочности С390 для перехода на меньший типоразмер.
Ниже расчетная схема стропильной фермы пролетом 36м. Грузовая ширина — 6м. Шаг раскрепления нижнего пояса из плоскости фермы — 12м. Выполнено сравнение металлоемкости нижнего пояса в зависимости от снеговой нагрузки.
Для прокатного двутавра из стали С355 при усилии в поясе 120-140т накладывается дискретность сортамента. Начиная с усилия в поясе в 140т прокатный двутавр легче профильной трубы. Двутавр из стали С390 при усилии в поясе 120т сопоставим по массе с профильной трубой.
Рисунок 3 — Шаг раскрепления 36-м
Рисунок 4 — Сравнение металлоемкости нижнего пояса из профильной трубы и прокатного двутавра
На стоимость нижнего пояса стропильной фермы проектировщик может повлиять через следующие параметры:
- площадь сечения;
- материал (класс прочности);
- высота ригеля (влияет усилие в поясе);
- конструирование (шаг раскрепления);
- приведенная толщина (п. 5.4.3 СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты»: если требуемый предел огнестойкости R15 и приведенная толщина металла элемента не менее 4мм — допускается применять незащищенные стальные конструкции).
Особенности конструирования ферм с поясами из прокатного двутавра
В качестве решетки в фермах с поясами из прокатного двутавра обычно используют профильные трубы. Узел соединения трубы с полкой двутавра может иметь меньшую несущую способность, чем сами элементы, образующие узел. В связи с этим может возникнуть необходимость усиления узла — установки наклонных планок.
Рисунок 5 — Узел фермы, усиленный наклонными планками
Однако часто наклонные планки устанавливают без необходимости. Это значительно повышает трудоемкость производства фермы: каждый планка устанавливается вручную и обваривается сварщиком.
Проверка необходимости усиления узлов крепления профильных труб к поясам ферм из прокатного двутавра приведена в п. 15 СП 294.1325800. Как выполняется эта проверка описано в статье — Узлы стропильных ферм с наклонными планками.
Надежная защита от коррозии для беспрогонных покрытий
За счёт верхнего пояса из двутавра понижен риск возникновения внутренней, визуально незаметной коррозии.
В случае с верхним поясом из трубы саморез для крепления профилированного настила прорезает стенку трубы, из-за чего влага может поступать внутрь профиля и приводить к постепенной, визуально незаметной коррозии. В неотапливаемых зданиях это может привести к деформации стенок или разрыву профиля в результате замерзания воды.
Выводы
Рациональная область применения ферм с поясами из прокатного двутавра — пролёты от 24 метров и нормальные, либо повышенные вертикальные нагрузки (усилия в поясах от 110т). Постоянное раскрепление верхнего пояса профилированным настилом позволяет использовать меньшие типоразмеры двутавров. Кроме того, открытое сечение верхнего пояса позволяет избежать внутренней коррозии профиля.
Для нижнего пояса рационально использовать сталь повышенной прочности С390, это может помочь перейти на мéньший профиль.
