Что объединяет обе фермы в одну конструкцию
Что объединяет обе фермы в одну конструкцию
Мостовая ферма по расчетной схеме с точки зрения строительной механики представляет собой сквозную стержневую систему, работающую на основную нагрузку, которая остается геометрически неизменной, с объединением в узлах шарнирами.
Уникальность конструкции мостовой фермы заключается в ее способности не меняться под воздействием внешних факторов. Нагрузка на систему – внушительная, но ферма представляет собой конструкцию, состоящую из множества объединенных треугольников, которая обладает большой жесткостью по сравнению с другими.
Треугольники формируют опорную конструкцию конструкции фермы, но основание ферменного моста состоит из двух или более прямых горизонтальных балок, называемых «хордами». Более мелкие балки, называемые «паутинами», соединяют большие балки под диагональными углами, создавая вид треугольников, соединенных вместе в огромной мозаике.
В строительной металлоконструкции используется жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Это обусловлено разницей жесткостей элементов и узлов конструкции, поэтому в расчетной схеме используется шарнир.
Классификация мостовых ферм:
1. По характеру очертания: с параллельными поясами, с полигональным очертанием верхнего пояса, треугольным очертанием, сегментным, трапецеидальным.
2. По типу решетки: треугольные, раскосные, полураскосные, ромбические.
3. По типу конструкции:
4. По уровню проезда:с ездой понизу, по верху и по середине.
5. По типу опирания: балочная, двухопорная, многоопорная, арочная, вантовая, рамная, комбинированная.
6. По материалу:
Все типы ферм предназначены для определенных видов нагрузок и эксплуатации. При проектировании мостов часто используют – трапециевидную мостовую ферму с треугольной решеткой и арочную с раскоской решеткой.
Преимущества мостовых ферм:
Недостатки мостовых ферм:
Более 150 лет фермы находятся на службе у инженеров и строителей, не теряя своей актуальности.
В статье используются материалы из следующих источников:
Что объединяет обе фермы в одну конструкцию
Для производства разнообразных строительных конструкций широко применяются металлические фермы. Эти кострукции представляют собой систему стержней, соединяющихся между собой в узлах путем сварки либо с применением болтов. Создание фермы для мостов требует сложных технических расчетов со строгим соблюдением законов строительной механики.
Что собой представляют мостовые фермы
Мостовая ферма является системой на стержнях сквозного типа. Принимает на себя основные нагрузки в конструкции любого моста. Геометрически такая система всегда является неизменной под воздействием факторов типа извне. Объединение в узлах строится с обязательным использованием нужного типа шарниров.
Главная особенность конструкции таится в том, что она в состоянии сопротивляться внушительным нагрузкам. Ферма состоит из необходимого числа треугольников. Они и обеспечивают феноменальную жёсткость, если производить сравнение с аналогичными вариантами решения этой технической проблемы. Нагрузка распределяется так, потому что стержни полностью проявляют свои качества не на излом, а на растяжение и сжатие.
Какие бывают разновидности ферм в системе мостов
Фермы из металла классифицируют по разнообразным признакам:
Все разновидности таких конструкций, как фермы, предназначены исключительно для строго определенных видов эксплуатационных нагрузок. Поэтому проектировщики чаще всего останавливают свой выбор на трапециевидной ферме для моста с решеткой варианта исполнения треугольник и арочную форму с решеткой разновидности раскоска.
Ферма предназначена для надежного и качественного перекрытия пролетов большой протяженности. Такая конструктивная хитрость помогает сделать расход материалов минимальным. Финансовые затраты заметно снижаются, сама конструкция снижает нагрузку на опоры из-за того, что относится к облегченному техническому решению.
Достоинства мостовых ферм
Фермы для обустройства мостовых конструкций демонстрируют ряд преимуществ:
Недостатки мостовых ферм
Мостовые фермы имеют и ряд существенных недостатков:
Элементы конструкции фермы мостового типа
Ферма мостового типа состоит из следующих элементов конструкции:
Варианты соединений
Мосты относятся к сооружениям, чей срок эксплуатации часто превышает столетие. Поэтому большое значение для обеспечения прочности всей конструкции имеет именно тип примененного соединения.
Хорошим вариантом соединения является, когда каркас из металла усилен заклепками. Еще совсем недавно именно оно было наиболее часто применяемым, если металлоконструкция не была изготовлена из дерева. Однако, начиная с 1930-х гг. прошлого века его начала активно вытеснять разнообразная сварка. Также хорошо себя зарекомендовали и крепление на качественных болтах с высокими показателями прочности, надежно защищённых от коррозийных процессов.
Любой из вариантов эффективно выдерживает титанические нагрузки на уровне до сотен килоньютонов.
Специалисты предварительно рассчитывают, какое число сварочных швов болтов или заклепок требуется сделать для обеспечения требований к уровню безопасности будущего моста. Также планируется и то, какой порядок расположения будет оптимально целесообразным. Если в качестве метизов выбраны болты или заклепки, то усилия будут передаваться стержнями, которые монтируются в отверстия выбранных элементов. Головки успешно препятствуют размыканию и потере соединением надежности.
Строительные металлические фермы особенности конструкций
Строительная ферма — это металлическая структура, состоящая из отдельных наклонных раскосов или вертикальных стоек, которые соединены между собой в отдельные узлы, расположенные на нижнем и верхнем поясе фермы с помощью сварных соединений, их совокупности образуют жесткую конструкцию. Связанные стойки равномерно распределяют нагрузку по всей конструкции фермы, которая передает ее через опорные колоны на фундамент. При этом верхний пояс работает на осевое сжатие, а нижний на растяжение.
Виды и разновидности
Соединенные между собой раскосы образуют треугольник, который считается самой прочной геометрической фигурой. Поэтому практически любая конструктивная схема фермы, независимо от ее вида, состоит из набора определенного количества не изменяющихся геометрических фигур в виде треугольников.
Элементы ферм
Фермы состоят из следующих элементов:
Узловые соединения могут быть:
Разновидности изделий
Стальная ферма, по сравнению с цельными балками, имеет более легкий вес, на ее изготовление уходит меньше металла, при этом она отличается высокой несущей способностью. А по своей конструкции и распределению вертикальных нагрузок фермы делятся на два вида:
Структурные устройства намного сложнее при сборке, но благодаря своей конструкции, способны нести как вертикальную, так и боковую нагрузку. При этом для них не требуется монтировать дополнительных прогонов для связи с другими металлоконструкциями, поэтому их часто используют для одного цельного перекрытия больших и довольно широких пролетов с минимальным количеством опорных колонн.
Конструкционные особенности
Любые металлические устройства, независимо от их конструкции, контура и формы, имеют свои особенности и определенные параметры. Но все же по способу установки, кроме классической, когда структурное устройство опирается на опоры двумя концами, иногда встречаются конструктивные сооружения, у которых один край получается висячим, то есть без опоры. Обычно они монтируются для перекрытий зданий, у которых скат крыши выносится далеко за пределы наружных стен.
Контуры и формы ферм
В зависимости от конструкции, фермы могут быть прямой, одно или двухскатной формы. По контуру различаются на несколько видов:
Виды решеток
Существуют следующие виды решеток:
Существуют также специальные крестовые, шпренгельные и другие решетки.
Зависимость конструкции от угла наклона
Важным параметром конструкции ферм является их угол наклона, и в зависимости от него конструкции делятся на 3 группы:
Преимущества строительных ферм
Практически все строительные фермы имеют немалые преимущества перед цельнометаллическими балками, среди которых основными являются:
Изготовление конструкций
Как правило, конструкции ферм, изготавливаемых из металла, подбираются в зависимости от проектируемого угла наклона их верхнего пояса, ширины перекрываемого пролета и назначения. Если принимать во внимание перекрытия промышленных зданий, мостовых и эстакадных пролетов, где они чаще всего используются, то для этого изготавливаются фермы строительные со стандартной длиной 12, 18, и 24 м/п.
Общие требования
Для более тяжелых и ответственных конструкций (мостов и путепроводов) применяются двутавровые балки и швеллера. Все гидротехнические сооружения собираются из элементов круглого сечения или профильных труб.
Чаще всего для сборки стандартных строительных ферм используется усиленный прокатный уголок. При этом для изготовления всех ее элементов применяется спаренный уголок, заготовки которого соединяются между собой с помощью сварки специальными, вставленными между ними металлическими пластинами (рыбками). Уголки спариваются таким образом, чтобы их поперечное сечение напоминало тавровое сечение.
Правда, в последнее время металлические конструкции этой конфигурации стали пользоваться меньшим спросом из-за трудоемкости сборки, сварки и покраски. Альтернативой таким сооружениям все больше становятся стальные профильные или круглые трубы.
Правильный расчет
Необходимо понимать, что сделать качественный расчет несущего устройства можно только при наличии специальных знаний с учетом требований СНиП и многих других многочисленных факторов. Для того чтобы грамотно сделать расчет, проектировщики используют специальные программы.
Рассчитывая проект инженерного устройства, обязательно все полученные значения должны наноситься в проектный чертеж, без которого сборка конструкции будет практически невозможной.
Изначально перед составлением чертежного проекта подготавливается схема фермы с указанием основной зависимости уклона верхнего пояса и общей длиной будущего изделия. Также следует принимать во внимание и такие факторы, как:
Как только основные параметры будут рассчитаны, следует определиться со схемой конструкции. Лучше всего для этого воспользоваться специальными программами, которые можно свободно найти в интернете. Например, можно воспользоваться программой «Расчет ферм».
Сборка конструкции
Все элементы ферм для перекрытия длинных пролетов изготавливаются и подгоняются в заводских условиях, там же производится и часть сборки конструкции. Полный ее монтаж выполняется непосредственно на строительной площадке строго по детализированным чертежам, которые идут в комплекте с изделием. На чертеже обозначены отдельные маркировки всех деталей конструкции и предоставлена инструкция, поясняющая весь процесс сборки.
Обычно на заготовках изделия имеются специальные монтажные отверстия, с помощью которых можно собрать и временно закрепить без использования струбцин и специальных крепежных хомутов все детали конструкции при подготовке ее к сварочным работам.
Если таких отверстий нет, временная фиксация заготовок производится при помощи струбцин и короткими сварными швами.
Большинство деталей устройств из металла сваривается электросваркой или соединяется с помощью болтовых соединений. Степень надежности таких соединений зависит от усилия, с которым затягивались болты. Обычно такая работа производится двумя монтажниками, которые затягивают гайки с помощью ключей с удлиненными рукоятками или пневматическими гайковертами.
Полное соединение элементов конструкции ферм электросваркой производятся в случаях, когда требуется получить максимально прочное соединение. Особо важные крепления деталей могут производиться с помощью толстых стальных заклепок.
Монтаж собранных конструкций производиться при помощи крана, а тяжелые конструктивные структуры могут устанавливаться двумя кранами. После монтажа полностью собранной конструкции на колонны, она приваривается к закладной пластине, жестко зафиксированной на оголовнике колонны.
Мостовые фермы
Мостовые фермы
По схемам расчета все мостовые фермы – классические стержневые структуры, внутри которых распределяется нагрузка. Их особенность – неизменность геометрической структуры, узлы которой держатся на соединениях шарнирного типа. Уникальность любой мостовой сферы заключается именно в ее прочностных характеристиках, позволяющих конструкции сохранять свою целостность в любых эксплуатационных условиях. Нагрузки она испытывает предельно высокие. По этой причине конструктивно ферма – множество объединенных друг с другом треугольников. Такая форма позволяет добиться максимальной жесткости и прочности итоговой конструкции. Вся нагрузка, с учетом особенностей конструкции, направлена строго в места сочленений, что обусловлено высокой прочностью шарнирных сочленений на сжатие и меньшей – на излом. Этот же принцип позволяет мостовым фермам выдерживать существенные ветровые нагрузки без деформаций и разрушения конструкций.
Принципы классификации ферм
Каждый тип ферм проектируется и разрабатывается под определенные эксплуатационные условия и нагрузки. В частности, для мостов традиционной считается трапециевидная форма с решетчатой структурой треугольного типа. Не менее распространен арочный вариант в сочетании с решеткой раскосного типа.
Основная идея использования и проектирования мостовых ферм – перекрытие больших межопорных пролетов с минимальным расходом материалов. При грамотном проектировании фермы позволяют существенно удешевить, упростить и ускорить процесс строительства, не жертвуя при этом сроком эксплуатации и прочностью готового изделия. Все грамотно спроектированные мостовые фермы обладают следующим комплексом преимуществ:
Есть у ферм и свои недостатки:
Фермы находятся на службе у строителей и проектировщиков более полутора веков, и за это время они своей актуальности не утратили. Более того, создание новых типов бетона, металлических сплавов, а также разработка новых типов ферменных конструкций, позволяет снова активно использовать их в строительной и проектной деятельности. Но и старые проектные решения активно используются и по сей день. К примеру, пешеходный мост около ТЦ «Вегас» построен с использованием неразрезной металлической фермы.
Конструкция ферма что это
Ферма (значения) — Ферма: Ферма конструкция, основные элементы которой работают на растяжение сжатие Ферма сельскохозяйственное предприятие, принадлежащее фермеру Ферма животноводческое сельскохозяйственное предприятие Ферма в США обиходное… … Википедия
ФЕРМА — плоская конструкция, состоящая из соединенных между собой отдельных стержней или дисков, перекрывающая отверстие между опорами и передающая на последние воспринимаемую ею нагрузку. Арочная ферма Изготовляется из металла, дерева или железобетона.… … Технический железнодорожный словарь
Ферма — – плоская стержневая несущая конструкция. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Ферма – несущая стержневая конструкция, как правило… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Ферма стропильная — (от франц.) – строительная несущая конструкция для покрытия, как правило, больших пролетов, представляет собой плоскую конструкцию из стержневых элементов, соединяемых в шарнирных и/или жестких узлах, состоящая из элементов верхнего сжатого … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Ферма безраскосная — – Ферма безраскосная[ФЕРМА РАМНАЯ] – стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ФЕРМА БЕЗРАСКОСНАЯ — [ФЕРМА РАМНАЯ] стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой (Болгарский язык; Български) виренделова греда; рамкова ферма (Чешский язык; Čeština) rámový… … Строительный словарь
ферма (в строительной механике) — ферма Стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой, если в ней все жесткие узлы заменены шарнирными. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 82. Строительная механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 … Справочник технического переводчика
ферма безраскосная — Стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительная механика,… … Справочник технического переводчика
ФЕРМА — (от латинского firmus прочный) (строительное), стержневая несущая конструкция, у которой соединения стержней в узлах при расчете принимаются шарнирными. Металлические, железобетонные, деревянные и комбинированные фермы применяют в покрытиях… … Современная энциклопедия
Ферма (технич.) — Ферма (франц. ferme, от лат. firmus √ крепкий, прочный), несущая конструкция, состоящая из прямолинейных стержней, узловые соединения которых при расчёте условно принимаются шарнирными. Ф. применяют главным образом в строительстве (покрытия… … Большая советская энциклопедия
Самое распространенное значение слова «ферма» – сельскохозяйственное предприятие, предназначенное для животноводства. Но сейчас речь не о месте ведения подсобного хозяйства. Здесь собрана вся информация о вероятно древнейшей строительной конструкции, которая до сих пор актуальна в современной жизни. Она имеет широкое применение в строительстве, особенно в конструировании мостов и спортивных сооружений.
Ферма – это система, состоящая из стержней, которая остается геометрически неизменной при смене ее жестких узлов шарнирными. К ней также относятся и шпренгельные балки, которые представлены комбинацией из двух- или трехпролетной неразрезанной балки и подпружной тяги.
Где используется?
Как уже упоминалось, ферма в строительстве является незаменимым элементом. С ее помощью строители облегчают конструкцию сооружения и уменьшают расход необходимых материалов. Без использования фермы не обходится строительство мостов, стадионов, ангаров, а также декоративных сооружений, таких как павильоны, сцены, подиумы и т.д.
При проектировке корпуса корабля, самолета, тепловоза расчет прочности происходит таким же способом, как и расчет нагрузки на ферму.
Классификация
Ферма – это конструкция, состоящая из стержней, которые связаны между собой в узлах и образуют статически неизменную систему. Классификация ферм может быть проведена по множеству свойств.
По грузоподъемности конструкции
По общим признакам
По пространственному признаку
По типу
Особенности конструкции
Классификация фермы по особенности конструкции достаточно обширна. Далее каждая из особенностей будет рассмотрена более детально.
Типы сечения
Поперечное сечение в строительной ферме выполнено из прокатных профилей. Оно может быть в виде:
Типы пояса
Очертания пояса могут быть представлены в виде:
Типы решетки
Существуют шесть типовых вариантов решетки:
Типы опоры
Существуют 5 видов опорных конструкций. Для того чтобы выбрать опорный узел, нужно знать схему расчёта. От нее зависит, будет ли опорный узел шарнирным или жестким. Виды опор:
Принцип действия
Уникальность этой конструкции заключается в ее «неизменности» под воздействием внешних факторов. Нагрузка на эту систему бывает достаточно большая. Ферма представляет собой множество объединённых в одну конструкцию треугольников. Нагрузка в них сосредоточена в месте соединения узлов, т.к. стержни лучше проявляют свои свойства в процессе сжатия-растяжения, а не на излом. В современном строительстве чаще всего используют жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Из этого следует, что при отделении одного из них от цельной конструкции они останутся в неизменном по отношению друг к другу положении.
Принцип расчета ферм вырезанием углов
Этот способ расчета ферм является самым простым. Данный способ преподают во многих технических учебных заведениях.
Ферма – это конструкция, нагрузка на которую сосредоточена в ее узлах. Следовательно, нужно рассчитать все внешние факторы, которые будут являться нагрузкой на узлы. Затем — вычислить реакцию опоры и найти узел, в котором присутствуют 2 стержня с приложенной на них силой. Условно необходимо отделить всю остальную часть фермы и получить узел, в котором будет несколько известных значений и 2 неизвестных. Затем нужно составить равенство по двум осям и рассчитать неизвестные значения. Таким же образом выделяют следующий узел, и так до тех пор, пока ферма не будет рассчитана.
Основные типы ферм
Фермой называется геометрически неизменяемая решетчатая конструкция, работающая на изгиб, элементы которой шарнирно соединены в узлах и работают на осевое растяжение или сжатие при узловом нагружении.
Допущение об идеальной шарнирности узлов противоречит действительной конструкции фермы, но довольно точно отражают фактическую работу ее элементов.
Система решетки зависит от схемы приложения нагрузки и специальных требований к ферме. Наиболее проста треугольная решетка. Дополнительные стойки ставят в тех случаях, когда в месте их расположения прикладываются сосредоточенные силы или когда хотят уменьшить длину панели верхнего сжатого пояса.
Особенностью раскосной решетки является то, что все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки – противоположного; при восходящем направлении раскосов стойки растянуты, а при нисходящем – сжаты.
Шпренгельная решетка применяется при более частом приложении сосредоточенных сил к верхнему поясу.
Фермы с крестовой решеткой применяются обычно при двусторонней нагрузке. Крестовые раскосы проектируют их гибких элементов или тяжей; они воспринимают только растягивающие усилия, а при сжатии выключаются из работы. Благодаря этому фермы с крестовой решеткой рассчитываются как статически определимые системы.
Ромбическая и полураскосная решетка обладают повышенной жесткостью и применяются в конструкциях с большими поперечными силами
— по виду статической схемы – фермы разрезные, неразрезные, консольные.
— по значению наибольших усилий в элементах фермы
легкие – пролетом l до 50 м и с усилием в поясах Nmax ≤ 5000 кн,
тяжелые – с усилием в поясах Nmax > 5000 кн,
по конструктивному решению – обычные, комбинированные и с предварительным напряжением.
Компоновка ферм
В задачу компоновки фермы входят определение ее рациональной схемы с учетом ряда требований: экономичности по затрате металла, простоты изготовления, транспортабельности, требований унификации и типизации. Эти требования часто противоречат между собой, поэтому нужно найти оптимальное решение, наилучшим образом удовлетворяющее одновременно комплексу требований.
Масса фермы зависит от отношения ее высоты к пролету. Усилия в поясах фермы возникают главным образом от изгибающего момента, а в решетке – от поперечной силы.
Чем больше высота фермы, тем меньше усилия в поясах и их масса, но с увеличением высоты фермы увеличивается длина элементов решетки и ее масса. Условно минимального расхода металла отвечает равенство массы поясов и массы решетки вместе с фасонками, что достигается при h≈1/5 L (в балке масса поясов приблизительно равна массе стенки).
Столь большая высота неудобна при транспортировке. Ферму пришлось бы доставлять на строительную площадку отдельными элементами (россыпью) и собирать на месте монтажа.
Дополнительные затраты времени и средств при этом не окупаются экономией металла.
При компоновке фермы одновременно с выбором системы решетки устанавливают размеры панелей фермы, размеры которых должны отвечать оптимальному углу наклона раскосов. Из конструктивных соображений – рационального очертания фасонки в узле и удобства крепления раскосов – желателен угол, близкий к 45°.
Посредством унификации геометрических схем ферм и типизации конструктивной формы можно стандартизировать конструктивные детали ферм и перейти на массовое их изготовление с помощью специализированных станков и приспособлений.
В настоящее время унифицированы геометрические схемы стропильных ферм производственных зданий (18, 24, 30, 36 м), мостов, радиомачт, радиобашен, опор ЛЭП.
В основу унификации стропильных ферм с рулонной кровлей положены модуль пролета производственных зданий и панель m=3 м, уклон кровли i=1,5 %, высота ферм на опоре 3150 мм по наружным краям поясов, треугольная решетка с возможностью добавления шпренгеля при кровельных плитах шириной 1,5 м.
В фермах больших пролетов (более 36 м), а также в фермах из алюминиевых сплавов или из высокопрочных сталей возникают большие прогибы.
Провисание ферм предотвращается устройством строительного подъема, т.е. изготовлением ферм с обратным выгибом, который под действием нагрузки погашается, в результате чего ферма принимает проектное положение.
Расчет ферм. Определение нагрузок. Определение усилий в стержнях фермы. Расчетные длины стержней ферм. Обеспечение общей устойчивости ферм в системе покрытия. Выбор типа сечения стержней.
Расчет ферм выполняют в такой последовательности:
1) определяют нагрузку на ферму;
2) вычисляют узловые нагрузки;
3) определяют расчетные усилия в стержнях фермы методом строительной механики;
4) подбирают сечения стержней;
5) рассчитывают соединения стержней, узлы и детали.