Типи ферм
Ферми розрізняються як за контуром поясів, так і за виглядом решітки. По обрису поясів ферми бувають з паралельними поясами, трапеційні, полігональні та трикутні контури.
Вибір контуру поясів залежить від призначення ферм, від матеріалу покрівлі, від системи водовідведення, а також і від економічних міркувань. У промислових спорудах при рулонній покрівлі найбільшого поширення набули кроквяні ферми полігонального контуру.
Типи ферм
Незмінність ферми при будь-якому навантаженні досягається пристроєм грат, що утворює систему трикутників. Грати ферми називають розкосною, якщо вона утворена неперервним зигзагом розкосів і стійок, причому всі розкоси однієї половини ферми направлені в один бік. Грати називають трикутною, якщо зигзаг утворений одними розкосами, спрямованими поперемінно в різні боки.
Найчастіше застосовують трикутні ґрати з додатковими стійками, оскільки загальна довжина її зигзагу і число вузлів менше, ніж у розкісних ґрат, а додаткові стійки зменшують панель ферми. У цій системі стійки не потрібні для створення незмінності ферми.
Генеральними розмірами ферми є її проліт та висота. Оптимальна висота в середині прольоту полігональної ферми визначається умовами мінімуму ваги, необхідної жорсткості (прогин), а також можливістю раціонального транспортування.
Мінімум ваги таких ферм виходить приблизно за рівності ваги поясів і ваги решітки (з фасонками), що має місце щодо висоти ферми до її прольоту h/l ≈ 1/8. Така висота ферм цілком задовольняє потрібну жорсткість (прогини виходять менше 1/250 l)
Для перевезення залізницею потрібен габарит конструкції: по вертикалі - не більше 3,8 м; по горизонталі – 3,2 м.
Прольоти кроквяних ферм промислових цехів з метою стандартизації уніфіковані і, зазвичай, приймаються до 18 м кратними 3 м, а великих прольотів — кратними 6 м, т. е. 18, 24, 30 і 36 м. Відступи від цих розмірів допускаються при спеціальному обґрунтуванні. З метою економії металу малі прольоти (до 18 - 24 м) рекомендується перекривати залізобетонними конструкціями, що несуть.
Для спрощення виготовлення та проектування уніфіковані ферми повинні мати стандартну геометричну схему для різних прольотів. Приклад уніфікованих схем кроквяних ферм промислових будівель показано на фігурі. Довжина панелі в уніфікованих фермах прийнята 3 м.
Уніфіковані схеми кроквяних ферм
Уніфіковані схеми кроквяних ферм промислових будівель: а - двосхилі ферми; б - односхилі ферми.
Висоту h0 на опорі ферми раціонально приймати однаковою для ферм різних прольотів. Це дозволяє стандартизувати деталі кріплень, що сприяє здешевленню виготовлення конструкцій.
Найвигідніший кут нахилу розкосів до нижнього пояса в трикутній решітці становить 45 - 50 ° (у розкісній решітці 35 - 50 °).
Напрямок першого опорного розкосу, що визначає всю систему решітки, може бути висхідним (як показано на фігурі) або низхідним. І те й інше рішення має свої позитивні та негативні сторони. У практиці проектування промислових будівель для кроквяних ферм частіше застосовується висхідний опорний розкіс.
За такого рішення надійніше забезпечується жорсткість цеху під час роботи ферми як ригеля рами; конструктивно краще вирішуються опорний вузол та розташування зв'язків; у разі спирання ферм на залізобетонні колони така схема ферми з розташуванням опорного вузла внизу є найбільшприродною.
Низхідний розкіс зі свого боку має монтажну перевагу, що полягає в тому, що опорна точка розташовується вище за центр тяжкості ферми.
Ферми з додатковими шпренгелями
У безпрогінних покриттях великопанельні залізобетонні плити шириною 1,5 м спираються своїми ребрами не тільки у вузлах, а й у середині панелі, викликаючи у верхньому поясі ферми додатковий згинальний момент; в результаті перетин верхнього пояса збільшується.
У деяких випадках для ліквідації зазначеного моменту доцільно введення в ґрати додаткових шпренгелів, що працюють на місцеве навантаження та усувають таким чином вигин пояса.
Пристрій шпренгельної решітки дещо зменшує вагу ферми (на 4 — 6%), але майже подвоює число стрижнів і вузлів, що збільшує трудомісткість виготовлення. Чим більше проліт і більше навантаження, тим менш раціонально влаштування додаткових шпренгелів.
Ферми трикутного контуру використовуються тільки при крутих дахах. У цьому випадку слід прагнути такого обрису верхнього пояса, щоб зусилля в ньому в середині прольоту і у опори були приблизно рівні. Для цього необхідно на опорі мати невелику стійку з висотою h0 = 0,2 h, що при крутих покрівлях призводить до збільшення висоти ферми та конструктивно незручного опорного вузла.
Тому раціональніше перенести опору у верхній вузол ферми. Грати в таких фермах зазвичай приймаються розкосними, оскільки при трикутній решітці висхідні розкоси становили б занадто гострий кут з верхнім поясом і вимагали б для свого прикріплення великих фасонок.
Ферми трикутного контуру
При іноді дуже крутих дахах (i = 1 : 1) застосовуються ускладнені шпренгельнітрикутні ферми, іноді з піднятим нижнім поясом. Цей тип ферм дозволяє мати по верхньому поясу невелику панель, що відповідає матеріалу покрівлі. Такі ферми, розбиті на три елементи, легко транспортуються до місця монтажу.
Відстань між фермами (крок ферм) встановлюється при вирішенні схеми спорудження загалом з урахуванням уніфікації будівельних конструкцій та частин споруд, що дозволяє проводити типізацію та стандартизацію окремих деталей.
В результаті проведених досліджень з визначення оптимального кроку ферм у практиці проектування набув найбільшого поширення уніфікований крок, що дорівнює 6 м.
«Проектування сталевих конструкцій», К.К.Муханов