Основные элементы фермы (рис.1): пояса (нижний и верхний), решётка (стойки и раскосы), узлы (места взаимосоединений стержней), опоры - бывают металлическими, деревянные, железобетонные - применяются в покрытиях зданий, мостах, гидротехнических сооружениях, подъёмных кранах, каркасах самолётов и т. д.
По системе в строительной механике различают: плоские и пространственные, статически определимые и неопределимые, балочные, арочные, консольные и т. д.
Схемы плоских ферм: а — балочная статически определимая ферма с полигональным верхним поясом: 1 — подвижная опора; 2 — нижний пояс; 3 — верхний пояс; 4 — раскос; 5 — стойка; 6 — шарнирная неподвижная опора; б — балочная статически определимая стропильная ферма; в — арочная серповидная статически неопределимая ферма.
В расчётных схемах фермы рассматривается как конструкция, составленная из стержней, шарнирно соединённых между собой концами; практически стержни, составляющие ферму, соединяются преимущественно жёстко (заклёпками, сваркой, врубками, монолитной отливкой — в случае цельных железобетонных).
При передаче нагрузки через узлы в стержнях её возникают преимущественно продольные (растягивающие или сжимающие) усилия.
Так например безраскосные фермы, в которых имеются лишь пояса и стойки, присоединённые к поясам жестко, по существу являются рамами.
Наиболее распространены в гражданском строительстве балочные стропильные фермы преимущественно треугольного и многоугольного очертания под холодную кровлю с крутыми уклонами (кровельная сталь, этернит, черепица и др.) см. рисунок.
Для ферм треугольного очертания и многоугольного с пониженным поясом (рис. а, б, в, е) наиболее рациональна решетка с нисходящими раскосами. Для полигональных ферм с горизонтальным или приподнятым нижним поясом (рис. г, д) принимается как раскосная, так и треугольная решетка.
Размеры панелей фермы назначают в пределах 1,5—2,5 м, что позволяет осуществить узловую передачу нагрузки.
В бесчердачных покрытиях малых пролетов (до 15 м) целесообразно применение легких прутковых ферм, как более экономичных и менее трудоемких в изготовлении по сравнению с обычными фермами.
Конструктивные элементы, входящие в состав кровельных покрытий, в зависимости от выполняемых функций подразделяются на ограждающие и несущие.
Например, такие элементы, как рулонный ковер и утеплитель, выполняют ограждающие функции, а плиты, прогоны и фермы со связями, предназначенные для поддержания ограждающих конструкций и восприятия действующих нагрузок, называются несущими кровельными конструкциями
Различают два вида кровельных покрытий с прогонами и без прогонов.
Фермой называется геометрически неизменяемое шарнирное сочленение прямолинейных стержней, связанных между собой в узлах. При приложении нагрузок в узлах стержни работают только на осевые силы сжатия или растяжения.
Стропильная ферма предназначена для поддержания кровли здания, в ряде случаев к стропильным фермам подвешиваются чердачные перекрытия.
Очертание контура стропильной фермы зависит главным образом от характера излома верхнего пояса. Обычно крыши устраиваются двускатными и это определяет прямолинейную ось пояса с изломом по середине его длины (в коньке). Нижний пояс обычно прямолинеен.
Верхний пояс также прямолинеен. Очертание пояса должно быть по возможности таким, чтобы усилия во всех панелях были одинаковыми. Уклон верхнего пояса зависит от материала кровли, климатических условий и архитектурной компоновки здания
Расстояние между поясами стропильной фермы в середине пролета принимается в зависимости от формы контура и в среднем составляет 1/7 пролета.
Размер и количество панелей стропильной фермы зависят от пролета. Размер панели должен соответствовать несущим конструкциям перекрытия кровли; в среднем длина панели стропильной фермы принимается равной 1,5 - 3,0 м. Желательно иметь четное количество панелей на каждом скате кровли
Элементы и размеры стропильных ферм
1 - панель; 2 - верхний пояс; 3 - нижний пояс; 4 - стойка; S- нисходящий раскос; б - восходящий раскос; 7 - опорный раскос
Направление раскосов выбирают преимущественно таким, чтобы они были растянуты; при этом более короткие стержни-стойки будут сжаты.
Некоторые решения геометрической схемы ферм представлены на рис.
Расстояние между фермами (шаг) выбирается в модульной системе кратным 6,00 м. По фермам в направлении, перпендикулярном их плоскости, укладываются прогоны в виде стальных балок, предназначенные для восприятия нагрузки от кровли и передачи ее на узлы фермы. Таккак прогоны располагаются нормально к скату кровли, то под действием нагрузок от кровли они подвергаются косому поперечному изгибу.
С целью уменьшения пролета прогона в плоскости ската устанавливаются тяжи круглые стержни диаметром 12-16 мм. Тяжи укрепляются за коньковые узлы фермы и направляются вниз к карнизу кровли, проходя через отверстия в стенках прогонов.
Примеры решения геометрической схемы стропильных ферм
Пространственное сочленение стропильных ферм и прогонов является изменяемым, если в него не введены специальные стержни, называемые связями жесткости; эти связи играют особую роль в обеспечении неизменяемости и жесткости покрытия. Связи представляют собой стержни из уголковой ста которые укрепляются между двумя смежными верхними поясами стропильных ферм, образуя вместе с прогонами связевую ферму.
В соответствии с расположением в плане несущих колонн, пилястр или простенков шаг стропильных ферм принимается обычно в пределах 5—6 м.
Устойчивость ферм обеспечивается постановкой между ними связей как поперечных (обычно только в плоскости верхних поясов), так и вертикальных.
В зданиях небольшой длины с торцовыми стенами достаточной поперечной жесткости и при числе ферм не более 4—5 связи могут не ставиться. При этом прогоны кровли должны быть надежно заанкерены в торцовые стены.
При недостаточной жесткости торцовых стен и при числе ферм больше пяти поперечные связи по верхним поясам ставятся между крайними предторцовыми фермами ( схема А), а при большой длине здания также и между промежуточными фермами на взаимном расстоянии 30—36 м.
Схемы ферм и покрытия
При недостаточной поперечной жесткости продольных стен, а также при опирании ферм на колонны, рассчитанные на передачу поперечных горизонтальных усилий на конструкцию кровли, кроме того, должны ставиться продольные связи, располагаемые в крайних панелях верхних поясов по всей длине здания (схема Б).
Вертикальные связи ставятся в плоскостях средних и опорных стоек ферм, а при пролетах ферм свыше 30 м, креме того, и в четвертях пролета и располагаются обычно между теми фермами которые раскреплены поперечными связями.
