Что такое шпренгельная ферма

Шпренгельные фермы. Определение усилий в стержнях шпренгельных ферм.

Шпренгельные фермы состоят из простых плоских ферм, называемых основными, и дополнительных шарнирно стержневых устройств, называемых шпренгелями. Шпренгели позволяют передавать нагрузки, приложенные к стержням, на узлы основных ферм.

Если шпренгель передает приложенную к нему нагрузку на узлы загруженного пояса основной фермы, то его называют одноярусным. Если же шпренгель передает приложенную к нему нагрузку на узлы не загруженного пояса основной фермы, то его называют двухъярусным.

Рассмотрим простую ферму с параллельными поясами и раскосной решеткой, загруженную в узлах верхнего пояса силами и силами вне узлов (рис.5.25). Стержни этой фермы называют стержнями первой категории, или стержнями основной фермы.

Силы вызывают изгиб стержней верхнего пояса фермы, что не допускается в фермах. Поэтому силы необходимо передать на смежные узлы верхнего (или нижнего) пояса фермы. Пусть силы в первой и четвертой панелях фермы требуется передать на узлы верхнего пояса фермы, а во второй и третьей панелях те же силы требуется передать на узлы нижнего пояса фермы. Для этого врезают шарниры в поясные стержни и в раскосы на линиях действия сил в каждой панели фермы, и эти шарниры объединяют между собой стержнями. Получают дополнительные стойки, принадлежащие шпренгелям. Затем шарниры, расположенные на раскосах основной фермы соединяют с соседними узлами верхнего или нижнего поясов. В результате получают раскосы одноярусных шпренгелей (в первой и четвертой панелях) и раскосы двухъярусных шпренгелей (во второй и третьей панелях фермы рис.5.26). Стойки и раскосы шпренгелей помечены на рис.5.26 двумя черточками. Эти стержни относятся ко второй категории шпренгельных ферм.

Два дополнительно введенные шарнира каждой панели фермы объединяют с соседними узлами верхнего или нижнего пояса. Эти стержни принадлежат шпренгелям, но совмещаются со стержнями основной фермы, образуя стержни третьей категории шпренгельной фермы. На рис.5.26 эти стержни показаны двойными линиями (сплошными и штриховыми).

В результате получаем конструкции одноярусного (рис.5.27,а) и двухъярусного (рис.5.27,б) шпренгелей. Опорами одноярусного шпренгеля являются соседние узлы загруженного (в рассматриваемом случае верхнего) пояса фермы, а опорами двухъярусного шпренгеля являются соседние узлы незагруженного пояса фермы (нижнего).

При загруженном нижнем поясе фермы, сосредоточенные силы, приложенные вне узлов, можно также передать на узлы нижнего или верхнего пояса с помощью одноярусных или двухъярусных шпренгелей. На рис.5.28 показаны конструкции таких шпренгелей.

Для определения усилий в стержнях шпренгельных ферм необходимо:

1) Образовать основную ферму путем удаления всех шпренгелей и определить нагрузки, действующие на её узлы.

В узлах, на которые опирались удаленные шпренгели, следует приложить силы равные и противоположно направленные реакциям опор удаленных шпренгелей, а также заданные силы. Если принять , то основная ферма при расчете шпренгельной фермы, представленной на рис. 5.26, будет иметь нагрузки, показанные на рис.5.29.

Реакции опор и усилия в стержнях основной фермы (усилия в стержнях первой категории) определяются, как и при расчете простых ферм.

2) Усилия в стержнях второй категории определяют из расчета шпренгелей по методу равновесия узлов. Если во всех панелях заданной фермы установлены однотипные шпренгели, то определяются усилия в стержнях одного из них.

3) Усилия в стержнях третьей категории равны алгебраической сумме усилий в соответствующих стержнях основной формы и шпренгелей.

Пример 5.2 Определить усилия в стержнях второй панели заданной фермы с двухъярусными шпренгелями (рис.5.30). Для расчета принять , , .

Решение: Обозначим опорные узлы фермы буквами А и В, а узлы второй панели заданной фермы – цифрами.

Образуем основную ферму, удалив двухъярусные шпренгели всех четырех панелей. Силы, приложенные к узлам шпренгелей, передаются на узлы верхнего пояса основной фермы. На рис.5.31 показаны силы, действующие на узлы основной фермы.

Вычисляем реакции опор основной фермы, используя условия симметрии её загружения.

Определяем усилия в стержнях второй панели основной фермы, т.е. в стержнях 1-2, 1-6, 4-6, 1-4, и 2-6. Усилие в стойке 2-6 определяется из равновесия узла 2 и равно: . Усилия в остальных стержнях определяем методом равновесия дисков. Рассекаем ферму сквозным вертикальным сечением на два диска, отбрасываем правый диск, а его действие на левый заменяем неизвестными усилиями в рассеченных стержнях (рис.5.32).

Составляем уравнения равновесия левого диска, используя следующие условия равновесия:

— (точка 1 является моментной для усилия в стержне 4-6)

— (точка 6 является моментной для усилия в стержне 1-2)

Для определения усилия составляем уравнение равновесия, используя условие:

, ,

тогда:

Проверяем вычисленные усилия. Для этого составляем уравнение равновесия рассматриваемого диска, используя условие равновесия:

.

Определяем усилие в стойке 1-4 основной фермы. Для этого рассекаем ферму на 2 диска наклонным сечением, рассекающим три стержня, включая стойку 1-4.

Рассматриваем левый диск (рис.5.33) и составляем уравнение равновесия, используя условие:

Определяем усилия в стержнях шпренгеля второй панели заданной фермы (рис.5.34,а), используя метод равновесия узлов. Из равновесия узла 5 следует, что усилие в стойке 5-3 равно силе , т.е стойка 5-3 растянута.

Для определения усилий в стержнях 1-2 и 1-3 шпренгеля вырезаем узел 1, выбираем рациональные направления осей проекций и составляем уравнения равновесия этого узла:

Усилие в стержне 2-3 шпренгеля равно усилию в его стержне 1-3.

Вычисляем усилия в стержнях 1-2 и 1-3 заданной фермы:

Проверим, правильно ли вычислены эти усилия. Для этого рассечем заданную ферму во второй панели так, чтобы были рассечены три стержня (рис.5.30) и рассмотрим равновесие левого диска, загруженного силами, показанными на рис.5.35.

Составим два уравнения равновесия, используя условия:

Таким образом, усилия определены правильно.

Вопросы для самоконтроля полученных знаний.

1. Что называется фермой?

2. Какие усилия появляются в элементах ферм н почему?

3. Почему фермы более экономичны по сравнению с балками?

4. Какие элементы различают в фермах?

5. По каким признакам классифицируют фермы?

6. Какие методы применяют для определения усилий в стержнях ферм?

7. Как применяется способ вырезания узлов для ручного счета? В чем достоинства и недостатки этого способа?

8. Приведите частные случаи равновесия узлов.

9. В каком случае рационально определять усилия способом моментной точки?

10. Как зависят усилия в поясах балочной фермы от ее высоты?

11. Как изменяются усилия в поясах балочной фермы вдоль ее пролета?

12. Когда удобно применять способ проекций? В чем отличие характера работы восходящих и нисходящих раскосов балочной фермы?

13. Как изменяются усилия в раскосах балочной фермы вдоль ее пролета?

14. Приведите примеры использования для расчета ферм балочных усилий.

15. В каких случаях применяется способ замкнутого сечения?

16. Как применяется способ двух сечений?

17. Что такое шпренгельная ферма?

18. С какой целью применяют шпренгели?

19. Чем отличается работа двухъярусных шпренгелей от одноярусных?

20. На какие типы делятся стержни шпренгельных ферм?

21. Каковы особенности определения усилий и построения линий влияния в шпренгельных фермах?

Источник

Советы профессионалов: Рекогносцировка на скатной кровле. Разбираемся, что такое мауэрлат, шпренгель, кобылка и другие элементы.

Элементы стропильной системы

Не только начинающему строителю, но и профессионалу бывает нелегко разобраться в счете на оплату материалов, спецификации или проекте при возведении скатной кровли. Непонятные для обывателя ендова, мауэрлат, кобылка, щипец, и другие незнакомые слова, могут поставить в ступор или посеять сомнения в искренности исполнителя заказа. Чтобы такого не происходило в статье собраны основные специальные понятия и определения.

Основой скатной кровли является стропильная система в виде треугольника. Почему именно треугольник? Это наиболее жесткая и экономичная конструкция для такой задачи.

В качестве материала для системы стропил в частном строительстве используют дерево, брус и доски. Для более серьезных сооружений каркас делается из металла. В первую очередь рассмотрим основные элементы стропильной системы и узнаем для чего они нужны.

Для примера взята вальмовая кровля, т.к. ее конструкция позволяет показать максимум элементов стропильной системы.

Стропило или стропильная нога принимает на себя основную нагрузку кровельного покрытия и снега с ветром. Эта нагрузка идет на мауэрлат, который в свою очередь передает ее на несущие стены. Чем больше нагрузка, чем чаще нужно ставить стропила.

Диагональные стропила (накосные ноги) используются в вальмовых крышах и устанавливаются в количестве 4-х штук. Нижняя часть досок упирается в углы дома, верхние сходятся к торцам конькового прогона.

Коньковый прогон – это вершина стропильной конструкции крыши и основа для конька. Брус делают из бревна широкого сечения или сколачивают вместе две доски толщиной от 50 мм.

Подкос помогает снизить нагрузку со стропил и частично передать ее на затяжку.

Затяжка применяется в висячих стропильных системах и представляет собой балку перекрытия, которая держит стропильные ноги, образуя треугольник.

Шпренгель, шпренгельная ферма или стойка (от нем. sprengen — распирать) устанавливается в нижней части накосного стропила и используется в основном в конструкциях с большими пролетами. Этот элемент служит в качестве усиливающих опор и для уменьшения прогиба диагональных стропил.

Нарожники представляют собой укороченные стропила, которые соединяют диагональные стропила с мауэрлатом.

Мауэрлат принимает на себя основную нагрузку стропильной системы и передает ее на несущие стены. Брус прокладывается на гидроизоляцию и идет по периметру строения. Монтируется к несущем стенам анкерным крепежом.

Ветровая балка защищает стропила от сдвига при сильном ветре и монтируется по диагонали от чердака к низу стропильной ноги. Устанавливается в регионах сильно подверженных ветрам.

Кобылка продолжает стропильную ногу и устанавливается в том случае, когда длины стропила недостаточно для создания карнизного свеса. В случаях, когда кобылка остается видимой она может украшаться резным рисунком.

Стойки используются для передачи нагрузки от конька на несущую стену здания.

Лежень перераспределяет нагрузку на перекрытия от опор. С помощью лежня нагрузка из точечной переходит на более обширную площадь. Устанавливается строго горизонтально. Выполняется из деревянного бруса хвойных пород.

Все эти элементы в совокупности составляют скелет кровли, на который собирается вся кровля в том числе тепло-, паро-, гидроизоляция и кровельное покрытие.

Основные элементы скатной кровли

Поверх стропильной системы укладывается основное покрытие, выполняются узлы примыканий и защита кровельного пирога.

Кровельный скат самая большая и объемная часть кровли, представляет собой плоскость крыши. Именно для по этой плоскости выбирают тип кровельного покрытия, цвет, фактуру.

Конек— это горизонтальная линия, которая образуется в результате пересечения двух скатов. Часто в коньковой части предусматривают проходы для организации вентиляции подкровельного пространства. Само понятие «конек» пошло еще со времен язычества, когда самую высшую точку на избе украшали резной головой коня в качестве оберега. Таким образом, хозяева показывали, что они почитают и уважают богов.

Наклонные ребра идут от карниза и заканчиваются или вершиной. Например, кровля в виде башни из треугольных секторов. Представляют собой внешний угол, который образует соединение двух смежных скатов.

В местах где образуется встречный водному потоку внутренний угол, например, печная труба прямоугольного сечения, устанавливается разжелобок, который разрезает водный поток и отводит в обход трубы. Это одно из самых уязвимых мест на кровельном скате и поэтому нуждается в особом внимании.

Фронтонная стена или фронтон завершает фасадную часть здания и ограничена с двух сторон кровельными скатами и карнизом.

Фронтоны (щипец, торцы) – торцевая часть ската со стороны фронтонов. Фронтоны оформляются фронтонными элементами (фронтонная черепица, фронтонная планка, щипцовый элемент), которые защищают стропила, торцевую доску и фасад здания от воды. Фронтон еще могут называть щипец или просто торец.

От ширины карнизного свеса зависит будут ли попадать дождь или капель со ската на фасад дома, подхватываемые ветром, или нет. Желательно чтобы карнизный свес был 500мм, а для кровель с неорганизованным водостоком не менее 600мм.

На домах с разноуровневыми крышами как правило встречаются места где кровельный скат упирается в фасад. Узел сопряжения кровли с вертикальной стеной называется примыкание. В таких случаях узел выполняют при помощи металлических угловых планок, которые монтируются поверх профилированных жестких материалов (металлочерепица, профлист и т.п.). Если кровля из битумной черепицы, покрытие укладывают с заходом на примыкающую стену и крепят рейкой.

Ендова – это внутренний угол, который образуется пересечением двух скатов. При устройстве ендовы на мягкой кровле, на обрешетку из ОСП сначала укладывают подкладочный ковер, затем по оси фиксируют специальный ендовный ковер. После этого укладываются гонты битумной черепицы.

Лобовая доска— крепится к торцам стропильных ног в карнизной части. Лобовая доска защищает стропильные ноги от намокания, а также к ней крепят кронштейны желоба водосточной системы.

Нижнюю часть карнизного свеса зашивают софитными планками. Софит служит архитектурным элементом и защищает подкровельное пространство от задувания осадков, пыли, листвы, а также попадания насекомых и птиц. Часто в качестве софитов выбирают готовые специальные сайдинг-панели, которые могут быть сплошными или с перфорацией. Софиты с перфорацией обеспечивают приток воздуха для обеспечения вентиляции подкровельного пространства.

Если перед вами стоит задача где купить кровлю и возвести её, то вы всегда можете обратиться к специалистам нашей компании для консультации по кровельным материалам, за расчетом материалов и организации поставки всего кровельного пирога.

Источник