Деревянные конструкции. Фермы. Основы расчета и конструирования

Сквозные конструкции — фермы — являются наиболее распространенным видом деревянных несущих конструкций в покрытиях промышленных и производственных сельскохозяйственных зданий.

Современные индустриальные фермы разделяются на два основных вида: фермы, содержащие клееные деревянные элементы (такие фермы часто называют клееными), и фермы, изготовленные без применения клея.

Фермой называют систему стержней, соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию.

Ферма,в строительной механике геометрически неизменяемая стержневая система, у которой все узлы при расчете принимаются шарнирными.

Тогда все стержни фермы испытывают только осевые усилия (растяжение или сжатие). Благодаря этому дерево в фермах используется более рационально, чем в балках, и они экономичнее балок по расходу материала, но более трудоемки в изготовлении, поскольку имеют большое число деталей. С увеличением перекрываемых пролетов и уменьшением нагрузки эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками растет.

Деревянные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, объектах связи, (башни, мачты).

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.

Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении. Каждая грань такого бруса представляет собой плоскую ферму. Примером пространственного бруса может служить башенная конструкция.

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек.

Расстояние между узлами пояса называют панелью (d), расстояние между опорами - пролетом (l), расстояние между осями (или наружными гранями) поясов - высотой фермы (hф).

Пояса ферм работают в основном на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функцию стенки сплошной балки.

Соединения элементов в узлах осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим или с помощью узловых фасонок. Для того чтобы стержни ферм работали в основном на осевые усилия, а влиянием моментов можно было пренебречь, элементы ферм следует центрировать по осям, проходящим через центры тяжести.

Их можно классифицировать по следующим признакам: статической схеме, очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах, величине усилия в элементах.

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

В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные. Очертание поясов ферм в значительной степени определяет их экономичность. Теоретически наиболее экономичной по расходу древесины является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой это будет сегментная ферма с параболическим поясом.

Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузок, очертания поясов и конструктивных требований. Так, во избежание изгиба пояса места приложения сосредоточенных нагрузок следует подкреплять элементами решетки. Для обеспечения компактности узлов угол между раскосами и поясом желательно иметь в пределах 30...50º.

Для снижения трудоемкости изготовления ферма должна быть по возможности простой с наименьшим числом элементов и дополнительных деталей.

• длина пролета L не более 20...24м.

• высота конька крыши h1 > L / 8 х шаг опоры.

• высота опоры h2 ≥ L / 30 х шаг опоры, для тёплых помещений h2 ≥ 400 мм,

• треугольная двускатная ферма самая распространенная и дешевая из всех типов стропильных ферм.

• спектр использования очень широкий- от горожей до больших павильонов.

• длина пролета L не более 12м.

• высота конька крыши h1 ≥ L / 25 шаг стопильной фермы, тёплых помещений h2≥ 400 мм.

• длина пролета L не более 24м.

• высота до середины фермы h1 > L / 9 х шаг стопильной фермы.

• высота опоры h2 > L / 30 х шаг стопильной фермы, для тёплых помещений h2 >400 мм.

• цена примерно на 20% выше, чем двускатная ферма.

• используется при строительстве занообразных форм крыш или для односкатной крыши сооружения.