Одними из самых сложных конструкций при проектировании являются фермы. Они одновременно и легкие, и массивные, и невероятно прочные, и изящные. Чтобы работать с фермами необходимо понимать, как именно действуют возникающие в них усилия, как они воспринимают нагрузку и передают ее.
Фермы
Само слово «ферма» пришло к нам из латинского языка и переводится как прочный. Известно и английское слово «firm», имеющее схожее значение. Для обозначения фермы в английском языке используется слово «truss», которое переводится как собранные вместе элементы.
Фермы представляют собой стержневые системы, они остаются геометрически неизменимыми после замены жестких узлов шарнирными.
В литературе можно найти информацию, что и шпренгельные балки относятся к фермам.
При условии, что отсутствуют внеузловые нагрузки и расцентровка стержней, стержни фермы испытывают только растягивающие и сжимающие усилия.
Фермы получили широкое применение, их используют в:
- промышленных и производственных зданиях, особенно в большепролетных;
- сельскохозяйственных объектах;
- объектах торговли;
- зрительных и концертных залах;
- выставочных объектах;
- спортивных объектах.
Ферма позволяет перекрыть большие пролеты, при этом из-за решетчатой и сквозной структуры ее масса относительно невелика.
История ферм началась в 1820 году, когда архитектор из Америки по фамилии Таун запатентовал первую решетчатую конструкцию. Он создал ферму для того, чтобы заменить ею тяжелые древесные конструкции при строительстве мостов. Спустя 24 года два бостонских инженера запатентовали свою конструкцию, которая называлась ферма Пратта, она состояла из вертикальных и диагональных элементов. Вертикальные стойки работали на сжатие, а диагональные на растяжение. Такая форма могла использоваться и в деревянных, и в металлических, и в железобетонных конструкциях. Она оказалась наиболее эффективной при равномерно распределенной статической вертикальной нагрузке и используется до сих пор.
Раскос – это строительный элемент, который соединяет два узла каркаса или фермы.
Рисунок 1. Разные очертания ферм позволяют подобрать решетку наиболее соответствующую характеру загружения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Очертания и типы решеток ферм
На сегодняшний день многообразие ферм настолько велико, что сложно описать их все. Они классифицируются по материалу, по назначению, по конструктивным особенностям, по величине усилий, по работе в пространстве, по типу и многим другим признакам. Но, пожалуй, самой показательной будет классификация по очертаниям:
- фермы с параллельным поясом имеют размеры от 24 до 120 метров, их высота, как правило, составляет от 1/8 до 1/12 от длины пролета. Ферма с параллельными поясами может быть наклонной;
- рыбчатые фермы имеют сложную форму, их длина составляет от 48 до 100 метров, а высота от 1/7 до 1/8 от длины пролета;
- полигональные фермы, их длина варьируется от 36 до 96 метров, а высота составляет от 1/7 до 1/8 до длины пролета;
- параболические фермы имеют криволинейную форму, их длина варьируется от 36 до 96 метров, а высота составляет от 1/7 до 1/8 длины пролета;
- трапецеидальные или пятиугольные фермы выполняют длиной от 24 до 48 метров, а высота составляет от 1/6 до 1/7 от длины пролета;
- треугольные фермы могут иметь длину от 18 до 36 метров, они могут иметь ломаный нижний пояс, прямой нижний пояс, могут симметричными и несимметричными. Высота такой фермы составляет 1/4-1/6 до длины пролета.
Рисунок 2. Виды решеток фермы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Помимо очертания ферма характеризуется типом решетки, она может быть крестовая (воспринимает только растягивающие усилия), раскосная (применяется для невысоких фермы), полураскосная, ромбическая, треугольная (самая распространенная), шпренгельная.
Опоры ферм также, как и балок могут быть разными - шарнирными или жесткими. По типу опирания фермы могут быть арочными, вантовыми, рамными, балочными. Для составления фермы используют прокатные профили двутаврового сечения, а также уголки, трубы, швеллера и тавры.
При расчетах ферм длины раскосов, поясов и стоек находят через коэффициент приведения длины. Для сжатого верхнего пояса коэффициент равен единице, для стоек раскосов (кроме опорного) 0,8.
Расчет фермы позволяет определить, какие сечения и тип решетки наиболее полно отвечают поставленным перед проектировщикам задачам. В зависимости от типа объекта и его назначения ферма может быть не только несущим элементом, но и исполнять эстетическую функцию.
