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).

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;

Прогоны в покрытиях с наклонным или плоским кровельным настилом размещают с шагом 3 м с опиранием в узлах стропильных ферм. В отдельных случаях, при наличии больших местных снежных отложений, в местах перепада профиля, выполняется покрытие с шагом прогонов 1,5 м, что требует постановки в фермах дополнительных шпренгелей. В фермах, где предусмотрена работа верхних поясов на внецентренное сжатие, прогоны размещают вне узлов фермы.Прогоны закрепляют к поясам ферм с помощью приваренных коротышей, планок, гнутых листов (рис. 1).

Рис. 1. Опорные крепления прогонов

При наклонном размещении плоскости наибольшей жесткости прогона швеллеро-подобные профили надо ориентировать концами полок вверх по склону, так как такое расположение обеспечивает лучшие условия опирания и уменьшает крутящий момент прогона, который возникает вследствие внецентренного приложения нагрузки относительно центра изгиба сечения.

Рис. 2. Стыки пролетов: а — внахлестку в многопролетном прогоне; б — внахлест в двух-пролетном прогоне; в — вариант устройства неразрезных прогонов с помощью соединительной накладки.

Сплошные прогоны, используемых в скатных покрытиях,воспринимают нагрузки в перпендикулярном и параллельном направлении склона. Вследствие малой жесткости сечения в направлении скатной составляющей, прогоны раскрепляют в этом случае тяжами, которые уменьшают расчетные пролеты прогонов в плоскости склона.

Тяжи размещают между всеми пролетами в один ряд (по середине)при шаге ферм покрытия 6 м и в два ряда (через равные расстояния) прибольшем шаге или при крутых склонах (рис. 3, а). В общем случае количество рядов тяготел регулируется расчетом в зависимости от скатной составляющей нагрузки и несущей способности профиля в направлении его наименьшей жесткости. При этом моменты от скатной составляющей определяются как в неразрезной балке.

Рис. 3. Решение прогонов в плоскости склона: а — с образованием связевых ферм; б — без образования связевых ферм для симметричных двускатных покрытий;в — только тяжами

В панелях у гребня тяжи закрепляют или непосредственно в стропильных фермах, или в комбинированный прогон у его опор, а между крайним рядовым и коньковыми пролетами устанавливают жесткие распорки. Распорки могут быть использованы и вместо тяготел с креплением их к прогонам параллельно склону или под углом к нему (рис. 3, б).

Без распорок можно обойтись:

— При малой величине скатной составляющей, например, в совмещенных покрытиях, когда суммарная скатная составляющая воспринимается или всеми пролетами, работающие совместно, или одним с ним, как правило,карнизным, который в этом случае проектируют более жестким в плоскости склона (рис. 3, в)

— В симметричных двухскатных покрытиях, если проекции усилий в тягах, которыми соединены все прогоны, взаимно уравновешены в коньковых прогонах;

— В несимметричных двухскатных покрытиях, если боковая жесткость коньковых прогонов достаточное для восприятия усилия от скатной составляющей нагрузки.

Распорки конструируют из одиночных уголков, прямоугольных или круглых труб и крепят к прогонам болтами с помощью фасонок, (рис. 4.а). Тяжи проектируют из круглой стали или тросов с устройствами для их натяжения и крепят непосредственно к стенкам прогонов гайками и размещают их в одной плоскости по возможности ближе к верхней полке прогона в границах верхней трети высоты сечения (рис. 4. б).

Рис. 4. Крепление к прогонам элементов распорок.

Прогоны, размещаемые в покрытиях с уклоном до 2%,работают как обычные балки, которые воспринимают вертикальные нагрузки. В наклонных покрытиях вертикальную нагрузка раскладывается на две составляющие — перпендикулярно и параллельно склона. Большая по величине составляющая q x = q cos α действует в плоскости наибольшей жесткости прогона, а меньшая — q y = q sin α выгибает прогон в плоскости его наименьшей жесткости. Таким образом,прогон находится в состоянии косого изгиба, проверка его прочности осуществляют по формуле:

где х и у — координаты наиболее напряженной точки сечения;

J xn и J уn — соответственно моменты инерции сечения нетто относительно главных осей х-х и у — у.

Изгибающий момент М х определяется в плоскости наибольшей жесткости пролетного строения от воздействия нагрузки q x как в разрезной или неразрезной балке в зависимости от схемы расположения прогонов.

В плоскости наименьшей жесткости от действия скатной составляющей нагрузки Q у возникает изгибающий момент М у . При этом прогон рассматривается как неразрезная балка с количеством промежуточных опор, равным количеству распорок в пролете.

Рис. 5. Расчетная схема прогона

Сквозные прогоны

При шаге ферм 12 метров сплошные прогоны становятся неэкономичными, вместо них получили распространение сквозные прогоны различного конструктивного решения. Наиболее удачными являются сквозные прогоны запроектированные под кровлю с уклоном 1,5 % по стальному профилированному настилу. При соответствующем раскреплении их связями из круглой проволоки они могут быть использованы и для кровли с большим уклоном.

Прогоны имеют треугольную форму, их высота в осях составляет 1,5 метра (рис. 19). Раскосы выполнены из одиночных уголков, а верхний пояс - из парных холодногнутых швеллеров. Элементы прогона соединены между собой контактной точечной или электродуговой сваркой.

При расчете прогона его верхний пояс рассматривается как неразрезная трехпролетная балка на упруго оседающих опорах в предположении шарнирного сопряжения элементов решетки с поясом. При этом учитывается как полное загружение всего верхнего пояса равномерной нагрузкой, так и частичное - на половине пролета.

Связи между фермами

Покрытие, состоящее только из ферм, по которым уложены прогоны или плиты, не может нормально работать, так как оно является геометрически изменяемой системой. Фермы могут выйти из вертикальной плоскости, и покрытие при этом «сложится» (рис. 20,а). Если закрепить фермы на опорах в вертикальном положении, то они не будут опрокидываться, но в этом случае трудно обеспечить устойчивость сжатых поясов из плоскости фермы, так как их расчетная длина очень велика (равна пролету фермы).

Рис. 19. Сквозные прогоны пролетом 12 м: а - рядовой прогон (ПР); б - концевой прогон (ПК)

Прогоны не могут препятствовать потере устойчивости поясов и сдвигаются вместе с ними (рис. 20, б). Наконец, фермы, обладающие очень малой поперечной жесткостью, не способны воспринимать поперечные горизонтальные нагрузки, например, ветровые. Для обеспечения нормальной работы покрытия устраиваются связи между фермами, которые выполняют следующие функции:

Обеспечивают геометрическую неизменяемость покрытия;

Позволяют контролировать правильное положение ферм при монтаже и удерживают их в проектном положении в процессе монтажа и эксплуатации здания;

Уменьшают расчетную длину поясов фермы из ее плоскости;

Воспринимают горизонтальные нагрузки (ветровые, от торможения кранов).

Рис. 20. Поведение покрытия по фермам при отсутствии связей: а - изменение геометрической формы ({опрокидывание ферм); б - потеря устойчивости сжатых поясов ферм; 1 -- ферма; 2 -- прогон; 3 -- верхний пояс фермы

Геометрическая неизменяемость покрытия обеспечивается следующим образом. Из двух расположенных рядом стропильных ферм создается жесткий пространственный блок. Для этой цели применяются поперечные (по отношению к длине здания) связи по верхним поясам ферм, поперечные связи по нижним поясам и вертикальные связи между фермами (рис. 21, а).

Вертикальные связи обязательно ставятся в плоскостях опор ферм, т. е. по торцам блока, и в промежутке между ними: при пролете ферм до 30 метров - посередине их длины, а при пролете более 30 метров - две вертикальные связи примерно в третях длины ферм.

В покрытиях с профилированным настилом и беспрогонных покрытиях с применением крупноразмерных плит, образующих жесткий диск в плоскости верхних поясов стропильных ферм, может приниматься и другое решение жесткого блока.

Рис. 21. Жесткий геометрически неизменяемый пространственный блок из двух ферм: 1 - стропильная ферма: 2 - поперечные связи по верхним поясам ферм; 3 - то же по нижним поясам ферм; 4 - вертикальные связи

В этом случае поперечные связи по верхним поясам не устраиваются, их роль при эксплуатации здания, выполняет жесткий диск, образованный профилированным настилом или железобетонными плитами. Но вертикальные связи ставятся через 6 м по длине ферм (рис. 21, в), что необходимо для повышения жесткости блока и уменьшения свободной длины сжатых поясов ферм в процессе монтажа.

Жесткие пространственные блоки обязательно устраиваются по торцам здания или температурного отсека, а также в промежутке между этими торцевыми блоками, если длина здания или температурного отсека превышает 144 метра. Все промежуточные стропильные фермы привязываются к жестким блокам с помощью распорок и растяжек. Таким образом, покрытие в целом становится пространственной геометрически неизменяемой системой

Связи по верхним поясам стропильных ферм включают поперечные связи и прогоны, исполняющие в данном случае роль распорок между фермами. Поперечные связи представляют собой горизонтальные связевые фермы, поясами которых являются верхние пояса стропильных ферм, входящих в жесткий блок. Роль стоек выполняют прогоны. Раскосы связевой фермы -- это специальные элементы, изготавливаемые из уголков или труб.

При выполнении раскосов связевой фермы из уголков обычно принимается перекрестная система решетки с гибкими элементами. Раскос такой решетки имеет малое сечение из одиночного уголка, и он не способен воспринимать сжимающие усилия: сжатый раскос выпучивается и таким образом выключается из работы. В каждой панели работает только один раскос -- растянутый. При изменении направления усилий на связевую ферму раскосы в данной панели меняются ролями. Решетка с гибкими раскосами, сечение которых подбирается как для растянутых элементов, более экономична, чем перекрестная решетка с жесткими элементами, когда сечение всех раскосов надо подбирать как для сжатых стержней.

Связи раскрепляют некоторые узлы верхних поясов стропильных ферм от их смещения в горизонтальной плоскости и тем самым уменьшают расчетную длину сжатых поясов из плоскости фермы. Пояс может терять устойчивость только между этими закрепленными узлами, как показано на рис. 22, а.

Связи по нижним поясам стропильных ферм (рис. 22, в) состоят из поперечных связей, распорок и растяжек. Кроме того, дополнительно могут устраиваться продольные связи.

Поперечные связи представляют собой горизонтальные связевые фермы, поясами которых служат нижние пояса стропильных ферм, входящих в жесткий блок. Стойки и раскосы связевой фермы -- это специальные элементы. Поперечные связи вместе с распорками и растяжками, посредством которых узлы промежуточных ферм соединяются с узлами жестких блоков, уменьшают свободную длину нижних поясов стропильных ферм из их плоскости. Поперечные связевые фермы воспринимают горизонтальную ветровую нагрузку, действующую на торец здания и передаваемую на них стойками торцевого фахверка здания.

Рис. 22. Схема связей из уголков в покрытии с прогонами при шаге ферм 6 метров: а - связи по верхним поясам ферм; б - вертикальные связи между фермами; в - связи по нижним поясам ферм; 1 - стропильная ферма, входящая в жесткий блок; 2 - промежуточная стропильная ферма; 3 - поперечные связи по верхним поясам ферм; 4 - то же по нижним поясам ферм; 5 - вертикальные связи; 6 - продольные связи по нижним поясам ферм; 7 - растяжки; 8 - прогоны

Продольные связевые фермы совместно с поперечными связевыми фермами создают жесткий контур в плоскости нижних поясов и тем самым повышают общую жесткость каркаса здания. Они воспринимают ветровые нагрузки со стоек фахверка продольных стен и передают их на колонны, а также перераспределяют усилия от поперечного торможения кранов между рамами здания. Наконец, продольные связевые фермы уменьшают расчетную длину нижних поясов стропильных ферм, что особенно важно в случае жесткого сопряжения ферм с колоннами, когда в нижнем поясе могут возникнуть сжимающие усилия.

Продольные связевые фермы устраиваются вдоль крайних рядов колонн в зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы; в покрытиях с подстропильными фермами; в одно- и двухпролетных зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью более 10 тонн, а при отметке низа стропильных конструкций свыше 18 м -- независимо от грузоподъемности кранов. В зданиях с числом пролетов более трех продольные связевые фермы следует размещать также вдоль средних рядов колонн не реже, чем через пролет в зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы и через два пролета -- в прочих зданиях.

Вертикальные связи, как уже отмечалось, совместно с поперечными связями по верхним и нижним поясам стропильных ферм объединяют две соседние стропильные фермы в жесткий геометрически неизменяемый блок. Обычно вертикальные связи выполняют в виде фермочек с параллельными поясами и треугольной или перекрестной системой решетки (рис. 23).

Рис. 23. Схемы вертикальных связей между фермами: А - при шаге ферм 6 м; б - при шаге стропильных ферм 12 м

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

• 1. Какая конструкция называется фермой.
• 2. Дайте классификацию ферм.
• 3. В чем отличие прогонного и беспрогонного покрытия.
• 4. Что называют прогоном и какова его конструкция.
• 5. Для чего устраивают связи по верхним и нижним поясам ферм.
• 6. Что называют жестким блоком и где его устраивают.
• 7. Изобразите схему связей в покрытии с прогонами.