2.1.3. Фермы

Ферма – стержневая конструкция, в которой концы стержней соединены в узлах, образуя геометрически неизменяемую систему.

Нагрузку на фермы стремятся прикладывать в узлах. В этом случае стержни ферм воспринимают лишь сжимающие или растягивающие усилия.

Различают стропильные и подстропильные фермы.

Стропильные фермы предназначены для опирания конструкций покрытия.

Подстропильные фермы служат для поддержания промежуточных стропильных ферм, когда их шаг меньше, чем шаг колонн.

Стропильные фермы чаще опираются на несущие стены, железобетонные или стальные колонны.

Фермы бывают двухскатные, сегментные, треугольные, с параллельными поясами. Последние применяют в плоских покрытиях зданий и в качестве подстропильных ферм.

Решетки ферм бывают треугольные (наиболее рациональная) со стойками, шпренгельные (в фермах пролетом 30-60 м).

Генеральные размеры ферм как и балок – длина пролета и высота фермы. Пролет ферм (расстояние между опорами) принимают кратным укрупненному модулю 60М (6 м, то есть 12, 18, 24, 30, 36 м и т.д.).

Стержни, ограничивающие контур фермы вверху и внизу, называют верхними и нижними поясами. Расстояние между центрами тяжести поясов называют высотой.

По длине фермы делят на части (отправочной марки), длина которых позволяет их перевозить в транспорте к месту монтажа.

Вертикальные стержни решетки внутри контура фермы называют стойками, наклонные – раскосами. Расстояние между соседними узлами пояса называют панелью.

В результате воздействия внешней нагрузки, приложенной в узлах фермы, ее элементы (пояса, раскосы, стойки) воспринимают растягивающие и сжимающие усилия. Верхний пояс сжимается, нижний растягивается. Элементы решетки (стойки, раскосы) могут быть сжаты и растянуты, в зависимости от характера приложения нагрузки.

При этом усилия сжатия создают опасность потери устойчивости фермы. Потеря устойчивости верхнего пояса фермы (как плоской фигуры) может происходить в двух плоскостях: в плоскости фермы и из плоскости фермы.

В первом случае прогиб происходит между узлами фермы, то есть по длине панели, во втором - между точками пояса, закрепленными от смещения в горизонтальном направлении связями. Очевидно, что устойчивость пояса из плоскости фермы будет обеспечена на участке, значительно меньшем длины пояса (в промежутке между связями).

Деформации пояса в горизонтальном направлении из плоскости фермы препятствуют специальные конструкции, называемые “связями”, которые устанавливают при монтаже. Они объединяют элементы каркаса в единую пространственную систему, обеспечивая ее геометрическую неизменяемость. Роль горизонтальных связей по верхним поясам ферм выполняют металлические “распорки” или железобетонные плиты покрытий. Кроме того, для создания пространственной жесткости по верхнему и нижнему поясам ферм устанавливают горизонтальные связевые фермы, а также вертикальные связевые фермы между основными фермами.

Помимо связей, установленных по покрытию, также устанавливают группу связей между колоннами. Они предназначены для обеспечения пространственной жесткости здания, облегчения монтажа колонн и восприятия ветровых нагрузок.

Помимо ферм, несущие функции в покрытиях зданий могут выполнять арки и рамы (рамы выполняют одновременно и функции отдельных опор).

Рамы – плоские стержневые системы, в которых геометрическая неизменяемость, обеспечивается жесткими соединениями в узлах. Рамы бывают сплошные и сборные (сквозные).

Арки бывают треугольного, сегментного очертания, с затяжкой и без.