7. Сегментні ферми, їх конструкція та розрахунок
В залежності від конструктивних особливостей, пов'язаних з методом виготовлення, ферми підрозділяють на ферми заводського (з клеєних елементів) і будівельних виготовлення (з цілісних елементів)
Найбільшого поширення в будівництві набули ферми заводського виготовлення. До них відносяться металлодеревянние ферми, верхній пояс і стислі стрижні грат яких виконані з клеєної деревини, а нижній пояс і розтягнуті стержні решітки - зі сталі.
Переваги клеєної деревини дозволяють застосовувати в разі необхідності, наприклад, в умовах агресивних середовищ, не тільки сталевий, але й дерев'яний нижній пояс.
Сегментні клеєні ферми компонуються з таким розрахунком, щоб дуга верхнього пояса була з криволінійних елементів однакової довжини. Всі вузли, включаючи вузли верхнього поясу, центрують по осях елементів. Верхній пояс такої ферми може бути розрізним або нерозрізним. Завдяки криволінійні обриси верхнього пояса створюється зворотний вигин по відношенню до осі вигину пояса під дією зовнішнього навантаження, тому ця ферма має мало навантажену решітку, що спрощує конструкцію її елементів і вузлів.
Порядок розрахунку ферм такий же, як і порядок розрахунку плоских несучих дерев'яних конструкцій:
статичний розрахунок;
підбір перерізу елементів ферми;
розрахунок вузлів.
Розрахунком ферм передує збір навантажень. Навантаження, які діють на ферму, складаються з постійних (від власної маси ферми та огороджуючих конструкцій покриття) і тимчасової (найчастіше тільки від снігу).
Статичний розрахунок ферми зводиться до визначення зусиль від зовнішніх навантажень в елементах ферми. Для всіх стрижнів визначається значення поздовжньої сили N, а для верхнього пояса ще й згинальний момент M.
Визначення зусиль в стержнях можна виробляти графічно або аналітично. При цьому в схемах сегментних ферм криволінійні осі панелей верхнього поясу на ділянках між сусідніми вузлами замінюють хордами, стягивающими ці дуги.
Зусилля визначають окремо:
1) для випадку завантаження сніговий рівномірно розподіленим навантаженням на половині прольоту;
2) для випадку завантаження сніговим навантаженням на всьому прольоті;
3) для випадку завантажена постійним навантаженням (власна вага ферми і вага огороджувальних конструкцій покриття) на всьому прольоті ферми.
Доцільно спочатку визначити зусилля від одиничної навантаження, а потім, помноживши на величини фактичних навантажень, отримати справжнє значення зусиль у стержнях.
При обчисленні зусиль в середніх розкосі враховують два випадки: коли розкіс стиснутий і коли розтягнутий.
Розрахункові зусилля в стержнях визначаються при наступних двох комбінаціях навантажень:
1) Рівномірно розподілене постійне навантаження на всьому прольоті, тимчасова (сніг) - на половині прольоту ферми.
2) Рівномірно розподілене постійна і тимчасова навантаження на всьому прольоті ферми.
Підбір перерізів елементів ферми.
Ширина перерізу елементів ферми визначається за граничним значенням гнучкості. Для елементів ферм встановлено такі граничні значення гнучкості (λ пр):
- Для верхнього пояса λ пр = 120;
- Для елементів решітки λ пр = 150;
- Для нижнього поясу зі сталі λ пр = 400.
Після підбору перерізів елементів ферми, виконують перевірку їх міцності.
Вузли верхнього пояса сегментних ферм вирішується за допомогою сталевих накладок - наконечників, з'єднаних з розкосами болтами і прикріплених до болта, що проходить через центр вузла.
Центровий болт розраховують на сприйняття рівнодіючої сили від поздовжніх сил в розкосі.
Розрахунком також визначається кількість болтів у наконечниках і напруга зминання торців верхнього пояса. Проміжні вузли примикання стійок і розкосів до верхнього поясу вирішуються аналогічним чином.
Вузли нижнього поясу металодерев'яних ферм виконуються за допомогою двох фасонок, приварених до поясу. До фасонок болтами кріпляться дерев'яні розкоси.
Болти розраховуються на максимальні зусилля в розкосі.
Вузли ферм з цілісних елементів на лобовому врубками вирішуються і розраховуються за правилами конструювання і розрахунку з'єднань на врубками (на зминання і сколювання).