Плоские сквозные балочные конструкции. Общая характеристика и классификация. Основные принципы проектирования ферм

ЛЕКЦИЯ 3

ПЛОСКИЕ СКВОЗНЫЕ БАЛОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Содержание: Общая характеристика и классификация ферм. Основные принципы проектирования ферм. Особенности расчета деревянных ферм.

1. ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКАИКЛАССИФИКАЦИЯФЕРМ

Фермы - это плоские сквозные балочные конструкции, состоящие из поясов и соединяющих их элементов решетки.

Деревянные фермы являются основными несущими конструкциями покрытий зданий различного назначения, имеющих малые и средние пролеты до 36 м.

По производственному признаку различают фермы заводского изготовления, выполняемые механизированным способом, и фермы построечного изготовления, выполняемые непосредственно на месте возведения с применением средств малой механизации.

По виду основного материала фермы делятся на:

-  цельнодеревянные фермы, в которых из стали выполняются лишь детали и неосновные элементы. Недостаток этих ферм – ограниченность сортамента пиломатериала;

-  метало–деревянные  фермы, в которых растянутые элементы выполняются из стали, а сжатые – из древесины.

Статическая работа ферм в значительной мере зависит от их очертания, влияющего на распределение и величину усилий в элементах конструкции.

По очертанию фермы могут быть: с параллельными поясами, треугольные, пятиугольные или трапециевидные, сегментные, многоугольные, серповидные и линзовидные.

Опыт проектирования показал, что предпочтительнее фермы, у которых верхние пояса имеют очертания, близкие к параболическому, соответствующему кривой давления в арке при равномерно распределенной нагрузке. К таким фермам относятся сегментные и близкие к ним по очертанию многоугольные фермы. В этих фермах усилия в соседних панелях верхнего и  нижнего поясов  при  полном  загружении  мало  отличаются  друг  от

Треугольные                 Трапецивидные                   Сегментные                 Серповидные

друга, а элементы решетки являются слабо нагруженными, что значительно упрощает решение узлов сопряжения.

В треугольных фермах усилия в поясах резко уменьшаются от опоры к середине пролета, а усилия в решетке наоборот возрастают. В фермах с параллельными поясами картина распределения усилий обратная. Такое распределение усилий в элементах конструкции приводит к недогруженности многих ее элементов и в особенности верхних и нижних поясов.

Трапециевидные фермы по распределению усилий занимают промежуточное место между треугольными фермами и фермами с параллельными поясами.

Выбор той или иной схемы сквозных ферм для покрытий зданий различного назначения должен быть обоснован прежде всего технико-экономическими показателями, которые устанавливаются как по затратам материалов, так и по количеству отходов, которые составляют для различных типов ферм от 5 до 40% от общего расхода материалов. Большое значение имеет также трудоемкость изготовления несущих конструкций. Кроме указанного, при выборе схемы фермы необходим учет условий эксплуатации и затрат на остальные части покрытия (прогоны, настилы), а также связи. Учет вспомогательных конструкций необходим для выбора оптимального шага ферм и очертания верхнего пояса, выбора расстояния между прогонами, так как затраты материалов на них больше, чем на основные конструкции.

Основным достоинством ферм является рациональное использование древесины и металла. В элементах решетки и поясов возникают, главным образом, продольные усилия, несущая способность материалов используется в полной мере. В связи с этим фермы по расходу материала более экономичны, чем арки и рамы.

Транспортировка ферм также не вызывает особых затруднений, так как эти конструкции сборно-разборные. И в этом отношении фермы экономичнее, чем распорные конструкции.

В качестве основного недостатка ферм можно отметить относительно высокую трудоемкость изготовления и сборки в связи с большим количеством узлов и элементов.

Кроме того, в качестве недостатка следует отметить меньшую, чем у арок и рам, степень огнестойкости и устойчивости к воздействию химически агрессивных сред.

2. ОСНОВНЫЕПРИНЦИПЫПРОЕКТИРОВАНИЯФЕРМ

Верхние и нижние пояса цельнодеревянных ферм могут изготавливаться из круглого лесоматериала, из бруса, досок или клееного пакета. Выбор материала зависит от типа конструкции и наличия производства по изготовлению клееных элементов. Ширина сечения верхнего пояса из цельной древесины принимается в соответствии с сортаментом пиломатериала, для клееных блоков она обычно не превышает 170 мм. Высота сечения устанавливается расчетом. Влажность цельной древесины допускается до 25 %, вместе с тем для клеенной древесины влажность пиломатериала не должна превышать 12%.

Нижние пояса металлодеревянных ферм выполняются из прокатного металла (спаренных уголков) или круглой стали.