2.2.2. Области применения ферм.

Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий, ангаров, вокзалов и т.п., в пролетных строениях большепролетных мостов, радио и телевизионных башнях и мачтах, опорах воздушных линий электропередач.

Наибольшее распространение здесь имеют разрезные (однопролетные) балочные фермы, как самые простые в изготовлении и монтаже. Неразрезные и консольные системы ферм рациональны при большой собственной массе конструкций. Кроме того, неразрезные фермы можно применять исходя из требований эксплуатации, так как они обладают большей жесткостью и могут иметь меньшую высоту. Эксплуатационные или архитектурные требования могут обусловить применение консольных, арочных, рамных, висячих и вантовых ферм.

Промежуточными между фермой и балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки усиленной либо снизу подвешенной цепью (шпренгельная балка) или сквозной фермой, либо сверху аркой или фермой. Комбинированные системы просты в изготовлении и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижной нагрузкой. Возможность использования в комбинированных системах дешевых прокатных балок благоприятно сказывается на стоимости и трудоемкости изготовления этих систем.

Рис. 17.4. Системы ферм: а, б, в, и – балочные фермы; г – рамные; д – арочные; е – висячие; ж – комбинированные.

В фермах с подвижными крановыми конструкциями и покрытий больших пролетов, где уменьшение веса конструкций дает большой экономический эффект, возможно применение алюминиевых сплавов.

Эффективность ферм и комбинированных систем можно значительно повысить, создав в них предварительное напряжение.

Радио и телебашни, мачты, опоры воздушных линий электропередачи и другие аналогичные конструкции выполняются также в виде стальных ферм.

Башни и мачты представляют собой вертикальные консольные системы пространственных ферм.

2.2.3. Системы ферм.

Геометрическая схема фермы характеризуется очертанием поясов и видом решетки.

По очертанию поясов различают фермы:

1. С параллельными поясами

Наиболее простая по конструктивной форме и изготовлению

2. Трапециевидная

3. Треугольная

Такие фермы применяются при кровле из плоских или волнистых асбестоцементных листов. Недостатками этих ферм является очень большая длина стержней решетки и возможность только шарнирного опирания.

4. Сегментные

Наиболее экономичная по затрате материала (стали), но имеет повышенную трудоемкость, вызванную разными длинами элементов решетки.

4. Компоновка конструкций ферм

2.2.4.1. Очертание ферм.

Компоновку конструкций ферм рассмотрим на примере стропильных ферм, наиболее широко применяемых в промышленном и гражданском строительстве.

При компоновке стропильных ферм решаются такие вопросы: выбор очертания ферм, определение генеральных размеров ферм (пролета и высоты), выбор системы решеток и панелей фермы, обеспечение устойчивости ферм, компоновка связей; устройство строительного подъема; унификация и модулирование геометрических размеров ферм.

Выбор очертания ферм является первым этапом их проектирования.

Очертание стропильной фермы производственного здания зависит от назначения цеха, типа кровли, типа и размера фонаря, от типа соединения ферм с колоннами (шарнирное и жесткое) и т.п. Кроме того, очертание ферм должно соответствовать их статической схеме, а также виду нагрузки, определяющим эпюру изгибающих моментов (например, выступающие консоли рационально проектировать треугольными, с одним скатом, однопролетные фермы с равномерной нагрузкой - полигонального очертания).

Наиболее распространены следующие виды очертания ферм: треугольные, полигональные, трапециевидные и с параллельными поясами.

Треугольное очертание применяют, как правило, при значительном уклоне кровли, вызванном или условиями эксплуатации здания, или типом кровельного материала, а также для выступающих консолей. В других случаях такие фермы не применяются, так как имеют довольно много конструктивных и других недостатков.

Фермы полигонального очертания наиболее приемлемы для конструирования больших пролетов, так как такое очертание фермы соответствует эпюре изгибающих моментов, что дает значительную экономию стали. Дополнительные

конструктивные затруднения из-за переломов пояса в тяжелых фермах не так ощутимы, потому, что пояса в таких фермах из условий транспортирования приходится стыковать в каждом узле.

Рис. 17.5. Фермы с различным очертанием поясов: а – сегментная; б – полигональная; в – трапециевидная; г – с параллельными поясами; д, е, ж – треугольные; и – треугольная (консольная).

Для легких ферм полигональное очертание нерационально, так как получающиеся в этом случае конструктивные усложнения не окупаются экономией стали.

Фермы трапециевидного очертания со слабо вспарушенным верхним поясом пришли на смену треугольным фермам благодаря появлению кровельных материалов, не требующих больших уклонов кровли, а кроме того, такое очертание балочных ферм лучше соответствует эпюре изгибающих моментов и имеет конструктивные преимущества (возможно устройство жестких рамных узлов; решетки не имеют длинных стержней в середине пролета).

Фермы с параллельными поясами имеют существенные конструктивные преимущества: одинаковые длины стержней поясов и решетки, минимальное количество стыков поясов; одинаковая схема узлов, которые обеспечивают комбинированную повторяемость деталей и возможность унификации конструктивных схем, что способствует индустриализации их изготовления. Эти фермы благодаря распространению кровель с рулонным покрытием стали основным типом в покрытиях зданий.