15. Стальные фермы. Классификация. Основы проектирования ферм.

Ферма — система, образованная из соединенных в узлах прямолинейных стержней, остающаяся неизменяемой геометрически после замены узлов с жестких на шарнирные. Фермовая конструкция работает на изгиб, как и балка.

Классификация ферм:

○ Характер очертания внешнего контура (полигональные пояса, ломанные пояса, треугольные пояса, параллельные пояса).

○ Тип решетки (треугольная, ромбическая, раскосная, полураскосная).

○ Тип опирания (балочный, консольный, арочный, балочно-консольный).

○ Назначение (мостовые, башенные, крановые, подстропильные, стропильные).

○ Исполнение (металлические, деревянные, железобетонные, из полимеров).

Область применения металлических ферм

В виде стальных ферм выполняются конструкции опор линий электропередачи, мачт, радиобашен, большепролетных мостов. Широкое применение фермовые конструкции получили в покрытии гражданских, промышленных зданий, вокзалов, ангаров, складов и др. Фермам легко придать любые очертания, обусловленные требованиями технологий, архитектурой, работой под нагрузкой, а их изготовление относительно простое.

В зависимости от назначения ферма может иметь конструктивную форму от легких прутковых конструкций до тяжелых ферм, скомпонованных из крупных профилей или листов.

Мачты, башни – вертикальные консольные системы. Применение арочных (или рамочных) ферм может быть обусловлено архитектурными или эксплуатационными требованиями к сооружению.

Комбинированные системы – нечто среднее между сплошной балкой и фермой, состоящие из балки, усиленной подвешенной цепью или сквозной фермой либо аркой или фермой сверху, что уменьшает изгибание балки. Использование комбинированных систем рационально в тяжелых конструкциях или конструкциях, имеющих подвижную нагрузку.

Принцип действия, принцип расчета ферм

Если взять несколько стержней, скрепить их произвольно, то получится «изменяемая» конструкция, которая сложится при любом воздействии. Если же составить из стержней обычный треугольник, то он образует неизменяемую конструкцию, которая будет устойчива к давлению. Сложится такая конструкция, только если сломается один из стержней или его оторвут от остальных стержней. Конструкция фермы состоит из таких треугольников – больших и маленьких. Нагрузку к ферме следует прикладывать в точках соединения стержней, т.к. стержни работают лучше на растяжение-сжатие, нежели на излом.

Способов расчета ферм существует огромное количество. Расчет вырезанием узлов – один из самых простых (применим для расчета простых плоских ферм). Для расчета фермы все силы, действующие на нее, сводят к узлам. Затем высчитывает реакцию опор фермы. После этого берут любой узел, в котором встречаются два стержня и приложены какие-то силы, мысленно отсекая остальную часть конструкции, получают узел, в котором встречаются несколько известных и две неизвестные силы и, составив уравнение равенства сил по любым двум осям, находят неизвестные усилия в стержнях. Далее вырезают следующий узел и, используя известные уже усилия, находят усилия во всех стержнях