Ограничения по применению ферм с нисходящим опорным раскосом

Опубликовано Обновлено

Инженерам-проектировщикам хорошо знакома ситуация: нужно быстро подобрать тип фермы под конкретный пролёт, нагрузки и условия эксплуатации. При этом выбор между восходящим и нисходящим опорным раскосом — не просто вопрос геометрии. От этого зависит работа всей конструкции, её устойчивость и безопасность. Разбираемся, какие ограничения накладывают нормы и в чём разница в работе раскосов.

Опорный раскос фермы — это диагональный элемент, соединяющий верхний и нижний пояса фермы, причём один из его концов закреплён в области опоры. Если раскос направлен вверх при движении от опор к середине пролёта, его называют восходящим, а если вниз — нисходящим.

Фермы с восходящим и нисходящим опорным раскосом Рисунок 1 — Фермы с восходящим и нисходящим опорным раскосом

Нормативные ограничения по применению ферм с нисходящим опорным раскосом

В редакции №3 СП 16.13330.2017 (2019) появился пункт 15.2.7, ограничивающий применение ферм с нисходящим опорным раскосом. В актуальной редакции №7 (2024) формулировка этого пункта была уточнена:


«15.2.7 Фермы с сечениями всех элементов из гнутосварных прямоугольных (квадратных) профилей с непосредственным примыканием решетки к поясам и с нисходящим опорным раскосом допускается применять в зданиях и сооружениях класса КС-3 (по ГОСТ 27751) с пролетами не более 30 м и высотой до низа конструкций до 18 м. В пролетах с фермами с нисходящим опорным раскосом классов КС-3 и КС-2 (по ГОСТ 27751) допускается крановое оборудование с режимом работы 1К - 6К (по СП 20.13330), его грузоподъемность не должна превышать 50 т, подвесного оборудования — не более 5 т»

Указанные ограничения согласуются с областью применения ферм «Молодечно» из гнутосварных труб (серия 1.460.3-23.98), поэтому можно предположить, что требования пункта 15.2.7 во многом основаны именно на опыте эксплуатации этой серии.

При этом встречаются и примеры применения ферм с нисходящим опорным раскосом для больших пролетов — от 36 метров (например, серия 11-2482). В таких случаях пояса выполняются из двутавров, поэтому данные конструкции уже не попадают под рассматриваемое ограничение.

Если вам интересны подобные решения, рекомендуем обратить внимание на типовые системы покрытий, в которых фермы имеют пояса из двутаврового сечения:

Рассматриваемое требование может оказаться критичным для нового несерийного проектирования. Однако согласно разъяснениям ЦНИИСК оно носит рекомендательный характер и не является обязательным к применению. Тем не менее, для правильного использования этого положения на практике важно разобраться в его сути и понять, чем могут быть обусловлены введённые ограничения.

Работа ферм с восходящим и нисходящим опорным раскосом

При воздействии вертикальной нагрузки на ферму в восходящем опорном раскосе возникает сжимающее усилие, а в нисходящем — растягивающее. Это принципиально влияет на поведение конструкции при аварийных ситуациях:

  • восходящий (сжатый) опорный раскос: сжатый раскос при увеличении усилий в случае аварийной ситуации, как правило, выходит из строя из-за потери устойчивости и может перейти в новую форму равновесия, что не всегда приводит к обрушению конструкции. А в случае отказа опорного узла фермы от растягивающего усилия, вызванного опорным моментом, поменяется статическая схема фермы с образованием опорного шарнира, но это не приведет к мгновенному обрушению (так как при жестком прикреплении стропильных ферм к колоннам они рассчитываются чаще всего как разрезные);
  • нисходящий (растянутый) опорный раскос: при увеличении растягивающего усилия в опорном раскосе в случае аварийной ситуации возможно хрупкое разрушение сварного соединения между опорным раскосом и верхним поясом фермы, что создает высокий риск полного обрушения конструкции.

Для зданий класса КС-3 (ответственные и массово посещаемые объекты) это различие имеет принципиальное значение: согласно ГОСТ 27751-2014 конструкции таких зданий должны быть устойчивы к прогрессирующему обрушению. В этом контексте фермы с восходящим опорным раскосом обеспечивают большую надёжность и резерв прочности.

Опыт эксплуатации и анализ аварий

Практика эксплуатации подтверждает уязвимость ферм с нисходящим опорным раскосом:

  • Магнитогорский металлургический комбинат: обрушение стропильной фермы произошло без превышения расчётных нагрузок вследствие отказа нисходящего опорного раскоса. Причиной стали дефекты сварных швов и недостаточная надёжность крепления опорного узла. Сварные соединения не осматривались и не ремонтировались, что привело к накоплению дефектов. [1]

    Стропильная ферма Магнитогорского металлургического комбината Рисунок 2 — Стропильная ферма Магнитогорского металлургического комбината

  • Случаи аварий ферм типа «Молодечно»: в докладе компании «Эркон» описаны три аварии, вызванные непроварами в стыковых сварных швах растянутых раскосов фермы. Во всех случаях нагрузки не превышали расчётные. [2]

    Отказ опорного раскоса фермы типа «Молодечно» Рисунок 3 — Отказ опорного раскоса фермы типа «Молодечно»

Выводы

  • Фермы с нисходящим опорным раскосом имеют нормативные ограничения по области применения, однако эти ограничения носят рекомендательный характер и не являются обязательными.
  • Основное отличие ферм с разными типами опорных раскосов заключается в их работе и конструктивных особенностях:
    • фермы с восходящим опорным раскосом, как правило, жёстко закрепляются на опорах, а сам раскос работает на сжатие и не подвержен хрупкому разрушению, что обеспечивает большую устойчивость к прогрессирующему обрушению в аварийных ситуациях;
    • нисходящий опорный раскос работает на растяжение, что повышает риск хрупкого разрушения сварных соединений и, как следствие, обрушения конструкции, что особенно критично для зданий класса КС-3.
  • Опыт эксплуатации показывает, что дефекты сварных соединений в растянутых стержнях фермы могут привести к внезапному обрушению даже при нормальных нагрузках.

Источники

  1. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения / Б.И. Беляев, В.С. Корниенко.
  2. Проблемы проектирования и эксплуатации ферм типа «Молодечно», опыт обследования и причины аварий.

Была ли статья полезна?
(0)
(0)
Не нашли ответ на свой вопрос?
Напишите нам. Наши инженеры готовы обсудить задачу и дать профессиональную консультацию
На сайте используются cookie-файлы, которые помогают показывать Вам самую актуальную информацию. Продолжая пользоваться сайтом, Вы даете согласие на использование ваших метаданных и Cookie-файлов.
Чат-бот