Ферма представляет собой стержневую конструкцию, она легкая, но при этом обладает достаточной прочностью и жесткостью, чтобы перекрывать большие пролеты, вплоть до 120 метров, без промежуточных опор.
Типы сечений стержней ферм
Ферма собирается из прокатных профилей, которые скрепляются между собой, образуя геометрически неизменяемую систему.
Чтобы упростить процесс расчета, изготовления и монтажа принимают не более 5-6 типов профилей в одной ферме. Также одним из конструктивных требования является применение труб и гнуто-замкнутых сечений толщиной более 3 мм и уголков толщиной более 4 мм. Чтобы избежать брака при транспортировке избегают использовать сечения более 50 мм.
Производственные возможности позволяют выпускать прокатные профили длиной до 12 метров. Если ферма перекрывает пролет до 24 метров и состоит из двух отправочных марок, то ее пояс принимают как пояс имеющий постоянное сечение.
Одним из способов снижения стоимости фермы является применение стали повышенной прочности для наиболее нагруженных элементов и обычной стали для наименее нагруженных.
Для фермы используют следующие типы профилей:
- тавры и двутавры;
- уголки;
- трубы.
Для легких и тяжелых ферм применяют разные типы сечений. Тяжелые стальные фермы характеризуются более развитыми и мощными сечениями, они состоят из нескольких элементов из-за большой расчетной длины и значительных усилий. Для соединения элементов как правило используют фасонки в двух плоскостях.
Фасонка – это небольшой металлический лист, который используется для скрепления металлических конструкций в узлах.
Рисунок 1. Пример сечений стержней в тяжелых фермах. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Для легких ферм применяют трубчатые сечения, они обладают самым рациональным при сжатии распределением материала, что позволяет получить наименьшую гибкость относительно других профилей равной площади.
Рисунок 2. Пример сечений стержней в легких фермах. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При подборе сечений требуемую площадь находят из условия устойчивости. Местная устойчивость сжатых элементов считается обеспеченной, если толщина полок и стенки больше, чем этого требует условие устойчивости.
В качестве предельного состояния для растянутых элементов рассматривается разрыв или развитие чрезмерных пластических деформаций, при котором достигается предел текучести. Если нормативное сопротивление менее 44 килоньютонов на квадратный сантиметр, то такая сталь имеет развитую площадку текучести, и проверка проводится исходя из условия развития пластических деформаций.
Требуемую площадь элемента определяют разделив усилие на расчетное сопротивление стали, умноженное на коэффициент. По сортаменту находим подходящий профиль.
Сечения элементов фермы при действии продольной силы и изгиба
Также элементы фермы могут испытывать внецентренное растяжение, которое приводит к развитию пластических деформаций в том сечении, которое является наиболее нагруженным. Внецентренно сжатые элементы могут потерять устойчивость, поэтому их несущая способность проверяется исходя из этого условия. Подбор сечений выполняется методом последовательных приближений.
Часть стержней легких ферм испытывают незначительные усилия, что приводит к незначительным напряжениям. Их сечения можно подобрать исходя из условия предельной гибкости.
К таким стержням относятся:
- дополнительная стойка, выполненная в треугольной решетке;
- элемент связи;
- раскос в средней панели ферм.
После того как все сечения найдены и проверены составляют список и сводят большое количество типоразмеров к 5-6 основным типам. Основные преимущества ферм заключают в значительной длине при небольшом весе, долгом сроке эксплуатации при большой нагрузке, исключении прогибов, устойчивости к внешним воздействиям, способности выдерживать как динамические, так и статические воздействия.
К недостаткам ферм можно отнести сложность изготовления и расчетов и необходимость проведения мероприятий по содержанию и ремонту, которая в общем-то свойственна всем металлическим конструкциям.
Применение ферм началось всего 150 лет назад, но сегодня они являются одними из самых распространенных большепролетных конструкций, которые позволяют создавать гибкое внутренне пространство, рационально используя материал.
