Определение нагрузок на ферму

После того, как студенты научаться рассчитывать простые стержневые системы, балки, они приступают к изучению ферм и принципов их расчета.

Принцип работы фермы

Принцип работы стержневой системы легко проиллюстрировать на простом примере. Представим себе несколько стержней, которые скреплены между собой шарнирами. Шарнирное соединение допускает поворот вокруг оси, поэтому наша система подвижна, мы легко можем переместить каждый из стержней вокруг шарнира. Система изменяема. Но если из стержней составить треугольник, то система даже с шарнирным креплением элементов будет замкнутой, ее можно будет изменить, только сломав один из элементов. В ферме мы как раз и видим эти неизменяемые треугольники - маленькие и большие, каждый из которых состоит из стержней и шарниров. Такая система плохо работает на излом, т. к. состоит из тонких элементов, но отлично воспринимает сжимающие и растягивающие усилия, которые прикладываются в точках соединения . Для расчетов фермы применяются различные методы:

• метод сквозного сечения (применяется для статически определимых ферм);
• метод вырезания узлов;
• построение диаграммы сил;
• диаграмма Максвелла-Кремоны
• метод конечных элементов;
• метод замены стержней Геннеберга;
• принцип возможных перемещений.

Чаще других применяют метод конечных элементов, метод вырезания узлов и метод сквозного сечения, как самые универсальные. Фермы могут быть выполнены из дерева, железобетона и металла. Железобетонные фермы самые массивные и тяжелые, металлические – самые дорогие, а деревянные – самые легкие и экологичные.

Рисунок 1. Пример расчета фермы, на котором показы узловые нагрузки реакции стержней. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Определение нагрузок на ферму

Рассмотрим, как проводится статический расчет для стропильной фермы. Нашей задачей является определение наиболее невыгодного сочетания нагрузок.

К нагрузкам, действующим на ферму относятся:

• постоянная нагрузка от собственного веса элементов и конструкции покрытия, суда могут быть включены и зенитные фонари, если они установлены на крыше;
• временная нагрузка, которая включает подъемно-транспортное подвесное оборудование, полезную нагрузку, которая действует на чердачное перекрытие;
• кратковременная нагрузка, в том числе снег и ветер.

Нам необходимо оценить грузовую площадь, которая будет воспринимать все воздействия, чтобы определить расчетную нагрузку, действующую на узел фермы.

Чтобы вычислит нагрузку от снега умножим вес снегового покрова на одном квадратном метре покрытия в горизонтальной проекции на расстояние между фермами и на половину суммы длины примыкающих к узлу панелей, далее умножим полученное значение на коэффициент надежности по снеговой нагрузке. Снеговая нагрузка действует кратковременно, она создает нагружение лишь отчасти.

Вертикальные поверхности фермы испытывают ветровую нагрузку, чтобы ее оценить ее также приводят к узловой нагрузке.

Рисунок 2. Пример узловых нагрузок в полигональной ферме. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При расчете фермы задаем условие, что все стержни являются прямолинейными, они все лежат в одной плоскости и стыкуются в одной точке. В этом случае стержни работают на осевые усилия. Дополнительные напряжения, вызванные узловыми моментами, как правило не учитывают из-за малой величины.

Собрав все нагрузки, рассматривают самый неблагоприятный вариант их сочетания и ведут расчет, исходя из него. Также стоит отдельно подчеркнуть, что если объект располагается в зоне сейсмической активности, то этот вид нагрузки также должен учитываться при проектировании.

После сбора нагрузок приступают к следующему этапу - определяют усилия в стержнях и находят подходящее сечение. Прошедшие проверку сечения, оформляют в чертежи серии КМ, в них входят схемы расположения деталей, узлы сопряжения, габаритные размеры, привязка, размеры нагрузки и усилия, дополнительная техническая информация.