Фермы могут перекрывать пролеты длиной до 120 метров. Чтобы преодолеть такое расстояние и сохранить прочность и несущую способность конструкция должна иметь развитое сечение, которое характерно для тяжелых ферм.
Тяжелые фермы
Вопросы создания надежных конструкций перекрытия всегда волновали строителей. Если стены могли быть толстыми и прочными, что обеспечивало их долгий срок службы, то толстое перекрытие могло обрушиться на головы зодчих еще в процессе возведения. То, каким должно быть расстояние между стенами (колоннами), и какой толщины должна быть балка перекрытия, сначала устанавливалось экспериментальным путем. Но по тем произведениям архитектуры, которые дошли до наших дней, мы видим, что эти эксперименты были весьма смелыми и успешными, наши предки экспериментировали с куполами и сводами, с балками и пролетами, с длинами и сечениями. Но лишь такая конструкция как ферма позволила наконец перешагнуть этот многовековой сдерживающий барьер и начать проектировать большепролетные здания.
Фермы делятся на две большие группы. К легким фермам относятся небольшие конструкции, как правило имеющие пролет до 36–42 метров, они составляются из одиночных уголков, тавров или двутавров.
Тяжелые фермы имеют более развитое сечение, что позволяет использовать их при больших пролетах и нагрузках. Развитое сечение подразумевает то, что оно сформировано не одним, а несколькими элементами, к примеру:
- сечение из двух прокатных двутавров;
- сечение из двух прокатных швеллеров;
- сечение из четырех уголков.
Две оси симметрии сечения позволяют упростить стык в узле и не создают дополнительный момент при разных центрах тяжести сечений.
Крутильная жесткость – это характеристика сечения, которая представляет собой отношение крутящего момента, умноженного на длину, к модулю упругости при сдвиге, умноженному на полярный момент инерции.
Рисунок 1. Процесс монтажа тяжелой фермы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Особенности конструирования тяжелых ферм
Рассмотрим подробнее типы сечений и особенности их конструирования:
- в н-образном сечении стержень составляется из трех элементов, два вертикальных листа связывают между собой горизонтальным листом. Такие сечения симметричны, имеют удобные плоскости для крепления. Такие сечения могут использовать как для раскоса, так и для пояса. Преимуществом сечения является малая трудоемкость и удобство дальнейшего монтажа;
- в швеллерном сечении стержень составляется из двух швеллеров, ориентированных полками друг на друга. Швеллер может изготавливаться как прокатным, так и составным. С помощью приварки дополнительных листов сечение в смежных стержнях можно изменить. Сформированные швеллерами сечения устойчивы в плоскости х и у, их применяют для элементов, работающих на сжатие. Недостатком подобной конструкции является трудоемкость при соединении двух ветвей накладками;
- в коробчатом сечении стержень состоит из двух элементов (двутавров или швеллеров), которые соединены не в центре, а сверху с помощью листа. Такое сечение можно встретить в поясах тяжелых мостовых ферм. Помимо соединения листом сверху могут применяться дополнительно перфорированные листы или решетка снизу;
- в одностенчатом двутавровом сечении мы наблюдаем широкополочный двутавр, поставленный вертикально;
- в коробчатом замкнутом сечении форма образована при сваривании четырех листов или гнутыми элементами. Такое сечение имеет наибольшую крутильную жесткость и повышенную изгибную жесткость.
Стержни тяжелых ферм могут иметь как сплошное, так и сквозное сечение. В том случае, когда высота сечения больше одной десятой – одной пятнадцатой от его длины, возникают моменты от жесткости узлов, которые необходимо учитывать.
При расчете фермы в начале задают тип сечения и определяют места изменения сечения. Для сварных стержней н-образного профиля как правило изменяют высоту вертикальных листов. Для швеллерных сечений добавляют вертикальные листы.
Проверяют сечения сжатых стержней тяжелых ферм так же, как и у центрально-сжатых колонн при заданной ширине сечения.
Раскосы в тяжелых фермах делают, как правило, н-образными. Практика показывает, что наиболее выгодными являются сечения швеллерные, они лучше работают на продольный изгиб.
Удобство крепления стержней ферм также обеспечивается при постоянной ширине всех элементов, обычно она находится в диапазоне от 400 до 500 мм.
