Выбор статической схемы и очертания ферм

Выбор статической схемы и очер­тания ферм, являющийся первым этапом проектирования конструкций, зависит от назначения и архитектурно-конструктивного решения сооружения и производится на основании сравнения возможных вариантов.

В покрытиях зданий, мостах, транспортных галереях и других подобных сооружени­ях наибольшее применение нашли балочные разрезные системы. Они просты в изготов­лении и монтаже, не требуют устройства сложных опорных узлов, но весьма металло­емки. При больших пролетах (более 40 м) разрезные фермы получаются негабаритными, и их приходится собирать из отдельных элементов на монтаже.

Для двух и более перекрываемых пролетов применяются неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Но, как во всяких внешне статически неопределимых системах, в не­разрезных фермах при осадке опор возникают дополнительные усилия, поэтому их применение при слабых просадочных основаниях не рекомендуется. Кроме того, необходимость создания неразрезности усложняет монтаж таких конструкций.

Рамные фермы экономичны по расходу стали и имеют меньшие габаритные разме­ры, однако более сложны в монтаже. Их применение рационально для большепролет­ных зданий. Использование арочных систем хотя и дает экономию стали, приводит к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Их приме­нение диктуется в основном архитектурными требованиями. Консольные фермы ис­пользуются для навесов, башен, опор ЛЭП.

Очертание ферм должно соответствовать их статической схеме и виду нагрузок, опре­деляющему эпюру изгибающих моментов. Для ферм покрытий необходимо также учиты­вать материал кровли и требуемый уклон для обеспечения водоотвода, тип узла сопряже­ния с колоннами (жесткий или шарнирный) и другие технологические требования.

Очертание поясов ферм в значительной степени определяет их экономичность. Тео­ретически наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой это будет сегментная ферма с параболическим поясом (рис. 8.6 а).

Однако криволинейное очертание пояса резко повышает трудоемкость изготовления. Поэтому такие фермы применяются крайне редко. Более приемлемым является полигональное очертание (рис. 8.6 б), близкое к эпюре моментов. В тяжелых большепролетных фермах дополнительные конструктивные затруднения из-за перелома поясов в узлах не так ощутимы, так как из условия транспортировки пояса разрезные из отдельных прямолинейных стержней, соединяемых при монтаже ферм.

Для легких ферм полигональное очертание нерационально, поскольку усложнение узлов не окупается незначительной экономией стали.

Фермы трапецеидального очертания (рис. 8.6 в) хотя и не совсем соответствуют эпюре моментов, имеют конструктивные преимущества, прежде всего за счет упроще­ния узлов. Кроме того, применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий опорный узел, что повышает жесткость здания.

Фермы с параллельными поясами (рис. 8.6 г) по своему очертанию далеки от эпюры моментов и неэкономичны по расходу стали. Однако равные длины элементов решетки, одинаковая схема узлов, наибольшая повторяемость элементов и деталей и возможность их унификации способствуют индустриализации их изготовления. Благо­даря этим преимуществам фермы с параллельными поясами стали основными для по­крытия производственных зданий.

Фермы треугольного очертания (рис. 8.6 д - з) рациональны для консольных систем, а также для балочных систем при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы). При распределенной нагрузке треугольные фермы имеют повышенный расход металла. Кроме того, у них есть ряд конструктивных недостатков. Острый опорный узел сложен и допускает только шарнирное сопряжение с колоннами. Средние раскосы получаются чрезвычайно длинными, и их сечение приходится подби­рать по предельной гибкости, что вызывает перерасход металла. Однако в ряде случаев их применение для стропильных конструкций диктуется необходимостью обеспечения большого (свыше 20%) уклона кровли или требованиями создания одностороннего равномерного освещения (шедовые покрытия).