13. Легкие фермы
Фермой называют решетчатую сквозную конструкцию, состоящую из отдельных прямолинейных стержней, соединенных между собой в узлах. Элементы фермы работают на растяжение или на сжатие. Фермы, по сравнению со сплошными балками, экономичны по затрате металла, им легко придают любое очертание и форму, но по трудоемкости изготовления фермы менее технологичны. Целесообразность применения ферм возрастает с увеличением пролета и уменьшением нагрузки на ферму.
Легкими фермами называются фермы, стержни которых выполняются из мелкосортного проката (уголков, швеллеров малых номеров, труб).
Все фермы можно классифицировать:
По пространственной компоновке:
плоские – все стержни лежат в одной плоскости;
пространственные.
По очертанию поясов (рис. 49):
треугольные;
с параллельными поясами;
трапецеидальные;
сегментные;
полигональные.
Рис. 49. Очертания поясов ферм:
а – сегментное; б – полигональное; в – трапецеидальное; г – с параллельными поясами; д, е, ж, и – треугольное
По системе решетки (рис. 50):
раскосные;
треугольные;
полураскосные;
составные (шпренгельные);
крестовые;
перекрестные;
ромбические.
4. По статической схеме:
балочные;
арочные;
рамные;
вантовые.
5. По способу соединения элементов в узлах:
сварные;
болтовые.
6. По величине максимальных усилий:
легкие – с сечением элементов из простых прокатных или гнутых профилей при усилиях в стержнях N<3000 кН;
тяжелые – с элементами составного сечения при усилии в стержнях N>3000 кН.
г)
д)
е)
ж)
Рис. 50. Системы решеток ферм:
а – треугольная; б – треугольная со стойками; в – раскосная; г – крестовая; д – перекрестная; е – ромбическая; ж – полураскосная
Наиболее распространены фермы треугольные, трапециидальные и с параллельными поясами.
Фермы треугольного очертания (рис. 49) применяют при значительном уклоне кровли, они рациональны для консольных систем, а также для балочных систем при сосредоточенной нагрузке в середине пролета. Они имеют наибольшую высоту, их применяют при пролетах не более 36 м. При этом они обладают следующими недостатками:
сложен острый опорный узел;
шарнирное сопряжение фермы с колоннами;
длинные стержни решетки в середине.
Фермы трапецеидального очертания (рис. 49, в) лучше соответствуют эпюре изгибающих моментов и не имеют недостатков ферм треугольного очертания.
Фермы с параллельными поясами (рис. 49, г) являются основным типом ферм в покрытиях промышленных зданий. Равные длины стержней поясов и решетки, одинаковая схема узлов и минимальное количество стыков поясов обеспечивают в таких фермах наибольшую повторяемость деталей.
Расстояние между узлами решетки по верхнему поясу называется панелью фермы. Величина панели назначается по ширине стандартных железобетонных плит покрытий 1,5 м и 3 м. Наиболее распространенная решетка - треугольная. Она имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. Если опорный раскос идет от нижнего опорного узла фермы к верхнему поясу, то его называют восходящим. При направлении раскоса от опорного узла верхнего пояса к нижнему – нисходящим. Для уменьшения длины панели добавляют стойки. При больших давлениях прогонов и значительных пролетах ферм с целью уменьшения размеров панелей с сохранением нормального угла наклона раскосов применяют шпренгельную решетку. Она более трудоемка, но в результате исключения работы пояса на изгиб и уменьшения его расчетной длины может обеспечить снижение расхода стали.
К классу легких конструкций может быть отнесена разработанная типовая конструкция стропильных ферм пролетами 18-36 м с применением широкополочных тавров и решеткой из парных уголков. Эти фермы по сравнению с типовыми фермами из парных уголков легче на 10-12 %, обладают меньшей на 15-20 % трудоемкостью и на 10-15 % стоимостью.
Фермы из гнутых и гнутосварных профилей пролетами 12 и 18 м экономичнее аналогов из горячекатанных профилей на 15 %, а по трудоемкости – 10-12 %.
Разработаны фермы с перекрестной решеткой из одиночных уголков с креплением их электродуговой и точечной сваркой. Они при практически одинаковой массе с типовыми фермами экономичнее по трудоемкости на 25-30 %, по стоимости – на 6-7 %.