89А Общая характеристика и классификация ферм

Ферму называю систему стержней (обычно прямолинейных), соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию.

Фермы бывают плоскими( все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными. Плоские фермы (рис7,1а) могут воспринимать нагрузку приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространственные фермы (рис7,1б,в,)образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении.

Ферма состоит из элементов: 1 пояса; 2 раскосов; 3 стоек; 4 узловых соединений; 5 подвесок; 6 шпренгелей. Расстояние между узлами пояса наз. панелью (d), расстояние м/д осями( или наружными гранями) поясов - высотой фермы(h_ф), расстояние между опорами – пролетом(l) рис7,2.

Пояса ферм работают в основном на продольные усилия и момент; решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функцию сплошной балки. Соединения элементов в узлах осуществляется путем непосредственного примыкания одних элементов к другим(рис 7,3а)или с помощью узловых фасонок (рис 7,3б).

Фермы классифицируются по следующим признакам: 1 статической схеме; 2 очертанию поясов; 3 системе решетки; 4 способу соединения элементов в узлах, 5 величине усилия в элементах.

По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые (рис 7,4).

В покрытиях зданий, мостах , транспортных галереях и др подобных сооружениях наибольшие применение нашли балочные разрезные системы (рис 7,4а)Они просты в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных опорных узлов, но весьма металлоемки. При больших пролетах (более 40 м) разрезные фермы получатся негабаритными. При числе перекрываемых пролетов два и более применяют неразрезные фермы(рис 7,4б) они экономичнее по металлу и обладают большой жесткостью. Консольные фермы (рис7,4в,е) используют для навесов, башен, опор воздушных линий электропередач. Рамные системы (рис7,4г) экономичны по расходу стали , имеют меньшие габариты, но более сложны при монтаже, их применение рационально для большепролетных зданий. Применение арочных систем (рис7,4д) хотя и дает экономию стали , приводит к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. В вантовых фермах (рис7,4 ж) все стержни работают только на растяжение и могут быть выполнены их гибких элементов , например из стальных тросов. Растяжение всех элементов таких ферм достигается выбором очертания поясов и решетки , а также созданием предварительно напряжения. Вантовые фермы рациональны для большепролетных перекрытий и в мостах. Промежуточными м/д фермой и стальной балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленные снизу шпренгелем или раскосами, либо сверху аркой.(рис7,4и).

В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные(рис7,5). Очертание поясов ферм в значительной мере определяет их экономичность. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой - это сегментная ферма с параболическим поясом(рис.7,5а), такие фермы в настоящее время практически не применяют. Более приемлемыми яв-ся полигональное очертание(рис7,5б)с переломом пояса в каждом узле., такие фермы применяют для перекрытий больших пролетов и в мостах. Фермы трапецеидального очертания (рис7,5в)применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий рамный узел. Фермы с параллельными поясами(рис7,5г) имеют равные длины элементов решетки, одинаковая схема узлов , наибольшая повторяемость деталей. Фермы треугольного очертания(рис 7,5 д,е,ж,и) рациональны для консольных систем.

Системы решетки рис7,6.Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузо, очертания поясов и конструктивных требований. Для обеспечения компактности узлов угол м/д раскосами и поясом желательно иметь в пределах 30..50º.

Треугольная система решетки (рис7,6а) имеет наименьшую суммарную длину эл-тов и наименьшее число узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. Если опорный раскос идет от нижнего узла фермы к верхнему поясу, то его наз. восходящим. При направлении раскоса от опорного узла верхнего пояса к нижнему - нисходящим.в местах (рис7,6б). Эти стойки служат также для уменьшения расчетной длины пояса. Стойки и подвески работают только на местную нагрузку. Недостатком треугольной решетки яв-ся наличие длинных сжатых раскосов. В раскосной системе решетки (рис7,6в.г)все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки – другого..В фермах с параллельными поясами при восходящем раскосе (рис76в) стойки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем (рис7,6 г) – наоборот. Применение раскосной решетки целесообразно при малой высоте ферм и больших узловых нагрузках. Шпренгельную решетку (рис7,6д) применяют при внеузловом приложении сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу, а так же при необходимости уменьшения расчетной длины пояса. Применение крестовой решетки (рис7,6е) целесообразно если нагрузка на ферму может действовать как в одном направлении так и в другом. в этом случае раскосы вследствие большой гибкости выключаются из работы и решетка работает как раскосная с растянутыми раскосами и сжатыми стойками. В фермах с поясами из тавров можно применить перекрестную решетку (рис7,6ж) из одиночных уголков с крепление раскосов непосредственно к стенке тавра(рис7,3а). Ромбическая и полураскосная решетки (рис7,6 и,к) благодаря двум системам раскосов обладает большой жесткостью. Они рациональны при большой высоте ферм и работе конструкций на значительные поперечные силы.

ПО способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые. В конструкциях, изготовленных до 50-х годов, применялись так же клепанные соединения. Основными типами ферм являются сварные. Болтовые соединения, как правило, на высокопрочных болтах применяют в монтажных узлах.

По величине максимальных усилий условно различают легкие фермы с сечение элементов из простых прокатных или гнутых профилей ( при условии в стержнях N≤3000кН) и тяжелые фермы с элементами составного сечения (N≥3000кН). Эффективность ферм может быть повышена при создании в них предварительного напряжения.