Конструктивная схема ригеля-фермы оказывает определенное влияние на величину усилий в элементах каркаса, которое исследуется на трех наиболее распространенных конструктивных схемах: безраскосной ферме с параллельными поясами без подкосов в крайних панелях, ферме с параллельными поясами и подкосами в крайних панелях (рамно-подкосной фермы) и безраскосной ферме с криволинейным верхним поясом. Последняя ферма имеет надстройку для опирания настила перекрытия (рис. 29). Это средние ярусы трехъярусных двухпролетных рам. Все они были рассчитаны на единичную равномерно распределенную нагрузку 1 тс на пог. м пояса фермы. В первых двух схемах нагрузка передается непосредственно на пояса фермы, в третьей схеме — через надстройку. При этом криволинейный пояс загружают сосредоточенными грузами.
Жесткость элементов во всех трех конструктивных схемах принята одинаковой, отношение жесткости колонн к жесткости поясов фермы во всех случаях принято 10: 1.
Сравнение полученных результатов произведено по шести расчетным сечениям: двум в верхнем поясе фермы (1 и 3), двум в нижнем поясе (2 и 4) и двум сечениям колонн (а и б). Эти сечения показаны на рис. 26.
Величины усилий приведены в табл. 28 и 29. Из этих таблиц следует:
1) наименьшие моменты в поясах возникают в раме с ригелями-фермами, имеющими подкосы в крайних панелях (в рассматриваемом примере их величина в 3 – 5 раз меньше, чем в безраскосных фермах);
2) в ригелях-фермах, имеющих арочный верхний пояс, моменты в поясах немного больше, чем в ригелях-фермах с подкосами в крайних панелях (в сечениях 1, 2 и 3 на 3 – 7%), но значительно больше сжимающие продольные силы (примерно в 2 раза);
3) наименьшие моменты в колоннах возникают также в раме с ригелями-фермами, имеющими подкосы в крайних панелях, однако разница в моментах здесь не столь существенна, как в поясах фермы (в рассматриваемом примере она меньше на 10%);
4) моменты в колоннах рамы с ригелями-фермами, имеющими арочный верхний пояс, несколько меньше моментов в колоннах рам с безраскосными фермами (на 2%);
5) продольные силы в колоннах всех трех конструктивных схем рам практически одинаковы (разница до 1%).
Таким образом, конструктивная схема рамы существенно влияет на величину усилий в ее элементах. С точки зрения расхода материалов наиболее выгодной является рама с ригелями-фермами, имеющими параллельные пояса и подкосы в крайних панелях, что объясняется наличием подкосов и равномерно распределенной нагрузкой на верхний пояс. В раме с ригелями-фермами, имеющими арочный верхний пояс, усилия несколько больше, это объясняется сосредоточенными нагрузками на верхний пояс от верхней надстройки.
Наибольшие усилия, как и следовало ожидать, в раме с ригелями — безраскосными фермами, но последние позволяют лучше использовать межферменное пространство.
В качестве ригелей-ферм можно рекомендовать два типа: ферму безраскосную с параллельными поясами, обеспечивающую максимум свободного пространства, и ферму с параллельными поясами и подкосами в крайних панелях (рамно-подкосная), для которой требуется наименьший расход материалов.
В результате исследования были предложены конструкции каркасов многоэтажных промышленных зданий в зависимости от использования межферменного этажа:
– при использовании межферменного этажа для обслуживающих помещений: каркасы с ригелями — безраскосными фермами;
– при использовании межферменного этажа только для прокладки коммуникаций: каркасы с ригелями-фермами с параллельными поясами и подкосами в крайних панелях.