Проектування ферми
1.1Область застосування та системи ферм що використовуються в будівництві
Стальні ферми широко використовуються в накриттях промислових споруд,ангарів,вокзалів і т.д.Багато пролітні мости, радіовежі,опори ліній передач і багато інших конструкцій виконуються у виді стальної ферми.
Ферми в порівнянні з суцільними балками економічніші по затраті металу,їм легко придаюсь любі обраси, що вимагають умови технології, роботи під навантаженням чи архітектури, вони відносно прості у виготовленні.
Ферми використовують при самих різних видах нагрузки, в залежності від призначення їм надають різну конструктивну форму- від легких стержневих конструкцій, до тяжких ферм,стержні яких можуть компонуватися з деяких елементів великих профілів або листів.
а- балочна; б-нарізна; в,е-консольна; г- арочна; д- рамна; ж- комбіновані
Рисунок 1.1- Системи ферм.
Найбільше розповсюдження мають розрізні балочні ферми (рис.1.1,а), як смі прості у виготовленні і монтажі. Нарізні(рис.1.1,б) і консольні(рис.1.1,в) системи ферм раціональні при великій масі конструкції, так як в даному випадку вони можуть дати значну економію металу. Крім того нерозрізні ферми мож використовувати виходячи з вимог експлуатації , так як вони володіють великою жорсткістю і можуть мати меншу висоту.
Башні і мечети представляють собою вертикальні консольні системи ферм (рис.1.1, е).Вдповідні експлуатаційні чи архітектурні вимоги можуть обумовити використання арочних(рис.1.1, г) чи рамних(рис.1.1, д) ферм.
Проміжними між фермою і сполошною балкою являються комбіновані системи, які складаюстся з балки, чи ферми(рис.1.1 ж) [1].
Компоновка конструкції ферм
Вибір статичної схеми і обриси ферми - перший етап проектування конструкцій, що залежить від призначення та архітектурно - конструктивного рішення споруди і проводиться на підставі порівняння можливих варіантів.
У покриттях будівель, мостах, транспортних галереях та інших спорудах знайшли застосування балочні розрізні системи. Вони прості у виготовленні і монтажі, не вимагають пристрою складних вузлів, але вельми металлоемки. При прольотах балок 40м розрізні ферми виходять негабаритними, і їх збирають при монтажі.
Для двох і більше перекривальних прольотів застосовують нерозрізні ферми. Вони економічніше по витраті металу і володіють більшою жорсткістю, що дозволяє зменшити їх висоту. Застосування нерозрізних ферм при слабких грунтах не рекомендується, так як при осаді опор виникають додаткові зусилля. Крім того, нерозрізність ускладнює монтаж.
Рамні ферми економічніше по витраті стали, мають менші габарити, але більш складні в монтажі. Їх раціонально застосовувати для великопрольотних споруд. Арочні системи, дають економію стали, але призводять до збільшення об'єму приміщення і поверхні огороджувальних конструкцій. Застосування їх диктується архітектурними вимогами. Консольні ферми використовують для навісів, веж, опор ЛЕП.
1.2.1 Обрис ферми
Обриси ферм повинні відповідати їх статичній схемі і виду навантажень, що визначають епюру згинальних моментів. Для ферм покриттів необхідно враховувати матеріал покрівлі та потрібний ухил для забезпечення водовідводу, тип вузла сполучення з колонами (жорсткий або шарнірний) та інші технологічні вимоги.
Обриси поясів ферм визначає їх економічність. Найбільш економічною по витраті стали є ферма, окреслена по епюрі моментів. Для однопрогоновою балочної системи з рівномірно розподіленим навантаженням буде сегментна ферма з параболічним поясом (рис.1.2, а). Однак криволінійні пояса дуже трудомісткі у виготовленні, тому такі ферми застосовують вкрай рідко. Більш застосовуваними є полігональні ферми (рис.1.2, б). У важких великопрольотних фермах додаткові конструктивні труднощі з - за перелому поясів у вузлах не так відчутні, тому що з умови транспортування пояса в таких фермах доводиться стикувати в кожному вузлі.
Для легких ферм полігональне обрис нераціонально, оскільки ускладнення вузлів не окупається економією сталі.
а-трикутні ферми; б-шедові покриття; в- односкатні ферми; г- трапецої дальні ферми;д- полігональні ферми; є- ферми з паралельними поясами
Рисунок 1.2- Обриси поясів ферм
1.2.2 Ферми трапецоїдального та полігонального обрису
Ферми полігональні та трапецоїдальні (рис.1.2,г,д) хоча не зовсім відповідають епюрі моментів, мають конструктивні переваги, за рахунок спрощення вузлів. Крім того, застосування таких ферм в покритті дозволяє влаштувати жорсткий рамний вузол, що підвищує жорсткість будівлі.
Ферми з паралельними поясами
Ферми з паралельними(рис.1.2,є) поясами за своїм обрисом далекі від епюри моментів і неекономічні по витраті стали. Однак рівні довжини елементів решітки, однакова схема вузлів, повторюваність елементів і деталей, можливість їх уніфікації сприяють індустріалізації їх виготовлення. Тому ферми з паралельними поясами стали основними для покриття виробничих будівель.
1.2.3 Ферми трикутного обрису
Ферми трикутного обрису(рис.1.2,а) раціональні для консольних систем і для балочих при зосередженому навантаженні в середині прольоту. Недоліком цих ферм є підвищена витрата металу при розподіленому навантаженні; гострий опорний вузол складний і допускає лише шарнірне сполучення з колонами, Середні розкоси дуже довгі і їх доводиться підбирати по граничною гнучкості, що веде до перевитрати металу. Однак іноді їх використовують для кроквяних конструкцій, коли необхідно забезпечити великий ухил покрівлі (понад 20%) або для створення одностороннього рівномірного освітлення (шедові покриття) [2].