Как да се изчисли натоварването за покривни ферми в складове?

Типове натоварвания на покрива, които влияят върху проектирането на складови ферми

Монтажът на покривни ферми за складове трябва да издържа на три основни категории натоварвания. Точно изчисляване на тези сили е задължително за структурната цялостност и съответствието с нормативите.

Постоянно натоварване: Тегло на покривната конструкция, обрешетки и постоянни прикачени елементи

Постоянната натовареност се отнася до постоянните надолу насочени наляганя, идващи от самата сграда. Помислете за неща като материали за покривни настилки, изолационни слоеве, напречни греди по цялата дължина на покрива, както и всички елементи, които се монтират постоянно, например изпускателни вентилации или инсталации на прозорци в покрива. Когато става дума конкретно за складови сгради, хоризонталните напречни греди, които предават теглото на покрива към фермите, обикновено съставляват около 3 до 5 паунда на квадратен фут. Стоманената настилка добавя още 2 до 4 psf към това. Не забравяйте и за уредите! Само системите за пожарогасене допринасят приблизително с 1 до 2 psf. Пропускането им може да доведе до сериозни грешки при изчисленията на напрежението в долния пояс, понякога с грешка до 15%. Затова точната оценка на постоянната натовареност е толкова важна за структурната цялостност.

Временно натоварване: Складови рафтове, климатични системи и персонал за поддръжка

Временното натоварване включва временни или преместващи се тегла. Специфични за складовите помещения аспекти включват:

• Рафтове за съхранение : Системите с висока плътност оказват концентрирани натоварвания от 20–50 psf в точките на фермите
• Единици за климатизация : Установките на покрива добавят 10–30 psf; разположението им силно влияе на разпределението на натоварването и проекта на връзките
• Персонал за поддръжка : OSHA изисква проекти, които да поемат концентрирано временно натоварване от 250 lb по време на ремонти

Въпреки че ASCE 7-22 задължава минимално равномерно временно натоварване от 20 psf за покриви, складовете със складиране или механично оборудване на покрива често значително надвишават този минимум — и трябва да се проектират съответно.

Окръжни натоварвания: Натрупване на сняг, вятърно издигане и сеизмични аспекти според ASCE 7

Зависимите от климата опасности изискват сериозен, специфичен за мястото анализ:

• Снежни натоварвания варират регионално (напр. 30 psf в Мичиган срещу 5 psf в Тексас). Навяването до парапети може да увеличи локалните натоварвания до 300%, според Глава 7 на ASCE 7.
• Вятърно вдигане силите могат да обърнат напреженията в фермите — превръщайки компресионните елементи във вече опънни — което изисква здрави връзки за опън. Складовете с отворен план имат с 25% по-висок риск от откъсване в зони, застрашени от урагани.
• Сейсмични натоварвания , регулирани от ASCE 7 Раздел 12.4, определят конфигурациите на упорите и работата на системите за устойчивост срещу странични сили в активни зони на разломи.

Проучване от 2023 г. в индустрията установи, че 68% от повредите на складови ферми са възникнали поради грешки при изчисляването на околните натоварвания — което подчертава защо обобщените допускания са недостатъчни.

Фактори, специфични за складовете, които променят товароподемността на покривните ферми

Големи светли разстояния и последиците от разположението на фермите за деформацията и огъването

Фермите за покриви в складовете често се използват за големите открити пространства, където няма нужда от вътрешни колони. Проблемът възниква, когато тези дълги отвори създават по-големи огъващи сили в поясите на фермата. Според основната теория за греди, тези сили всъщност нарастват пропорционално на квадрата на дължината на отвора. Когато говорим за наистина широки отвори, например над 80 фута, проектиращите обикновено повече се притесняват от това колко ще се провисне конструкцията, а не само дали тя ще издържи натоварването. Затова при по-дълги отвори се увеличава височината на фермата или се използват различни материали. Разполагането на фермите по-близо една до друга, например на всеки 4 фута вместо на всеки 8 фута, помага да се намали дължината на отворите между напречните греди и разпределя товара от елементи като оборудване или хора, които се движат. Това прави цялата система по-устойчива към деформации под натиск. Повечето строителни норми ограничават огъването до около L/240 при временни натоварвания, предимно защото никой не иска тавани да се пукат или производствени процеси да бъдат нарушени поради структурни проблеми в бъдеще.

Натоварвания с висока плътност и тяхното влияние върху опънa на долния пояс

Когато говорим за системи за палетно складиране с висока плътност, те създават тези концентрирани точкови натоварвания, които минават директно през профилите и достигат до точките на фермата. Това оказва голямо опънo напрежение върху долните пояси, особено в средната част на отвора. Структурни модели показват, че всяка допълнителна 1000 паунда на квадратен фут складиран товар може да повиши напрежението в долния пояс с между 15% и 20%. Натоварванията от околната среда са разпределени върху по-големи площи, докато силите от стелажите създават рязко изразени пикове на напрежение в определени точки. Това означава, че инженерите трябва да усилват точките на свързване, да използват по-тежки сечения на поясовете или да преосмислят начина, по който натоварванията се предават през конструкцията. Запазването на непрекъснатост на пътя на натоварване без прекъсвания остава от решаващо значение, ако искаме да се предотвратят ситуации, при които единичен отказ води до пълен колапс на системата.

Поетапен процес за изчисление на натоварвания за покривни ферми при складови приложения

Събиране на критични входни данни: размери на доковете, класификация на употребата и изисквания на местните правила

При стартиране на процеса е важно да се съберат данни, специфични за самия склад. Измерете параметри като размерите на боксовете, включително широчината, дължината между колоните и посоката на наклона на покрива. Определете също как точно ще се използва помещението – дали ще съдържа много стока, плътно подредена, или в него ще се осъществява лека производствена дейност. Важни са и климатичните условия. Натоварването от сняг може да варира до 40%, в зависимост от местоположението на сградата в рамките на страната, според стандарти като ASCE 7-22. Местните власти често допълнително коригират тези правила, затова проверката на конкретните изисквания е от решаващо значение. Вземете земетресните зони като друг пример. Сградите в Зона 4 изискват около 30% по-голяма устойчивост към странични натоварвания в сравнение с тези в зона 1. Правилното определяне на всички тези стойности оформя основата за всичко останало в процеса на проектиране и гарантира спазването на местните разпоредби.

Прилагане на комбинации от натоварвания по ASCE 7 за покривни ферми на склад

При проектирането на конструкции инженерите трябва да отчитат няколко различни вида натоварвания, действащи заедно. Постоянните натоварвания обикновено са около 12 паунда на квадратен фут за елементи като метални подове. Временните натоварвания варират между 20 и 25 psf в зависимост от това какво се съхранява на мястото. Снежните натоварвания могат да достигнат до 50 psf в районите около големите езера. И не трябва да се забравят и силите от вятъра, които вдигат конструкцията. Всички тези фактори се комбинират според насоките в ASCE 7-22. Някои комбинации имат по-голямо значение от други. Например 1,2D + 1,6L + 0,5S. Тази конкретна комбинация определя колко голямо огъващо напрежение възниква в долния пояс на складови помещения с тежко съдържание. Дори и при използването на софтуер като Revit, който извършва повечето пресмятания автоматично, този конкретен случай все още изисква проверка по традиционния начин – с молив и хартия. Софтуерът определено ускорява процеса, без съмнение. Но нищо не може да замени реалния инженерен опит, когато се анализират формите на фермите, начина, по който връзките работят под натоварване, или дали пътевете на натоварване са логични от структурна гледна точка.

Проверка срещу коефициенти на безопасност и отраслови стандарти (AISC, NDS)

Винаги правете двойна проверка на проектните резултати спрямо коефициентите на безопасност по AISC, които обикновено варират между 1,5 и 2,0 за изчисленията на якост при овърдаване. Когато работите с дървени елементи, не забравяйте да вземете предвид спецификациите по NDS за допустимите напрежения. Стоманените ферми също изискват специално внимание. Устойчивостта срещу избухване трябва да бъде поне с 25% по-висока от изчислената от нас за осеви натоварвания и огъващи моменти според най-новите насоки AISC 360-23. И преди да започне рязането на метал, осигурете проведени прегледи от трета страна. Колегиалната валидация чрез удостоверени изчисления не е само хартиена работа – тя е абсолютно необходимо предпазно средство срещу скъпи грешки по време на реалното производство.

Гарантиране на съответствие и структурна цялостност за проекти на покривни ферми за складове

Спазването на структурните стандарти не е по избор, когато става въпрос за фермени системи в складове. Инженерите трябва да проверяват дали всичко – от мъртви натоварвания до временни натоварвания и околната среда – отговаря както на насоките на IBC, така и на изискванията на ASCE 7. За складове, съхраняващи тежки стоки, проверката на опъна в долния пояс става наистина важна. Става дума не само за осигуряване на устойчивост при нормални условия, но и за предотвратяване на повреди по време на непредвидени моменти, когато силите рязко се променят. По време на производството и монтажа на тези конструкции са необходими редовни проверки, за да се потвърди, че заварките са достатъчно здрави, че защитните покрития срещу корозия са правилно нанесени и че материалите за огнеустойчивост отговарят на стандарти ASTM. След завършване на строителството, следенето на състоянието на фермите изисква проверки на всеки около две години, за да се търсят признаци за образуване на напречни пукнатини, започваща корозия на метала или просто износване на материалите с течение на времето. Всички изчисления, резултати от изпитвания на материали и доклади от независими лаборатории трябва да бъдат запазени на сигурно място, за да могат по-късно да бъдат използвани за проверка на спазването на изискванията. И нека да си кажем направо – дългосрочният успех зависи в голяма степен от наблюдението на това, което се случва след монтажа. Обърнете особено внимание на количеството сняг, което се натрупва на покривите, и на това колко добре конструкцията устоява на вятъра при сурови климатични условия. Повярвайте или не, нещо толкова малко като разлика от един градус Целзий в температурата може всъщност да повлияе на огъването и огъвливостта на фермите с около половин процент.

Често задавани въпроси

Какви са основните видове натоварвания, които влияят върху проектирането на ферми за склад?

Основните видове натоварвания, които влияят върху проектирането на ферми за склад, включват постоянни натоварвания, временни натоварвания и околните натоварвания, като натрупване на сняг, вятър и сеизмични условия.

Защо е важно да се изчислява постоянно натоварване при проектирането на ферми за склад?

Изчисляването на постоянно натоварване е от решаващо значение, тъй като то включва постоянни надолни натискове от покривната конструкция, керемиди и постоянни уредби, които директно повлияват върху структурната цялостност на склада.

Как могат околните натоварвания да варира регионално?

Околните натоварвания, като натоварванията от сняг, могат значително да се различават в зависимост от региона (например 30 psf в Мичиган спрямо 5 psf в Тексас) и трябва да се анализират въз основа на климатичните условия на конкретното място.

Каква роля играят временни натоварвания при проектирането на покривни ферми за склад?

Динамичните натоварвания включват временни или преместващи се тегла, като стелажи за съхранение, климатични уреди и персонал за поддръжка, и са от решаващо значение за осигуряване на способността на фермите да поемат допълнителни, динамични натоварвания.

Защо е важно спазването на стандарти като ASCE 7?

Спазването на стандарти като ASCE 7 е от съществено значение за гарантиране на структурната цялост и безопасност, тъй като тези стандарти предоставят насоки за изчисляване на натоварванията и проектни спецификации, адаптирани към околната среда и конкретните условия на сградата.