Ферма - це що таке? Будівельна конструкція

Найпоширеніше значення слова "ферма" - Сільськогосподарське підприємство, призначене для тваринництва. Але зараз мова не про місце ведення підсобного господарства. Тут зібрана вся інформація про ймовірно найдавнішої будівельної конструкції, яка до сих пір актуальна в сучасній жізні.Он має широке застосування в будівництві, особливо в конструюванні мостів та спортивних споруд.

Відео: Ферма. Лінії впливу зусиль в стержнях

Ферма - це система, що складається зі стрижнів, яка залишається геометрично незмінною при зміні її жорстких вузлів шарнірними. До неї також відносяться і шпренгельні балки, які представлені комбінацією з двох-або трехпролетной неразрезанной балки і підпружних тяги.

Де використовується?

Як уже згадувалося, ферма в будівництві є незамінним елементом. З її допомогою будівельники полегшують конструкцію споруди і зменшують витрату необхідних матеріалів. Без використання ферми не обходиться будівництво мостів, стадіонів, ангарів, а також декоративних споруд, таких як павільйони, сцени, подіуми і т.д.

При проектуванні корпусу корабля, літака, тепловоза розрахунок міцності відбувається таким же способом, як і розрахунок навантаження на ферму.

Класифікація

Ферма - це конструкція, що складається зі стрижнів, які пов`язані між собою у вузлах і утворюють статично незмінну систему. Класифікація ферм може бути проведена по безлічі властивостей.

За вантажопідйомності конструкції

• легкі. У них використовується одностенчатое розтин. Легкі ферми найчастіше використовуються в промисловому будівництві.
• важкі. Важкі ферми застосовуються в конструкції баштових кранів, спортивних стадіонів і т.д. У них використовуються стрижні більш складного перетину, ніж в легенях. Як правило, вони складаються з двох-трьох частин через велику розрахункової довжини і покладеної на них навантаження. Найчастіше використовують двухстенчатя перетин з двоплощинним вузловим сполученням.

За загальними ознаками

• За призначенням. За призначенням ферми бувають баштові, мостові, крани, ферми покриття, опорні конструкції і т.д.
• За типом матеріалу. Дерево, сталь, алюміній, залізобетон тощо - З усього цього може бути виготовлена будівельна ферма. Це істотне гідність даної системи. Також можна комбінувати кілька видів матеріалу.
• За особливостями конструкції. Існують різноманітні типи перетину, типи решітки, види опорних конструкцій, а також типи поясів будівельної конструкції ферми.

За просторовою ознакою

• плоскі. Ферми беруть на себе вертикальне навантаження, тому що х стрижні розташовуються в одній площині.
• просторові. Розподіляють навантаження по всій своїй площі. Просторова ферма утворена з безлічі плоских ферм, об`єднаних між собою особливими способами.

За типом

• Балка Віренделя.
• Ферма Уоррена.
• Ферма Пратта.
• Ферма Больман.
• Ферма Фінка.
• Трикутна ферма.
• Кінгпост.
• Ферма з перехресними підкосами.
• Гратчаста міська конструкція.
• Ферма під верхнє світло.

Відео: Дерев`яні ферми Woodcon

особливості конструкції

Класифікація ферми по особливості конструкції досить обширна. Далі кожна з особливостей буде розглянута більш детально.

типи перетину

Поперечний переріз в будівельній фермі виконано з прокатних профілів. Воно може бути у вигляді:

• Куточка (одиночного або подвійного).
• Труби (круглої або квадратної).
• Швелера.
• Тавра або двутавра.

типи пояса

Обриси пояса можуть бути представлені у вигляді:

• трапеції. Його перевага полягає в тому, що такий вид пояса посилює рамний вузол, відповідно, разом з ним збільшується і жорсткість будівлі.
• трикутника. Такий вид пояса використовують для балкових і консольних систем. Він має масу недоліків, таких як нераціональна витрата металу при розподілі навантаження, складність опорного вузла і т.д.
• параболи. Даний пояс є найбільш трудомістким. Тому сегментні ферми використовуються дуже рідко.
• багатокутника. Полігональні ферми застосовуються частіше, ніж сегментні. Оскільки в них перелом в вузлах конструкції не так відчутний.
• Паралельних поясів. Найчастіше використовуються для покриття промислових будівель. Вони мають ідентичну схему вузлів, рівні за розміром елементи решітки, також вони мають повторюваністю елементів і деталей.

типи решітки

Існують шість типових варіантів решітки:

• Трикутна.
• Ромбическая.
• Шпренгельних.
• Хрестова.
• Розкоса.
• Полураскосая.

Відео: Розрахунок будівельних конструкцій - з нуля!

типи опори

Існують 5 видів опорних конструкцій. Для того щоб вибрати опорний вузол, потрібно знати схему розрахунку. Від неї залежить, чи буде опорний вузол шарнірним або жорстким. Види опор:

• Балочная або консольна.
• Арочна.
• Вантова.
• Рамна.
• Комбінована.

Принцип дії

Унікальність цієї конструкції полягає в її «незмінності» під впливом зовнішніх факторів. Навантаження на цю систему буває досить велика. Ферма є безліч об`єднаних в одну конструкцію трикутників. Навантаження в них зосереджена в місці з`єднання вузлів, тому що стрижні краще проявляють свої властивості в процесі стиснення-розтягування, а не на злам. У сучасному будівництві найчастіше використовують жорстке, а не шарнірне з`єднання стрижнів. З цього випливає, що при відділенні одного з них від цільної конструкції вони залишаться в незмінному по відношенню один до одного становищі.

Принцип розрахунку ферм вирізанням кутів

Цей спосіб розрахунку ферм є найпростішим. Даний спосіб викладають у багатьох технічних навчальних закладах.

Ферма - це конструкція, навантаження на яку зосереджена в її вузлах. Отже, потрібно розрахувати всі зовнішні фактори, які будуть навантаженням на вузли. Потім - обчислити реакцію опори і знайти вузол, в якому присутні 2 стрижня з доданою на них силою. Умовно необхідно відокремити всю іншу частину ферми і отримати вузол, в якому буде кілька відомих значень і 2 невідомих. Потім потрібно скласти рівність по двох осях і розрахувати невідомі значення. Таким же чином виділяють наступний вузол, і так до тих пір, поки ферма НЕ буде розрахована.

Основні типи ферм

• Балка Віренделя - Це система, де все її частини утворюють прямокутні отвори і тим самим з`єднуються в жорстку раму. Вона за своєю конструкцією не підходить під строгий термін «ферми», тому що в цій балці відсутня пара сил. Її розробив бельгійський інженер Артур Віренделя. Але тому що ця конструкція досить масивна, її рідко можна зустріти в сучасній архітектурі.

• Ферма Уоррена. Це спрощена версія конструкції Пратта-Хова. Вона працює за принципом стиснення-розтягування. Найчастіше виконана із сталевого прокату.
• Ферма Пратта. Патент на дане спорудження належить батькові і синові з Бостона. Калеб Пратт і Томас Вілсон були двома інженерами. Вони використовували стислі частини по вертикалі, а розтягнуті - по горизонталі. Тому навантаження однаково добре розподіляється як зверху, так і знизу.
• ферма Больман має досить складну і незручну конструкцію. Свою популярність в США ця споруда отримало через політичні достоїнств її творця. Винахідник красномовно говорив про ферму, нехай навіть і не все відповідало дійсності. Больман зумів просунути свій винахід за допомогою американського уряду, яке часом змушувало містобудівників використовувати дану конструкцію при проектуванні мостів. Серед власників патентів будівельних ферм є чимало наших співвітчизників, але ще жодна "російська" ферма не просувається в маси таким оригінальним способом.
• ферма Фінка є спрощеною версією ферми Больман. Він просто вкоротив всі її елементи і тим самим зробив її більш ефективною. Також вона має схожість з конструкцією ферми Пратта. Вона відрізняється від неї лише відсутністю нижньої балки.
• Трикутна ферма. Також її називають «бельгійської». Це сучасна конструкція, яка представлена в вигляді трикутників зі шпренгелів.
• Кінгпост - найпростіший варіант ферми. Він являє собою пару опор, що спираються на вертикальну балку.
• Решітчаста міська структура була створена для заміни величезних дерев`яних мостів. Вона досить проста за своєю конструкцією. Для неї застосовують звичайні дерев`яні дошки, приєднані один до одного під кутом, які, в свою чергу, утворюють решітку.