Покрытия зданий по стропильным фермам
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)
Крепежные детали
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/м3. На рис. ниже показан узел кровельного покрытия с профилированным настилом.
Узел кровельного покрытия с применением профилированного стального настила
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: qx = qcosa — перпендикулярно скату; qy=qsina вдоль ската (рис. ниже). Из-за малой жесткости прогона относительно оси y-y, даже небольшой изгибающий момент вдоль ската Му вызывает в нем большие напряжения и создает необходимость в значительном увеличении сечения прогона. Для уменьшения неблагоприятного влияния скатных составляющих (нагрузки qy) 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 Му от скатных составляющих qy. 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:
Mx = qxl2/8; My = qyl2/32;
при двух тяжах (в теоретически опасном сечении прогона, совпадающем с местом примыкания тяжей):
Mx = qxl2/9; My = qyl2/90;
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).