Типы металлических ферм по очертанию и системам решеток

Обновлено: 04.10.2024

Очертания ферм зависит в 1-ю очередь от назначения сооружения. Оно должно отвечать принятой конструкции сопряжений с примыкающими элементами, типа кровли и соответствовать их статической схеме, виду нагрузок.

Фермы треугольного очертания. Треугольное очертание придается стропильным фермам, консольным навесам, мачтам и башням.(рис1). Стропильные фермы применяют при значительном уклоне кровли, вызываемом типом кровли или условиями эксплуатации зд. Недостатки: острый опорный узел сложен, допускается лишь шарнирное сопряжение фермы с колоннами, при котором снижается жесткость ОПЗ в целом; стержни решетки средней части получаются очень длинными, и их сечение приходиться подбирать по предельной гибкости, что вызывает перерасход металла. Треугольное очертание не соответствует параболическому очертанию эпюры моментов.

Фермы трапецеидального очертания (рис2) лучше соответствуют эпюре изгибающих моментов и имеет конструктивные преимущества. В сопряжении с колоннами позволяет устраивать жесткие рамные узлы, не имеет длинных стержней посередине.

Фермы полигонального очертания (рис3) наиболее приемлемы для конструирования тяжелых ферм больших пролетов, т.к. очертание соответствует эпюре изгибающих моментов, что экономит сталь. Дополнительные конструктивные затруднения из-за переломов пояса не так ощутимы, т.к. из условия транспортирования приходиться стыковать в каждом узле. Для легких ферм такое очертание нерационально, т.к. в этом случае есть конструктивные очертания.

Фермы с параллельным поясами (рис4) имеют существенные конструктивные преимущества. Равные длины стержней поясов и решетки, одинаковая схема узлов и минимальное количество стыков поясов обеспечивают в таких фермах наибольшую повторяемость деталей и возможность унификации конструктивных схем.

Типы ферм по очертанию и системам решеток.

Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки. От системы решеток зависят вес фермы, трудоемкость изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, т.к. они передаются на ферму в узлах. Треугольная с/ма решеток. В фермах трапец. очертания или с паралл. поясами эффективна, т.к. дает наименьшую суммарную длину решетки и число узлов. Часто добавляются стойки, уменьшая расстояние между узлами. В треугол. фермах при такой с/ме решеток недостаток – наличие сжатых длинных раскосов, восходящих в фермах с паралл. поясами и нисходящих в треугольных. Раскосная системама решеток. Надо чтобы раскосы были растянутыми, а стойки сжатыми. Применяются при малой высоте ферм и когда по стойкам передаются большие усилия. Она более трудоемка, чем треугольн. и больше расход металла. Специальные системы решеток При большой высоте ферм (4-5м) и рациональном угле наклона раскосов (35-45 0 ) панели могут получаться чрезмерно большими. Чтобы его уменьшить применяют шпренгельную решетку. Она более трудоемка и требует большего расхода металла, но позволяет уменьшить расчетную длину стержней. В фермах, работающих на двухстороннюю нагрузку устраивают крестовую решетку. Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум с/мам раскосов обладают большой жесткостью. Применяются в мостах, башнях, мачтах и т.д.

Типы ферм по очертанию, высоте, системе решеток и длине панели

Очертание ферм. Оно зависит от назначения сооружения, статической схемы фермы, вида нагрузок, действующих на нее, и других факторов. Теоретически наивыгоднейшим является такое очертание контура фермы, при котором он соответствует очертанию эпюры моментов. Например, при равномерно распределенной нагрузке и горизонтальном нижнем поясе верхний пояс очерчен по дуге параболы (рис. ниже), а при одном сосредоточенном грузе в пролете — треугольная ферма (рис. ниже). В этом случае усилия будут возникать только в поясах; в стержнях решетки усилия теоретически равны нулю. Однако изготовление ферм с криволинейным поясом достаточно сложно и, кроме того, в элементах криволинейного пояса возникают значительные изгибающие моменты (рис. ниже), существенно ухудшающие работу пояса.

Многоугольное очертание одного из поясов фермы с частью узлов, расположенных по дуге параболы (полигональная ферма, рис. ниже), также обеспечивает малые усилия в стержнях решетки и относительно меньший вес ферм. Такие фермы не требуют изгиба элементов поясов и разметки по кривым. Однако необходимость в каждом узле с переломом пояса устраивать стыки и дополнительный расход материалов на стыковые накладки усложняют изготовление и увеличивают стоимость полигональных ферм. Поэтому в фермах относительно небольших пролетов (до 40 м) полигональные формы используют редко. Наиболее часто легкие фермы применяют трапециевидной формы (рис. ниже) и с параллельными поясами (рис. ниже). Фермы трапециевидного очертания имеют небольшие уклоны верхнего пояса. Их стали применять вместо треугольных ферм при использовании рулонных кровельных материалов, не требующих больших уклонов кровли. В настоящее время такие фермы являются основным типом стропильных ферм (ферм покрытий).

Очертания верхнего пояса легких ферм

Трапециевидное очертание ферм достаточно хорошо соответствует эпюре изгибающих моментов от равномерно распределенной нагрузки— контур фермы как бы описан вокруг эпюры (рис. выше); пунктир — эпюра изгибающих моментов).

Треугольные фермы (рис. выше) вследствие весьма больших усилий в поясах всегда значительно тяжелее ферм остальных типов. Примером применения треугольных ферм по эксплуатационным требованиям могут служить шедовые покрытия (рис. ниже), используемые в зданиях, где необходим большой и равномерный приток дневного света с одной стороны.

Фермы треугольного очертания шедового покрытия

Высоту фермы назначают после решения вопроса об очертании ее контура. Наивыгоднейшая (оптимальная) высота фермы получается тогда, когда масса поясов равна массе решетки (с фасонками), что достигается при сравнительно большом отношении высоты фермы к ее пролету (h/l > 1/5). На практике от такого соотношения отступают, и масса решетки вместе с фасонками часто составляет менее половины массы поясов (0,4-0,3 общей массы фермы). Это связано с тем, что при большой высоте ферму неудобно транспортировать и монтировать, так как ее пришлось бы перевозить отдельными элементами и собирать на месте монтажа, что требует много времени и больших затрат, не окупаемых экономией металла.

С учетом указанных выше обстоятельств, из которых важнейшими следует считать обеспечение допускаемого прогиба и выдерживание транспортных габаритов, высоту h легких ферм назначают в довольно широких пределах: от 1/5 до 1/20 пролета. Для стропильных ферм трапециевидного очертания и с параллельными поясами обычно назначают высоту в середине пролета h = (1/7-1/9)l.

Системы решеток ферм. В металлических фермах они весьма разнообразны. От системы решетки зависят масса фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Ее стремятся запроектировать таким образом, чтобы нагрузки на ферму передавались, как правило, в узлах (во избежание местного изгиба пояса). Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки.

Все виды решеток ферм можно разделить на три основные системы: треугольную, раскосную и специальную.

Треугольная система решетки с переменным направлением раскосов без стоек (рис. ниже) имеет наименьшее число узлов и стержней и наименьшую суммарную длину их. Однако при такой решетке длина панелей сжатого пояса оказывается весьма значительной, что требует повышенного расхода материала для обеспечения его устойчивости в плоскости фермы. Чтобы уменьшить длину панелей сжатого пояса, к треугольной решетке добавляют дополнительные стойки (рис. ниже). Иногда добавляют и подвески (рис. ниже), позволяющие при необходимости уменьшать расстояние между узлами фермы (например, в козловых кранах). Дополнительные стойки и подвески ненамного увеличивают массу фермы, так как они работают только на местную нагрузку, не участвуя в' передаче на опору поперечной силы, что позволяет принимать их сечение небольшим.

Различные системы решеток ферм

При раскосной системе решетки необходимо стремиться, чтобы более длинные элементы решетки (раскосы) работали на растяжение, а более короткие (стойки) — на сжатие, так как на работе коротких сжатых стержней меньше сказывается влияние продольного изгиба, чем на работе длинных.

Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах трапециевидного очертания и с параллельными поясами (рис. ниже) и восходящих — в треугольных фермах (рис. ниже). Однако в последних восходящие раскосы образуют неудобные для конструирования узлы. Поэтому в треугольной ферме рациональнее применять нисходящие раскосы (рис. ниже); они получаются сжатыми, но их длина меньше и узлы фермы более компактны. Применять раскосную решетку целесообразно при малой высоте ферм, больших узловых нагрузках, а также когда конструктивная схема сооружения точно фиксирует положение узлов фермы (например, в продольной связевой ферме гидротехнических затворов).

К специальным системам решетки относят шпренгельную, крестовую, ромбическую и полураскосную решетки.

Необходимость в шпренгельной решетке (рис. ниже) возникает в фермах с большой высотой, когда при соблюдении желательного угла наклона раскосов к поясу длина панелей получается чрезмерно большой, неудобной для расположения кровельного покрытия.

В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку, как правило, устраивают крестовую решетку (рис. ниже). Такие решетки часто применяют в горизонтальных связевых фермах, которые служат для пространственной жесткости основных ферм (например, в производственных зданиях, мостах и других конструкциях). При этом раскосы в крестовой решетке конструируют из гибких элементов, способных нести только растягивающие усилия. Подобный способ конструирования превращает крестовую решетку из статически неопределимой в статически определимую. При любом возможном нагружении фермы в каждой панели один раскос будет растянут, а другой сжат. Вследствие большой гибкости сжатый раскос при незначительных усилиях теряет устойчивость и выключается из работы. В результате остается работоспособным только раскос, растянутый при данной комбинации нагрузок; ферма как бы приобретает систему решетки с нисходящими раскосами (рис. ниже).

Ромбическая и полураскосная решетки (рис. ниже) благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью; они рациональны при работе конструкций на большие поперечные силы, в связи с чем их применяют в мостах, башнях и других конструкциях.

Угол наклона раскосов к поясу ферм оказывает существенное влияние на величину усилий, а следовательно, на сечение и вес раскосов. Оптимальный угол наклона в треугольной решетке составляет 45°, в раскосной решетке — 35°. Во всех случаях для улучшения конструкции узлов углы между раскосами и поясами следует назначать в пределах 30°-60°.

Длина панелей ферм, как правило, должна быть такой, чтобы обеспечивать передачу нагрузки на ферму в узлах. Кроме того, размер панелей должен соответствовать допустимому углу наклона раскосов к поясу. В стропильных фермах размер панелей зависит от системы кровельного покрытия. Обычно длина панелей в этих фермах 3 м, в редких случаях 1,5 м (в последнем случае часто применяют шпренгельную решетку для уменьшения стандартной панели длиной 3 м до 1,5 м).

Устойчивость ферм, связи между фермами

От воздействия внешней нагрузки, приложенной к узлам фермы, в её элементах появляются сжимающие и растягивающие усилия. В этом случае верхний пояс работает на сжатие, а нижний — на растяжение. Элементы решетки в зависимости от характера и направления действующей нагрузки могут работать как на сжатие, так и на растяжение. При этом сжимающие усилия создают опасность потери устойчивости конструкции. Потеря устойчивости верхнего пояса может происходить в двух плоскостях: в плоскости фермы и из ее плоскости. В первом случае потеря устойчивости происходит за счет выпучивания между узлами фермы (по длине панели). Во втором случае потеря устойчивости возникает между точками пояса, закрепленными от смещения в горизонтальном направлении. Устойчивость фермы из ее плоскости является значительно меньшей по сравнению с устойчивостью в ее плоскости, что очевидно из-за того, что длина одной панели значительно меньше длины сжатого пояса.

Отдельная стропильная ферма является балочной конструкцией, обладающей очень малой боковой жесткостью. Для того чтобы обеспечить пространственную жесткость сооружения из плоских ферм, они должны быть раскреплены связями, образующими совместно с фермами геометрически неизменяемые пространственные системы, обычно решетчатые параллелепипеды (рис. ниже).

Кроме обеспечения пространственной неизменяемости, система связей должна обеспечивать устойчивость сжатых поясов в направлении, перпендикулярном плоскостям раскрепляемых ферм (из плоскости фермы), воспринимать горизонтальные нагрузки и создавать условия для высококачественного и удобного монтажа сооружения.

Связи по конструкциям покрытия здания располагают:

в плоскости верхних поясов ферм — горизонтальные поперечные связевые фермы 1 и продольные элементы — распорки 2 между ними (рис. ниже);
в плоскости нижних поясов ферм — горизонтальные поперечные и продольные связевые фермы 3 и распорки 2 (рис. ниже);
между фермами — вертикальные связи 4 (рис. ниже).

Связи по покрытию

Горизонтальные связи в плоскости верхних (сжатых) поясов ферм обязательны во всех случаях. Они состоят из раскосов и стоек, образующих совместно с поясами стропильных ферм горизонтальные связевые фермы с крестовой решеткой. Горизонтальные связи располагают между крайними парами ферм в торцах здания (или в торцах температурного отсека), но не реже, чем через 60 м.

Для связи между верхними поясами промежуточных стропильных ферм ставят специальные распорки над опорами и у конькового узла при пролете ферм до 30 м; при больших пролетах добавляют промежуточные распорки для того, чтобы расстояние между ними не превышало 12 м. Горизонтальные связи по верхним поясам ферм обеспечивают устойчивость сжатых поясов из плоскости фермы во время монтажа: в этот период расчетная длина таких поясов равна расстоянию между распорками. В процессе эксплуатации здания смещению верхних узлов из плоскости фермы препятствуют ребра кровельных плит или прогоны, но только при условии, что они закреплены от продольных смещений связями, расположенными в плоскости кровли.

Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают в зданиях с крановым оборудованием.

Они состоят из поперечных и продольных связевых ферм и распорок. В зданиях с кранами легкого и среднего режима работы часто ограничиваются только поперечными связевыми фермами, располагаемыми между нижними поясами соседних ферм по торцам здания (или температурного отсека). Если длина здания или отсека велика, то устанавливают дополнительную поперечную связевую ферму, чтобы расстояние между такими фермами не превышало 60 м. Ширину продольной связевой фермы обычно принимают равной опорной панели нижнего пояса стропильной фермы.

Горизонтальные связевые фермы воспринимают горизонтальные нагрузки от ветра и торможения (поперечного и продольного) кранов.

Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, поэтому процесс монтажа без их предварительного взаимного раскрепления невозможен. Эту функцию выполняют вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости опорных стоек ферм и в плоскости средних стоек (в фермах пролетом до 30 м) или стоек, ближайших к коньковому узлу, но не реже, чем че-, рез 12 м. Чаще всего вертикальные связи проектируют с крестовой решеткой, но при шаге ферм 12 м может быть применена и треугольная решетка. Средние стойки стропильных ферм, к которым прикрепляют вертикальные связи, проектируют крестового сечения.

Схемы решеток главных ферм и связей

Поскольку мы имеем дело с балочным пролетным строением, можно проследить определенную аналогию между сплошностенчатой балкой и решетчатой фермой. В балке с решетчатыми фермами усилия от действия изгибающего момента вое принимают в основном пояса ферм, а от поперечных сил элементы решетки. Исходя из этого, при эскизных расчетах усилия в поясах Sп и раскосах Sр определяют по формулам

Достоверно судить о характере работы каждого элемента фермы можно только по линиям влияния усилий в элементе. Предположение о работе элементов ферм только на осевых усилиях основано на гипотезе о шарнирности узлов и строго узловом приложении нагрузки. Сформулированное в середине XIX в., оно объединяется низким уровнем развития теории и слабыми вычислительными возможностями человека. Более того, в то время инженеры пытались даже подогнать конструкцию под принятое допущение, выполняя узлы главных ферм шарнирными с возможностью свободного поворота элементов. Однако со временем вследствие коррозии металла в шарнирах элементы начинали работать как частично защемленные. Стремлением приблизить условия работы конструкции к расчетной схеме и объясняется устройство в ранних проектах шарнирного опирания поперечных балок проезжей части в узлах главных ферм.
В действительности из-за жесткости узловых соединений, а также при эксцентричном прикреплении элементов в узлах ферм в стержнях ферм наряду с осевыми усилиями Ni возникают изгибающие моменты Mi и поперечные силы Qi. Влияние жесткости узлов на дополнительные напряжения в элементах ферм исследовал еще академик Е.О. Патон в конце XIX в. В результате принято считать: если отношение высоты элемента к его длине более 1/15, то при расчете ферм на прочность и выносливость необходимо учитывать жесткость узлов. При сварных узловых соединениях расчет на выносливость с учетом жесткости узлов производится независимо от указанного соотношения.
Вообще, в точных расчетах нужно строить линии влияния трех усилий, полагая, что расчетная схема конструкции с жесткими узлами, а элементы — внецентренно нагружены. При этом поперечные силы Qi в элементах поясов и решетки ферм обычно невелики, поэтому требуется лишь проверка прочности на сдвиг соединений деталей элементов ферм.
Рассмотрим работу элементов главной фермы балочного разрезного пролетного строения с ездой понизу на осевые усилия на примере фермы с параллельными поясами и треугольной решеткой с дополнительными стойками и подвесками (рис. 7.7).

Верхние пояса фермы всегда сжаты, нижние — растянуты. Соответственно увеличению площадей линий влияния осевых усилий в поясах от опор к центру пролета приходится в этом направлении увеличивать и площади сечений поясов ферм (утолщенные элементы на рис. 7.7). Сечения элементов крайних панелей, требующиеся минимальными, могут быть увеличены, например, по условиям навесного монтажа пролетного строения. Пояса ферм, примыкающие к опорным узлам, помимо осевых сил, работают на изгибающий момент от передаваемых с эксцентриситетом на неподвижную опорную часть продольных сил торможения или тяги подвижной нагрузки.
Сечения раскосов, наоборот, требуется уменьшать к середине пролета в соответствии с законом изменения поперечной силы. Знаки усилий в раскосах зависят от соотношения постоянной и временной нагрузок и соотношения положительной и отрицательной площадей линий влияния осевого усилия Ni в раскосе. Обычно раскосы, восходящие от опор к середине пролета, сжаты, нисходящие — растянуты. Раскосы, расположенные в середине фермы, могут быть сжато-растянутыми, т.к. суммарная площадь линии влияния (часть усилия, вызванная постоянной нагрузкой) у них невелика, а временная нагрузка может занимать любое положение на длине фермы, вызывая в элементе то растягивающее, то сжимающее усилия.
Ранее была продемонстрирована работа элементов на примере главной фермы с треугольной решеткой. Однако, в принципе, возможен широкий спектр различных решеток при разном очертании поясов главных ферм.
Очертание поясов существенно влияет на распределение и значения усилий в элементах ферм, определяет конструктивные, технологические и эксплуатационные качества ферм. Главные фермы могут иметь полигональное или параллельное очертание поясов.
Фермы с полигональными поясами при езде понизу имеют верхним полигональный (криволинейный или ломаный) пояс (рис. 7.8, а), а при езде поверху — нижний (рис. 7.8, б). Эти фермы наиболее рациональны, т.к. близки к балкам равного сопротивления и имени минимальную длину элементов решетки. Однако большое числи типоразмеров элементов и узлов повышает трудоемкость и стоимость их изготовления и монтажа.

Фермы с параллельными поясами (рис. 7.8, в, г) имеют большую массу стали, чем фермы с полигональными поясами, но меньшую трудоемкость и стоимость изготовления и монтажа при однотипных элементах и узлах. Кроме того, горизонтальный верхний пояс удобен для перемещения монтажного крана при навесной сборке пролетного строения.
Помимо раскосов в решетку ферм можно вводить дополнительные элементы; вертикальные стойки и подвески, а также распорки и стяжки для уменьшения свободной длины элементов, шпренгели и другие детали. Стойки работают на сжатие от воздействия временной нагрузки (см. рис. 7.8, б, г) или монтажных кранов, перемещающихся по верхним поясам (рис. 7.8, в). Кроме того, стойки необходимы для формирования поперечных рам, в которые входят поперечные балки проезжей части. Наконец, они снижают свободную длину верхнего сжатого пояса фермы. Подвески работают на растяжение в фермах с ездой понизу от постоянной нагрузки и временной, расположенной в пределах смежных с подвеской панелей фермы.
К числу простейших геометрически неизменяемых решеток ферм относится треугольная решетка, которая состоит из восходящих и нисходящих раскосов (рис. 7.9. а). Ее достоинством является малое число элементов, узлов, регулярность, четкий рисунок, эстетичность, высокая жесткость, технологичность и экономичность конструкции.

Ho с возрастанием длины пролета фермы растет и ее высота. При рациональном угле наклона раскосов а, увеличивается длина панели проезжей части, ее металлоемкость (особенно в железнодорожных мостах), а также возрастает свободная длина верхних сжатых поясов главных ферм. Возникает необходимость снижения длины панели, что может быть сделано различными способами: введением в решетку дополнительных элементов; увеличением числа основных элементов решетки; комбинацией указанных способов.
Введение в треугольную решетку дополнительных стоек и подвесок при езде понизу (рис. 7.9, б) и стоек при езде поверху (рис. 7.9, в) позволяет сократить длину панели ездового пояса d0 исходной решетки в два раза.
Сократить длину панели еще в два раза (d0/4) можно за счет устройства в каждой панели ездового пояса основной треугольной фермы дополнительных треугольных ферм — шпренгелей (рис. 7.9, г). Вместе со шпренгелями обычно ставят полустойки, полуподвески и распорки (затяжки), служащие для уменьшения свободной длины элементов фермы.
Увеличение числа основных элементов решетки для сокращения длины панели ездового пояса фермы приводит к образованию различных других типов решетки: раскосной, ромбической, многорешетчатой и др.
Раскосные решетки состоят из нисходящих, преимущественно растянутых, раскосов и сжатых стоек (рис. 7.9, д) или из восходящих, преимущественно сжатых раскосов и растянутых подвесок (рис. 7.9, е). При большой высоте раскосной фермы сохранение рационального угла наклона раскоса а приводит к образованию полураскосной (рис. 7.9, ж) или многораскосной (рис. 7.9, з) решеткам, позволяющим сократить длину панели в четыре раза.
Ромбическая решетка состоит из перекрещивающихся раскосов и одного горизонтального или вертикального элемента, обеспечивающего геометрическую неизменяемость фермы (рис. 7.9, и).
Сложением простых треугольных решеток можно получить двойную треугольную (двухрешетчатую) (рис. 7.9, к), крестовую (рис. 7.9, л) решетки, а также многорешетчатую фермы (риc. 7.9, м).
Рассмотренные выше два приема сокращения длины панели фермы в комбинации друг с другом могут дать, например, двойную треугольную ферму с полуподвесками и полустойками (рис. 7.9, н), ромбические решетки с полуподвесками (рис. 7.9, о) или полуподвесками и полустойками (рис. 7.9, п).
Кроме того, возможно применение безраскосных ферм (ферм Виренделя), имеющих между поясами только вертикальные стойки или подвески (рис. 7.9, р). Пожалуй, это наиболее простой вид ферм, но неизменяемость их обеспечивается за счет устройства жестких узлов, а все элементы работают на осевые силы со значительным изгибом.
Вид решетки выбирают на основе сравнения числа ее элементов и узлов, металлоемкости, трудозатрат изготовления, стоимости и других технико-экономических показателей. При прочих равных условиях более экономичной является ферма, и которой меньше суммарная площадь линий влияния и суммарная длина элементов.
Многораскосные (см. рис. 7.9, з) и многорешетчатые системы (см. рис. 7.9, м), широко использовавшиеся в середине XIX в., отличались большим числом элементов и узлов, сложностью, статической неопределимостью. Поэтому им на смену пришли более простые двухрешетчатые (см. рис. 7.9, к) и однораскосные (см. рис. 7.9, д, е) системы. Причем в одно раскосных решетках с нисходящими раскосами (см. рис. 7.9, д) все раскосы выгодно работают на растяжение. В двухрешетчатых фермах размер панели был таким же, как и и однораскосных, но усилия в раскосах и их свободная дли на оказались в два раза меньше. Однако это не привело и существенному снижению расхода металла, а отсутствие стоек усложнило прикрепление поперечных балок в узлах главных ферм.
Включение в состав двухрешетчатой фермы вертикальных стержней (см. рис. 7.9, л) облегчило прикрепление поперечных балок. Ho в главных фермах крестовая, а также и полураскосная (см. рис. 7.9, ж) решетки не получили распространения из-за повышенного расхода металла и неудовлетворительного внешнего вида.
Двухрешетчатая система (см. рис. 7.9, н) и ромбическая решетка (см. рис. 7.9, п) с полустойками и полуподвесками могут использоваться при больших пролетах и большой высоте ферм. Фермы с ромбической решеткой не имеют технических достоинств по сравнению с двухрешетчатыми, но рисунок их считается наиболее спокойным и законченным. Их использовали за рубежом в эпоху конструктивизма в городских мостах.
Наиболее рациональна, пожалуй, простая треугольная решетка (см. рис. 7.9, а). Она характеризуется минимальным числом элементов, узлов и металлоемкостью, сокращается трудоемкость их изготовления. Однако увеличение панели в два раза но сравнению с рассмотренными выше системами приводит к значительному утяжелению балочной клетки.
В автодорожных мостах, где временная нагрузка легче, а расстояние между фермами больше, чем в железнодорожных, простая треугольная решетка оказывается целесообразной. В однопутных железнодорожных пролетных строениях приходится принимать меры к сокращению панели треугольной решетки, устраивая стойки, подвески (см. рис. 7.9, б, в), а в больших пролетах и шпренгели (см. рис. 7.9, г). На первый взгляд, в ферму вводятся дополнительные стержни, увеличивающие ее металлоемкость. Ho такая решетка выгоднее раскосной, где стойки — основные элементы и работают при окружении любого участка фермы. Здесь подвески служат дополнительными элементами, работающими на местную нагрузку.
Решетка продольных связей также может быть треугольной, ромбической, крестовой, полураскосной и других систем.

Треугольная решетка (рис. 7.10, а) имеет простую конструкцию, но при сжатии (растяжении) поясов вызывает их изгиб из плоскости ферм. Ромбическая решетка (рис. 7.10, б) при расположении распорок в узлах главных ферм вдвое уменьшает свободную длину элементов поясов, но также является причиной изгиба поясов в пределах панели фермы.
Лучшей для связей является крестовая решетка (рис. 7.10, в), и которой изгибу поясов при их деформации препятствуют распорки или поперечные балки. Полураскосную (рис. 7.10, г) и двойную треугольную с распорками (рис. 7.10, д) решетки продольных связей применяют в широких пролетных строениях автодорожных и двухпутных железнодорожных мостов.
В поперечных связях пролетных строений с ездой понизу, когда расстояние до габарита ограничено, применяют ригель и виде балки со сплошной стенкой (см. рис. 7.5, а). С этой же целью при сквозном ригеле с треугольной решеткой используют пространство за верхними скосами габарита для размещения крайних раскосов ригеля (см. рис. 7.5, б). Это позволяет сократить и свободную длину сжатых стоек портальных рам. Для поперечных связей целесообразна крестовая одноярусная решетка (см. рис. 7.5, в, д), а при высоких фермах — двухъярусная (рис. 7.5, г), так как ее взаимодействие со стойками, в плоскости которых она расположена, не вызывает их изгиба, что важно для рамной системы В мостах с ездой поверху наиболее часто применяют двухъярусную крестовую решетку поперечных связей (см. рис. 7.5, е).Типичные поперечные сечения связей изображены на рис. 7.10, е..и.

30Типы ферм по очертанию и системам решеток.

Фермы треугольного очертания.Треугольное очертание придается стропильным фермам, консольным навесам, мачтам и башням.(рис1). Стропильные фермы применяют при значительном уклоне кровли, вызываемом типом кровли или условиями эксплуатации зд. Недостатки: острый опорный узел сложен, допускается лишь шарнирное сопряжение фермы с колоннами, при котором снижается жесткость ОПЗ в целом; стержни решетки средней части получаются очень длинными, и их сечение приходиться подбирать по предельной гибкости, что вызывает перерасход металла. Треугольное очертание не соответствует параболическому очертанию эпюры моментов.

Фермы трапециидального очертания(рис2) лучше соответствуют эпюре изгибающих моментов и имеет конструктивные преимущества. В сопряжении с колоннами позволяет устраивать жесткие рамные узлы, не имеет длинных стержней посередине.

Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки. От системы решеток зависят вес фермы, трудоемкость изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, т.к. они передаются на ферму в узлах. Треугольная с/ма решеток.В фермах трапец. очертания или с паралл. поясами эффективна, т.к. дает наименьшую суммарную длину решетки и число узлов. Часто добавляются стойки, уменьшая расстояние между узлами. В треугол. фермах при такой с/ме решеток недостаток – наличие сжатых длинных раскосов, восходящих в фермах с паралл. поясами и нисходящих в треугольных. Раскосная с/ма решеток. Надо чтобы раскосы были растянутыми, а стойки сжатыми. Применяются при малой высоте ферм и когда по стойкам передаются большие усилия. Она более трудоемка, чем треугольн. и больше расход металла.Специальные системы решеток При большой высоте ферм (4-5м) и рациональном угле наклона раскосов (35-45 0 ) панели могут получаться чрезмерно большими. Чтобы его уменьшить применяют шпренгельную решетку. Она более трудоемка и требует большего расхода металла, но позволяет уменьшить расчетную длину стержней. В фермах, работающих на двухстороннюю нагрузку устраивают крестовую решетку. Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум с/мам раскосов обладают большой жесткостью. Применяются в мостах, башнях, мачтах и т.д.

Читайте также: