Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4







^ М е т а л л и ч е с к и е к о н с т р у к ц и и
Учебное пособие

для студентов специальности


(часть п)


РАЗДЕЛ 9. ФЕРМЫ


9.1 Систематизация ферм Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 и область их внедрения


Фермой именуется система стержней соединенных меж собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию. При узловой нагрузке твердость узлов несущественно оказывает влияние на работу конструкции, и почти всегда их Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 можно рассматривать как шарнирные. В данном случае все стержни ферм испытывают только растягивающие либо сжимающие осевые усилия.

Фермы экономичнее балок по расходу стали, но более трудоемки в изготовлении. Эффективность ферм Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 по сопоставлению со сплошностенчатыми опорами тем больше, чем больше просвет и меньше нагрузка.

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

Плоские фермы воспринимают нагрузку, приложенную исключительно в их плоскости Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4, и нуждаются в закреплении их связями. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, воспринимающий нагрузку в любом направлении (рис.9.1).






^ Рис. 9.1. Плоская (а) и пространственная (б) фермы


Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4, и решетка, состоящая из раскосов и стоек (рис. 9.2). Соединение частей в узлах осуществляется методом конкретного примыкания одних частей к другим (рис 9.3,а) либо при помощи узловых фасонок (рис. 9.3,б). Элементы ферм центрируются по Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 осям центра масс для понижения узловых моментов и обеспечения работы стержней на осевые усилия.






^ Рис. 9.2. Элементы ферм 1 – верхний пояс; 2 – нижний пояс; 3 – раскосы; 4 - стойки






^ Рис. 9.3. Узлы ферм а – с конкретным Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 примыканием частей; б – на фасонках

Расстояние меж примыкающими узлами поясов именуется панелью
(dв – панель верхнего пояса, dн – нижнего), а расстояние меж опорами
^ – просветом (l). Пояса ферм работают на продольные усилия и момент (аналогично поясам Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4
сплошных балок); решетка ферм принимает в главном поперечную силу, выполняя функции стены балки.

Символ усилия (минус – сжатие, плюс – растяжение) в элементах решетки ферм с параллельными поясами можно найти, если пользоваться “балочной аналогией”.

Железные фермы Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 обширно используются в почти всех областях строительства; в покрытиях и перекрытиях промышленных и штатских построек, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортных эстакадах, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 и т. д.

Фермы имеют разную конструкцию зависимо от предназначения, нагрузок и классифицируются по разным признакам:

по статической схеме – балочные (разрезные, неразрезные, консольные); арочные, рамные, комбинированные (рис. 9 4);





^ Рис.9.4. Системы ферм а – балочная Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 разрезная; б – неразрезная; в,е – консольная; г – арочная; д – рамная;

ж - комбинированная


по очертанию поясов – с параллельными поясами, трапециевидные, треугольные, полигональные, сегментные (рис. 9.5);

по системе решетки – треугольная, раскосная, крестовая, ромбическая

и др. (рис Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4.9.6);

по методу соединения частей в узлах – сварные, клепанные, болтовые;






^ Рис. 9.5. Очертания поясов ферм а – сегментное; б – полигональное; в – трапецеидальное; г – с параллельными поясами;

д-и - треугольное


по величине наибольшего усилия – легкие – одностенчатые с сечениями Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 из прокатных профилей (усилие N кН) и томные – двухступенчатые с элементами составного сечения ( N > 300кН).

Промежными меж фермой и опорой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем либо Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 раскосами или аркой (сверху). Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающий момент в опоре и увеличивают твердость системы (рис.9.4,ж). Комбинированные системы ординарны в изготовлении (имеют наименьшее число частей) и рациональны в томных конструкциях, также в конструкциях Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 с подвижными нагрузками.

Эффективность ферм м комбинированных систем можно повысить, создав в их предварительное напряжение.

В фермах подвижных крановых конструкций и покрытий огромных пролетов, где уменьшение веса конструкции дает большой экономический Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 эффект, используют дюралевые сплавы.



^ Рис. 9.6. Системы решетки ферм а – треугольная; б – треугольная с дополнительными стойками; в – раскосная

с восходящими раскосами; г – раскосная с нисходящими раскосами;

д – шпренгельная; е – крестовая; ж – перекрестная; и – ромбическая Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4;

к - полу раскосная


^ 9.2. Сборка конструкций ферм


Выбор статической схемы и очертания фермы – 1-ый шаг проектирования конструкций, зависящий от предназначения и архитектурно – конструктивного решения сооружения и делается на основании сопоставления вероятных вариантов.

В Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 покрытиях построек, мостах, транспортных галереях и других сооружениях отыскали применение балочные разрезные системы. Они ординарны в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных узлов, но очень металлоемки. При просветах балок 40м разрезные фермы получаются Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 негабаритными, и их собирают при монтаже.

Для 2-ух и поболее перекрываемых пролетов используют неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и владеют большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Применение неразрезных Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 ферм при слабеньких грунтах не рекомендуется, потому что при осадке опор появляются дополнительные усилия. Не считая того, неразрезность усложняет установка.

Рамные фермы экономичнее по расходу стали, имеют наименьшие габариты, но более сложны в Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 монтаже. Их правильно использовать для большепролетных построек. Арочные системы, дают экономию стали, но приводят к повышению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Применение их диктуется строительными требованиями. Консольные фермы употребляют для навесов Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4, башен, опор ЛЭП.

Очертания ферм должны соответствовать их статической схеме и виду нагрузок, определяющих эпюру изгибаемых моментов. Для ферм покрытий нужно учесть материал кровли и требуемый уклон для обеспечения водоотвода, тип узла Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 сопряжения с колоннами (жесткий либо шарнирный) и другие технологические требования.

Очертания поясов ферм определяет их экономичность. Более экономной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 системы с умеренно распределенной нагрузкой будет сегментная ферма с параболическим поясом (см.рис.9.5,а). Но криволинейные пояса очень трудоемки в изготовлении, потому такие фермы используют очень изредка. Более используемыми являются полигональные фермы Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 (см.рис.9.5,б). В томных большепролетных фермах дополнительные конструктивные затруднения из – за перелома поясов в узлах не так осязаемы, потому что из условия транспортировки пояса в таких фермах приходится стыковать в каждом Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 узле.

Для легких ферм полигональное очертание нерационально, так как усложнение узлов не окупается экономией стали.

Фермы трапецеидальные (см.рис.9.5,в), хотя не совершенно соответствуют эпюре моментов, имеют конструктивные достоинства, за счет упрощения узлов Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4. Не считая того, применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий рамный узел, что увеличивает твердость строения.

Фермы с параллельными поясами (рис.9 5,г) по собственному очертанию далеки от эпюры моментов и Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 неэкономичны по расходу стали. Но равные длины частей решетки, однообразная схема узлов, повторяемость частей и деталей, возможность их унификации содействуют индустриализации их производства. Потому фермы с параллельными поясами стали основными для покрытия Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 производственных построек.

Фермы треугольного очертания (см.рис.9.5,д-ж,и) рациональны для консольных систем и для балочных при сосредоточенной нагрузке посреди просвета (подстропильные фермы). Недочетом этих ферм является завышенный расход металла Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 при распределенной нагрузке; острый опорный узел сложен и допускает только шарнирное сопряжение с колоннами, Средние раскосы очень длинноватые и их приходится подбирать по предельной гибкости, что ведет к перерасходу металла. Но время от времени их Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 употребляют для стропильных конструкций, когда нужно обеспечить большой уклон кровли (выше 20%) либо для сотворения однобокого равномерного освещения (шедовые покрытия).

Просвет либо длина ферм определяется эксплуатационными требованиями и обще компоновочным решением соружения и Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 рекомендуется конструктором.

Там где просвет не диктуется технологическими требованиями (к примеру, эстакады поддерживающие трубопроводы и т.п.), его назначают на базе экономических суждений, по меньшей суммарной цены ферм и опор.

Высота треугольных Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 ферм (см.рис.9.5,д) является функцией просвета и наклона фермы (25-450), что дает высоту ферм h . Высота обычно бывает выше требуемой, потому треугольные фермы не экономны. Высоту фермы можно уменьшить, придав Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 нижнему поясу приподнятое очертание (см.рис.9.5,г), но опорный узел не должен быть очень острым.

Для высоты трапецеидальных ферм и ферм с параллельными поясами

нет конструктивных ограничений, высоту фермы принимают из условия Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 меньшего веса фермы. Вес фермы складывается из веса поясов и решетки. Вес поясов миниатюризируется с повышением высоты фермы, потому что усилия в поясах назад пропорциональны высоте h

Вес решетки напротив, с повышением Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 высоты фермы увеличивается, потому что возрастает длина раскосов и стоек, потому лучшая высота ферм составляет 1/4 - 1/5 просвета. Это приводит к тому, что при просвете 20м высота фермы больше максимально (3,85м) допустимой по условию транспортировки. Потому Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 с учетом требований транспортировки, монтажа, унификации высоту ферм принимают в границах 1/7 – 1/12 просвета (для легких ферм еще меньше).

Меньшая вероятная высота фермы определяется допустимым прогибом. В обыденных кровельных покрытиях твердость ферм превосходит Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 требуемую. В конструкциях работающих на подвижную нагрузку (фермы подкрановых эстакад, мостовых кранов и т. п.) требования жесткости так высоки

(f/l = 1/750 - 1/1000), что они диктуют высоту фермы.

Прогиб фермы определяют аналитически по формуле Мора


F Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 = Σ (9.1)


где Ni – усилие в стержне фермы от данной нагрузки; - усилие в том же стержне от силы, равной единице, приложенной в точке определения прогиба по направлению прогиба.


^ Размеры панели должны соответствовать Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 расстояниям меж элементами, передающими нагрузку на ферму, и отвечать хорошему углу наклона раскосов, который в треугольной решетке составляет приблизительно 450, а в раскосной решетке - 350. Из конструктивных суждений – оптимального очертания фасонки в узле и удобства прикрепления раскосов Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 – желателен угол близкий к 450.

В стропильных фермах размеры панелей принимаются зависимо от системы кровельного покрытия.

Лучше для исключения работы пояса на извив обеспечить передачу нагрузки от кровли на узлы фермы. Потому Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 в покрытиях из крупноразмерных железобетонных либо железных плит расстояние меж узлами принимается равным ширине плиты (1,5м либо 3м), а в покрытиях по прогонам

– шагу прогонов (от 1,5м до 4м). Время от времени Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 для уменьшения размеров панели пояса принимается шпренгельная решетка ( см. рис. 9.6,д).

Унификация и модулирование геометрических размеров ферм позволяет стандартизировать как сами фермы, так и примыкающие к ним элементы (прогоны, связи и Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 т. д.). Это приводит к сокращению числа типоразмеров деталей и дает возможность при массовом изготовлении конструкций использовать спец оборудование и перейти на поточное создание.

В текущее время унифицированы геометрические схемы стропильных ферм производственных построек, мостов Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4, радиомачт, радио башен, опор линий электропередачи.

^ Строительный подъем. В фермах огромных пролетов (более 36м), также в фермах из дюралевых сплавов либо прочных сталей появляются огромные прогибы, которые усугубляют внешний Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 облик конструкции и недопустимы по условиям эксплуатации.

Провисание ферм предотвращается устройством стропильного подъема, т. е.

изготовка ферм с оборотным выгибом, который под действием нагрузки погашается, и ферма воспринимает проектное положение. Строительный подъем назначают равным Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 прогибу от неизменной плюс половину временных нагрузок. При плоских кровлях и просветах больше 36м строительный подъем следует принимать независимо от величины просвета равным прогибу от суммарной нормативной нагрузки плюс 1/200 просвета.

Строительный подъем Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 обеспечивается методом устройства перегиба в монтажных узлах (рис.9.7).

^ Системы решеток ферм и их черта. Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стены сплошной балки.

От системы решетки зависит вес фермы Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4, трудозатратность ее производства, внешний облик. Так как нагрузка на ферму передается в узлах, то решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузки.

^ Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания либо с параллельными поясами рациональной Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 является треугольная система решетки

(см. рис.9.6,а), дающая меньшую суммарную длину решетки и меньшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. В фермах, поддерживающих прогоны кровли либо балки Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 настила, к треугольной решетке нередко добавляют дополнительные стойки (рис.9.6,б), а время от времени и подвески, дозволяющие уменьшить расстояние меж узлами фермы. Дополнительные стойки уменьшают также расчетную длину сжатого пояса. Работают Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 дополнительные стойки лишь на местную нагрузку и не участвуют в передаче на опору поперечной силы.





^ Рис. 9.7. Схемы строительного подъема при одном (а) и нескольких

(б) укрупнительных соединениях


Недочетом треугольной системы – наличие длинноватых сжатых раскосов (восходящих Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 в фермах с параллельными поясами и нисходящих в треугольных фермах).

^ Раскосная система решеток, используется при малой высоте ферм, также тогда, когда по стойкам передаются огромные усилия (при большой узловой Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 нагрузке).

Раскосная решетка более трудоемка, чем треугольная, просит огромного расхода металла, потому что при равном числе панелей в ферме общая длина раскосной решетки больше, и в ней больше узлов. Путь усилия от узла до Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 опоры в раскосной решетке длиннее; он идет через все стержни решетки и узлы.

^ Особые системы решеток, используют при большой высоте ферм (приблизительно 4 – 5м). Чтоб уменьшить размер панели, сохранив обычный угол наклона раскосов Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4, используют шпренгельную решетку (см.рис.9.6,д). Устройство шпренгельной решетки более трудоемко и просит дополнительного расхода металла; но такая решетка позволяет получить рациональное расстояние меж элементами поперечной конструкции при оптимальном угле наклона раскосов и Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 уменьшить расчетную длину сжатых стержней.

Шпренгельная решетка используется при крутых кровлях и сравнимо огромных просветах (l = 20 – 24м) для треугольной фермы (см.рис.9.5,е).

В фермах, работающих на двухстороннюю нагрузку устраивают крестовую Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4

решетку (см.рис.9.6,е). К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных построек, мостов и других конструкций, вертикальные фермы башен, мачт и больших построек.

^ Ромбическая и полу раскосная решетки (см Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4.рис.9.6,и,к) благодаря двум системам раскосов владеют большой жесткостью; эти системы используются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и в особенности рациональны при работе конструкций на Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4 огромные поперечные силы.

^ Обеспечение стойкости ферм. Плоская ферма неустойчива из собственной плоскости, потому ее нужно присоединить к более жесткой конструкции либо соединить связями с другой фермой, в итоге чего появляется устойчивый пространственный брус (рис.9.8,а Учебное пособие для студентов специальности Промышленное и гражданское строительство - страница 4). Так как этот








uchebnoe-posobie-dlya-studentov-novosibirsk-2003-recenzenti-stranica-10.html
uchebnoe-posobie-dlya-studentov-ochnogo-zaochnogo-otdelenij-ekonomicheskih-specialnostej-krasnodar-2008.html
uchebnoe-posobie-dlya-studentov-pedagogicheskih-i-gumanitarnih-specialnostej-pavlodar-2004-stranica-4.html