Чрезвычайно важной группой ферм, получившей огромное распространение в промышленных зданиях СССР эпохи первой пятилетки, являются сегментные фермы с гнутым - верхним поясом, имеющие прототипом аналогичные американские фермы. Сегментные фермы применяются при пролетах 10—35 м чаще всего в цилиндрических покрытиях без фонарей и с фонарями, реже в односкатных и двускатных покрытиях (рис. 7).
Фермы нормальной конструкции могут нести нагрузку до 2 т/м. Особыми преимуществами сегментных ферм, обеспечивающими им широчайшее распространение, являются
К числу существенных недостатков сегментных ферм нужно отнести их неразборность, не дающую возможности сделать эти фермы объектом заводского индустриального изготовления. Верхним поясам сегментных ферм придается круговое очертание с высотой в середине 1/7 - 1/6 пролета. Из условий удобного размещения раздвинутых стыков длина панелей по нижнему поясу назначается не более 5 м (при длине досок 7 м).
Крайние панели у опор делаются обычно короче остальных. Типичные схемы сегментных ферм приведены на рис. 8. Верхние пояса сегментных ферм делаются из двух или трех пакетов гнутых брусков или досок шириной 4 —7 см; в каждом из пакетов располагаются по высоте три, четыре или пять слоев брусков (толщиной по 4— 6 см).
Выбор того или иного сечения верхнего пояса диктуется пролетом фермы, величиной и расположением нагрузки, а также условиями раскрепления верхнего пояса против выпучивания из плоскости фермы.
В зазорах между пакетами на длине от узла до узла располагаются ребровые прокладки, занимающие по возможности всю высоту сечения и во всяком случае высоту не менее чем трех брусков. Пояс прошивается гвоздями, забиваемыми со всех четырех сторон и соединяющими бруски пакета между собой (вертикальные гвозди) и сами пакеты с ребровыми прокладками (горизонтальные гвозди).
Ребровая прокладка является весьма важным элементом конструкции, значительно увеличивающим жесткость пояса, что является чрезвычайно полезным в виду большой податливости гвоздевых соединений. Стыки брусков верхнего пояса осуществляются простой приторцовкой и располагаются вразбежку не ближе 0,5 м стык от стыка с тем, чтобы по возможности в любом сечении одной ветви было не более одного стыка. Стыки верхних поясных брусков рекомендуется располагать в пределах не далее 0,2 длины панели от узла, стыки нижних поясных брусков — в остальной части панели, но не ближе 0,1 длины панели от прогона кровли. Для устранения необходимости учитывать при расчете фермы начальные напряжения от изгиба брусков отношение радиуса кривизны к высоте бруска не д. б. менее 200.
Весьма важной деталью фермы является опорный узел. В однопролетных зданиях нередко применяются узлы с удлиненными «хвостами» по типу рис. 4.
В много пролетных зданиях при установке на колонне двух ферм применяются обычно узлы по типу рис. 5 с металлическими хомутами, являющиеся наиболее надежными.
При дефицитности металла в этих же случаях находили себе применение достаточно компактные узлы на щековых врубках по типу рис. 9. В этих узлах надежность их работы должна обеспечиваться применением для узловых накладок и прокладок исключительно воздушно-сухого материала отборного качества.
В фермах с фонарем или надстройкой необходимо обеспечить устойчивость верхнего пояса в пределах фонаря или надстройки. Эта цель достигается постановкой по верхнему поясу (обычно через узел) специальных прогонов-распорок, заанкеренных в торцовых стенах здания или же связанных со специальными фермами жесткости, располагаемыми в плоскости верхних поясов сегментных ферм. В фермах с надстройкой нередко применяются вертикальные связи полураскосного типа.
Вид сегментной фермы с фонарем пролетом 24,5 м под нагрузку 900 кг/м показан на рис. 6. Нижний пояс ферм имеет два нормальных и один раздвинутый стык. Верхний пояс из числа 12 панелей имеет 8 панелей под фонарем, раскрепленных тремя линиями прогонов.
При проектировании сегментных ферм наибольшие трудности представляет обыкновенно расчет верхнего пояса. На практике применяются два метода расчета верхнего пояса. По первому методу, широко применявшемуся до последнего времени, учитывает (приближенно) пояс как неразрезной, считают каждую панель вполне защемленной в узлах и пренебрегают наличием ребровой прокладки.
По второму методу неразрезность пояса вовсе не учитывается и предполагается в узлах наличие шарнира. В последнее время в связи с развитием теории расчета сжатых составных стержней на податливых соединениях возникла необходимость в разработке метода расчета верхнего пояса сегментных ферм, учитывающего кроме влияния криволинейности и неразрезанности пояса также влияние прокладки и податливости соединений.
В виду чрезвычайной сложности этой задачи был предложен упрощенный метод расчета, дающий результаты, близкие к результатам расчета по первому методу, и заключающийся в использовании общей формулы
σ = N / φF + М / W
для расчета сжато-изогнутых составных стержней, в которой принимается: F — площадь всех ветвей сечения, но без прокладки; М — наибольший изгибающий момент в панели, определяемый в предположении шарнирности узлов; W — момент сопротивления всего сечения вместе с прокладкой в предположении полной его монолитности; 1— 0 — коэффициент, принимаемый равным 0,5 для всех сегментных ферм нормальной конструкции (со стрелкой / дуги панели не более 0,02 длины панели и высотой пояса не менее 0,05 длины панели).
В соответствии с новой теорией необходимое количество гвоздей рекомендуется назначать следующим образом: вертикальные гвозди ставить из расчета . по одному .гвоздю на каждые 250 d2 площади шва (d — диаметр гвоздя), горизонтальные гвозди размещать во всех брусках, перекрытых прокладкой, в один ряд в каждом бруске, предельным минимальным шагом. Проверка устойчивости верхнего пояса под фонарем или надстройкой производится по общим правилам расчета составных стержней.
В виду эксцентричного крепления решетки при односторонней нагрузке сегментных ферм в поясах возникают изгибающие моменты, имеющие в фермах с фонарем весьма существенное значение, в виду необходимости учитывать возможность образования снежных заносов в междуфонарной части покрытия. Эти моменты учитываются при расчете нижних поясов ферм путем суммирования напряжений от изгиба пояса с основными напряжениями от растяжения. В верхних поясах ферм, учитывая по результатам многочисленных испытаний болыпую их прочность сравнительно с нижними, учет изгибающих моментов от эксцентричного крепления решетки обычно не производят. По сегментным фермам имеется стандарт, дающий все0 элементы ферм при пролетах 10—35 м и нагрузках 400—1 700 кг/м.
Кроме сегментных ферм с гнутым верхним поясом известны случаи применения ферм сегментного очертания, но с верхним поясом, составленным из косяков по типу арок Делорма или же из дощатых прямолинейных элементов.
В последнем случае удачная конструкция фермы с фонарем получается при устройстве нижнего и верхнего пояса из брусьев и досок по рис. 1.
Верхний пояс этого типа требует небольшого количества гвоздей и хорошо работает на продольный изгиб из плоскости фермы. Ферма в целом легче и экономичнее соответствующей фермы с гнутым верхним поясом. Взамен сегментных ферм с надстройкой, поглощающей значительное количество материалов на самую надстройку и на связи, была предложена опрокинутая ферма сегментного очертания (рис. 2), значительно более легкая и экономичная.
Возможная конструкция узлов нижнего пояса такой фермы, совмещающихся со стыками в нем, представлена на рис. 3.
Стыковое соединение такого типа должно рассчитываться на действие момента от эксцентричного крепления решетки.
