Для  студентов архитектурных специальностей

Металлические конструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Фермой называют решетчатую сквозную конструкцию, состоящую из отдельных прямолинейных стержней, соединенных между собой в узлах. Работает ферма на изгиб от внешней вертикальной нагрузки, как правило, приложенной в узлах. Благодаря этому в элементах фермы возникают осевые растягивающие и сжимающие усилия, что обеспечивает возможность наиболее полного использования несущей способности материала, чем в изгибаемых элементах (балках). Целесообразность применения ферм возрастает с увеличением пролета и уменьшением расчетной нагрузки на ферму.

Геометрическая схема фермы определяется очертанием поясов и видом решетки. По очертанию поясов основные типы стропильных ферм бывают с параллельными поясами ( 71,а); трапецеидальные ( 71,6); треугольные ( 71,в) и сегментные ( 71,г).

Наиболее просты в изготовлении и по форме фермы с параллельными поясами и трапецеидальные. Простота изготовления определила возможности их широкого применения в промышленных и гражданских зданиях различного назначения. Благодаря высоким технико-экономическим показателям они успешно применяются при пролетах 18—120 м и имеют сравнительно небольшую строительную высоту по сравнению с фермами других очертаний.

Фермы треугольного очертания имеют наибольшую высоту, поэтому по условиям изготовления и транспортировки их применяют при пролетах не более 36 м. Применение этих ферм в зданиях и сооружениях определяется главным образом использованием мелкоразмерных кровельных материалов (плоских и волнистых асбесто-цементных листов, кровельной стали, черепицы и т. п.) в холодных кровлях, требующих больших уклонов (25— 45 е).

Наиболее экономичными по расходу материала являются сегментные фермы, поэтому эффективность их применения возрастает с увеличением пролета. Однако сегментным фермам подобно треугольным свойственна большая трудоемкость изготовления в связи с большой номенклатурой длин элементов решетки, а также с присущей сегментным фермам кривизной верхнего пояса. Для уменьшения трудоемкости изготовления на практике сегментные фермы заменяются политональными (со спрямленными в пределах основных узлов элементами верхнего пояса)  

Стропильные фермы покрытий могут иметь самые разнообразные очертания, которые отвечают архитектурно-эстетическим и функциональным требованиям проектируемого объекта. В общественных зданиях иногда находят применение рыбчатые ( 71,5) и вспарушен-ные ( 71, и) фермы, а в промышленных зданиях — фермы с параллельными поясами с опиранием на узлы верхнего пояса ( 71, ж) и др.

Оптимальная высота ферм из условия минимальной массы и требуемой жесткости (минимальная масса получается при равенстве масс поясов и решетки) имеет отношения высоты фермы к пролету h/l=1/i—Vs. Однако в этом случае фермы получаются большой высоты; они неудобны в транспортировке и монтаже, кром,е того, завышают объемы здания, поэтому рекомендуемые высоты ферм меньше оптимальных.

Неизменяемость фермы при любой нагрузке достигается устройством решетки, образующей систему треугольников. Расстояние между узлами решетки по верхнему поясу называется панелью фермы 1т, размер которой назначается по ширине стандартных железобетонных плит покрытий 1,5 или 3 м и является кратным модулю 6 м.

Наиболее распространенная решетка — треугольная ( 72,а, б), поскольку общая длина ее зигзага и число узлов при ней меньше, чем в фермах с остальными типами решеток. Рациональный угол наклона решетки к нижнему поясу составляет 45—50°. Недостаток треугольной решетки — значительная длина панелей поясов, особенно при больших пролетах ферм, которая вызывает необходимость внеузловой нагрузки, отрицательно влияющей на эффективность конструкции. Для уменьшения панели в треугольной решетке добавляют стойки, ориентированные из верхнего узла на нижний пояс фермы, и наоборот.

Разновидностью треугольных решеток являются ромбические решетки, обладающие высокой жесткостью и способностью хорошо сопротивляться большим поперечным силам ( 72,в, г). При небольших высотах ферм используют раскосные решетки; их особенность заключается в возможности регулирования знака усилия ( 72,д, е). Рациональный угол наклона раскосной решетки к нижнему поясу составляет 35—45°. Для ферм с параллельными поясами и трапецеидальных целесообразно проектировать решетки с нисходяще-растянутыми рас-. косами, а короткие стойки — со сжатыми ( 72,д). В фермах треугольного и сегментного очертания в раскосных решетках нисходящие элементы сжаты, а восходящие растянуты. Однако с точки зрения компоновки узла проектируют решетку   с нисходящими   раскосами.

Один из основных показателей эффективности покрытий из ферм — масса конструкции, приведенная к квадратному метру перекрываемой площади. Расход металла на стропильную ферму зависит от величины перекрываемого пролета, расчетной нагрузки и

несущей способности материала.

Крестовые решетки ( 72, ж) целесообразно применять в фермах, работающих на знакопеременную нагрузку. Достоинство решетки в том, что раскосы в ней работают только на растяжение. При возникновении сжатия в раскосе ввиду его большой гибкости он выключается из работы.

Безраскосные фермы ( 72, и) находят применение в междуэтажных перекрытиях, когда межферменное пространство используется в качестве эксплуатируемого этажа.

Уменьшение длины панели верхнего пояса может быть достигнуто также введением в основную решетку фермы специальных шпренгелей ( 73,а, б), которые одновременно уменьшают и свободную длину раскосов в плоскости фермы ( 73,а).

При проектировании ферм учитывают наибольший. возможный габарит, который из условия транспортировки по железной дороге не должен превышать 3,8 м по вертикали и 3,2 м по горизонтали. В том случае, когда по условиям несущей способности невозможно выдержать указанный габарит монтажной марки, в среднюю зону фермы вводят сложный шпренгель ( 73, в, г) или расчленяют ферму по высоте (см.  72,в, г). В практике проектирования промышленных зданий применяют унифицированные типовые стальные фермы пролетами 24, 30 и 36 м  ( 74).