Плоские и пространственные фермы
Самым удачным инженерным решением для перекрытия больших пролетов является ферма.
Ферма представляет собой геометрически неизменяемую конструкцию. Ее узлы – это места соединения стержней. В зависимости от расположения стержней в пространстве ферма бывает:
- плоской. У такой фермы все стержни расположены в одной плоскости, она может воспринимать нагрузку, также приложенную в этой плоскости;
- пространственной. Такая ферма состоит из стержней, расположенных в двух и более плоскостях, таким образом формируется пространственный брус, способный воспринимать нагрузки, которые действуют в любом направлении. Каждая грань такого бруса - плоская ферма.
Примером пространственной фермы является башенный кран, сформированный четырьмя плоскими фермами.
Чтобы соединить элементы фермы используют угловые фасонки и непосредственное примыкание. При монтаже важно обеспечить центрирование элементов по осям, которые походят через центры тяжести.
В зависимости от статической схемы фермы делят на разрезные, консольные, неразрезные, арочные, рамные и вантовые. Балочные используют для покрытия объектов капитального строительства и при конструировании мостов. Если перекрываются два и более пролета, то применяют неразрезные фермы, они более жесткие, за счет этого уменьшается высота сечения. Арочные фермы как правило применяют исходя из требований эстетики, нежели из функционала, они экономичнее рамных, но занимают большой объем.
Панель – это расстояние между двумя узлами фермы.
Рисунок 1. Пример расчета стержня фермы, состоящего из двух уголков. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Подбор сечений стержней фермы
Перед началом подбора сечения ферм необходимо собрать всю нагрузку, действующую на этот несущий элемент, суммируют постоянную, временную и кратковременную нагрузку. Для того, чтобы определить грузовую площадь для каждого стержня, строят схему. Если ферма имеет наклонный пояс, то нужно учесть то, как будет распределяться постоянная нагрузка. Расчетная нагрузка определяется как сумма собственной массы фермы и массы кровли, разделенная на косинус угла наклона пояса, умноженная на расстояние между фермам и разделенная на половину суммы между примыкающими к узлу панелями. В конце расчета необходимо учесть коэффициент надежности по нагрузке.
Чтобы учесть узловую нагрузку от снега необходимо умножить массу покрова на расстояние между фермам и на половину суммы примыкающих панелей.
Подбор сечений стержней трудоемкая задача, поэтому как правило ее выполняют с помощью компьютера и расчетных комплексов, позволяющих оценить статические и динамические нагрузки.
Рассмотрим алгоритм расчета сжатого или растянутого стержня:
- определим требуемую площадь сечения, для этого воспользуемся условием устойчивости, разделим продольную силу N на произведение расчетного сопротивления стали и коэффициента условий работы на коэффициент продольного изгиба;
- зададим гибкость пояса в пределах 60-90 и решетки в пределах 10-120;
- подбираем профиль уголка, тавра или трубы по сортаменту, ориентируясь на площадь и геометрические характеристики;
- для выбранного профиля находим гибкости относительно оси х и у;
- выполняем проверку на устойчивость;
- проводим корректировку, если принятое значение оказалось неверным. К примеру, при перенапряжении увеличивают сечение, при недонапряжении его уменьшают.
Рисунок 2. Примеры узлов ферм из парных уголков. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Местная устойчивость элементов, испытывающих сжимающие усилия, априори обеспечена, поскольку для прокатных профилей толщина полок и стенок выше требуемой по условиям устойчивости.
Выбирая профиль, руководствуются тем, что наиболее рациональное сечение имеет одинаковую гибкость в обеих плоскостях. Если ферма состоит из уголков, имеющих одинаковые расчетные длины в полкости и из плоскости, то выбирают неравнополочные уголки, и монтируют их большими полками вместе, чтобы гибкость в двух направлениях была одинаковой.
Если расчетные длины существенно отличаются, то рациональнее ставить вместе малые полки неравнополочных уголков. Для решетки как правило применяют равнополочные уголки. Для поясов используют неравнополочные уголки, обеспечивающие жесткость из плоскости фермы
Фермами можно перекрыть пролет до 120 метров, это гигантские объекты, которые требуют тщательных и кропотливых расчетов.
