Назначению схемы усиления конструкций, в частности металлических стропильных ферм, должна предшествовать проверка несущей способности существующей (не усиленной) фермы. С этой целью, прежде всего, требуется произвести ее статический расчет и расчет на устойчивость с учетом действительной расчетной схемы.

Выбор схемы усиления сжатых стержней стропильных металлических ферм определяется в общем случае видом предельного состояния их (по прочности, устойчивости или деформациям), условием загружения, соотношениями и величинами жесткостей. Теоретическим обоснованием выбора рациональной схемы усиления ферм с позиции устойчивости и максимального повышения критической нагрузки служит то, что различные сжатые элементы не одинаково эффективно участвуют в обеспечении общей устойчивости ее. Поэтому прежде чем решить, какую схему усиления наиболее выгодно выбрать, нужно выявить те части и элементы конструкции, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение устойчивости всей фермы в целом, а значит и на повышение несущей способности фермы, определяемое критической нагрузкой.

Существуют несколько методов определения слабых частей и элементов ферм[1].Использование схемы деформаций фермы при потере устойчивости – наиболее простой и наглядный способ определения слабых частей конструкции.

На первом этапе выполняется расчет фермы на общую устойчивость с применением ПЭВМ[2], и определяются углы поворота узлов в критическом состоянии. По полученным значениям углов поворота строится и выводится на экран монитора схема деформаций, по которой легко определить наиболее слабые части(элементы) фермы.

На рис.1. изображена ферма покрытия одного из промышленных зданий Пензенской области и ее схема деформаций в критическом состоянии по устойчивости, полученная при и помощи ПЭВМ[2].

Рис. 1.

В таблице приведены характеристики стержней данной фермы.

Таблица 1.

Очевидно, что наиболее слабыми с точки зрения устойчивости являются сжатые стержни средних панелей фермы(элементы верхнего пояса и сжатые раскосы) и их усиление приведет к наибольшему увеличению критической нагрузки.

Рис. 2.

В результате исследования несущей способности фермы с точки зрения потери устойчивости при нескольких способах усиления (рис.2) при помощи ПЭВМ получены следующие результаты:

1 способ (рис.2, б). Увеличение жесткости элементов верхнего пояса дает довольно значительное увеличение P_кр. Так при увеличении жесткости стержней 5-6 и 6-7 в двое параметр критической нагрузки возрос на 17.97 %. На рис. 3 представлен график изменения параметра в зависимости от жесткости элементов и схема деформаций в критическом состоянии.

Рис. 3.

2 способ (рис.2, в). Установка дополнительных шпренгелей увеличила P_кр на 69.17 %. Схема деформаций при потере устойчивости усиленной фермы представлена на рис.4

Рис. 4.

3 способ (рис. 2, г). Увеличение же жесткости стоек приводит к незначительному увеличению критической нагрузки. Так, при увеличении жесткости вдвое P_кр увеличился всего на 1.16 %.