Верхний пояс фермы покрытия при гравитационных нагрузках сжат, и его несущая способность, как правило, исчерпывается потерей устойчивости, а не прочностью: определяющие параметры роли — расчетные длины в плоскости и из плоскости фермы и предельная гибкость сжатого элемента. Шаблон «Пояс фермы (верхний)» собирает состав проверок под эту работу; в отличие от ферменных ролей — решетки и опорных раскосов — здесь включена и группа «Деформации»: по перемещениям узлов пояса контролируется прогиб фермы в целом.
Работа элемента и нормативная база
Состав фактически выполняемых проверок решатель определяет по усилиям: при N ≠ 0 и M = 0 пояс проверяется как центрально сжатый элемент по § 7 СП 16.13330 (прочность — п. 7.1.1 ф. (5), устойчивость — п. 7.1.3 ф. (7) с φ по ф. (8)/(9) для кривых устойчивости a/b/c, контроль по табл. Д.1); при межузловой нагрузке и M ≠ 0 — как сжато-изогнутый по § 9 (прочность — п. 9.1.1 ф. (105)/(106), устойчивость в плоскости — п. 9.2.2 ф. (109) с φe по табл. Д.3, из плоскости — п. 9.2.4 ф. (111) с коэффициентом c по ф. (112)/(113)).
Расчетные длины элементов ферм заданы таблицей 24 (п. 10.1.1): для пояса в плоскости фермы — длина панели l, из плоскости — расстояние l1 между узлами, закрепленными от смещения из плоскости связями, прогонами или жесткими плитами покрытия. Понижающий коэффициент 0.8 к поясу не применяется — он относится только к прочим элементам решетки. Предельная гибкость сжатого пояса — по таблице 32 (п. 10.4.1), позиция 1.а: λu = 180 − 60α; для верхних поясов, не закрепленных в процессе монтажа, норма выделяет отдельную строку — позиция 3, λu = 220. Прогибы ферм нормирует СП 20.13330 (приложение Д, таблица Д.1): эстетико-психологический предел вертикального прогиба при пролете 24 м — l/250, промежуточные значения — по линейной интерполяции.
Состав проверок шаблона
Шаблон включает пять групп из шести; касательные напряжения выключены — при узловой передаче нагрузки пояс работает на осевое усилие, а при межузловой поперечная сила от местного изгиба пренебрежимо мала.
| Группа проверок | Что проверяется | Пункт нормы |
|---|---|---|
| Нормальные напряжения | Прочность: N/(A·Ry·γc); при сжатии с изгибом — по ф. (105)/(106) | п. 7.1.1 ф. (5); п. 9.1.1 |
| Общая устойчивость | Устойчивость в плоскости и из плоскости фермы, φ по кривым a/b/c; при внецентренном сжатии — φe | п. 7.1.3 ф. (7)–(9), табл. Д.1; пп. 9.2.2, 9.2.4 |
| Местная устойчивость | Условные гибкости стенки и свеса полки; шаг ребер жесткости | табл. 9 и 10; пп. 9.4.2, 9.4.7; п. 7.3.3 |
| Гибкость | λ = lef/i ≤ λu = 180 − 60α (α не менее 0.5) | п. 10.4.1, табл. 32 поз. 1.а |
| Деформации | Прогиб фермы по перемещениям узлов пояса, допуски sy, sz | СП 20.13330, прил. Д, табл. Д.1 |
Заполнение параметров
Вкладка «Общие»
Наименование — например, «Пояс верхний ПВ1». Коэффициент условий работы γc выбирается из встроенной таблицы 1 СП 16.13330 (кнопка у поля). Для фермы покрытия общего назначения специальной строки таблица не содержит — принимается γc = 1. Значение 0.9 дает позиция 1: сжатые элементы ферм перекрытий под залами театров, клубов, кинотеатров, под трибунами, под помещениями магазинов, книгохранилищ и архивов при временной нагрузке, не превышающей вес перекрытий. Класс напряженно-деформированного состояния оставляется 1 НДС — сечение работает упруго.
Вкладка «Проверки»
Шаблон включает тумблеры, но числовые параметры остаются по умолчанию и настраиваются вручную. Коэффициенты расчетной длины: μy = 1, если панель пояса — один стержень схемы (расчетная длина равна панели по таблице 24); μz = l1/l — по фактической расстановке точек раскрепления из плоскости. Общая теория коэффициента μ и его значения по таблицам 24, 30, 31 — в родительской статье. Предельная гибкость сжатых элементов задается из встроенной таблицы: строка 1.а «Пояса, опорные раскосы и стойки, передающие опорные реакции плоских ферм…» подставляет в поля 180 − 60α; предел растянутых по умолчанию 400 соответствует поясам при статических нагрузках (табл. 33). Допуски прогибов sy, sz задаются в миллиметрах или в долях пролета по СП 20.13330. Данные вкладки «Закрепления» использует только проверка устойчивости плоской формы изгиба (п. 8.4.1, φb по приложению Ж); при узловой передаче нагрузки пояс изгиба не получает, и каскад остается в исходном состоянии.
Пример назначения
В сквозном примере — ферма с параллельными поясами пролетом 24 м, высотой 3 м, 8 панелей. Верхний пояс состоит из восьми стержней по 3 м; все они выделяются в таблице, и в коллапсе «Конструктивные особенности» им назначается роль «Пояс верхний ПВ1». Параметры роли: γc = 1; μy = 1 — каждая панель является отдельным стержнем; μz — по раскреплению из плоскости: при прогонах в каждом узле l1 = l и μz = 1, при раскреплении через узел μz = 2; предельная гибкость 180 − 60α; допуск прогиба — 96 мм, то есть l/250 при пролете 24 м по таблице Д.1 СП 20.13330.
Практические замечания
- Допуск прогиба — от полного пролета. Допуск задается на конструктивный элемент, а пояс собран из восьми стержней; корректно задавать его в миллиметрах от полного пролета фермы (96 мм для 24 м), а не в долях длины отдельного стержня.
- Монтажное состояние. Для верхних поясов, остающихся незакрепленными в процессе монтажа, таблица 32 дает отдельный предел λu = 220 (позиция 3) — проверьте гибкость пояса из плоскости до раскрепления связями.
- Межузловая нагрузка. При прогонах между узлами пояс работает на сжатие с изгибом; нормативный контекст выбора расчетного момента — пп. 9.2.3 и 9.2.6 СП: для проверки устойчивости момент принимается наибольшим в пределах средней трети длины участка и не менее половины максимального по длине.
- Знакопеременные загружения. При ветровом отсосе или монтажных схемах усилие в поясе может менять знак — тогда решатель проверяет его как растянутый элемент, и работает предел гибкости по таблице 33; сопоставьте параметры с ролью нижнего пояса.
Общее устройство формы роли, теория расчетных длин и таблицы 24, 30–32 — в статье «Конструктивные элементы»; запуск нормативной оценки — в статье о полном расчете по СП 16.13330; формулы всех проверок с пунктами нормы — в справочной матрице проверок.