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 досі актуальна в сучасному житті. Вона має широке застосування в будівництві, особливо в конструюванні мостів і спортивних споруд. Ферма – це система, що складається із стрижнів, яка залишається геометрично незмінною при зміні її жорстких вузлів шарнірними. До неї також належать і шпренгельние балки, які представлені комбінацією з двох - або трипрольотні нерозрізані балки і подпружной тяги.

Де використовується?

Як вже 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.

По 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. В них використовуються стрижні більш складного перерізу, ніж в легенях. Як правило, вони складаються з двох-трьох частин через великий розрахункової довжини і яке зазнає на них навантаження. Найчастіше використовують двухстенчатое перетин з двоплощинним вузловим з'єднанням.

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 і т. д. – з усього цього може бути виготовлена будівельна ферма. Це суттєва перевага даної системи. Також можна комбінувати декілька видів матеріалу.

За особливостями конструкції. Існують різноманітні типи перерізу, типи решітки, види опорних конструкцій, а також типи поясів будівельної конструкції ферми.

За просторовою ознакою

Плоскі . Ферми беруть на себе вертикальне навантаження, т. к. х стрижні розташовуються в одній площині.

Просторові . Розподіляють навантаження по всій своїй площі. Просторова ферма утворена з багатьох плоских ферм, об'єднаних між собою особливими способами.

За типом

Балка Віренделя.

Ферма Уоррена.

Ферма Пратта.

Ферма Больмана.

Ферма Фінка.

Трикутна ферма.

Кингпост.

Ферма з перехресними підкосами.

Решітчаста міська конструкція.

Ферма під верхнє світло.

Особливості конструкції

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

Типи перерізу

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

Куточка (одиночного або подвійного).

Труби (круглої або квадратної).

Швелера.

Тавра або двотавра.

Типи пояса

Обриси пояси можуть бути представлені у вигляді:

Трапеції . Його достоїнство полягає в тому, що такий вид пояса посилює рамний вузол, відповідно, разом з ним збільшується і жорсткість будівлі.

Трикутника . Такий вид пояси використовують для балкових і консольних систем. Він має масу недоліків, таких як нераціональний 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. Т. к. в них перелом у 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 володіють повторюваністю елементів і деталей.

Типи решітки

Існують шість типових варіантів решітки:

Трикутна.

Ромбічна.

Зв'язали.

Хрестова.

Розкоса.

Полураскосая.

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:

Балкова 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 являє собою безліч об'єднаних в одну конструкцію трикутників. Навантаження в них зосереджена у місці з'єднання вузлів, т. к. стрижні краще проявляють свої властивості в процесі стиснення-розтягування, а не на злам. У сучасному будівництві найчастіше використовують тверде, 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 положенні.

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 прикладеною 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 всі її частини утворюють прямокутні отвори і тим самим з'єднуються в жорстку раму. Вона по своїй конструкції не підходить під строгий термін «ферми», т. к. в цій балці відсутня пара сил. Її розробив бельгійський інженер Артур Вирендель. Але оскільки 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 дану споруду 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 Больмана має досить складну й незручну конструкцію. Свою популярність в США ця споруда дістала з-за політичних переваг її творця. Винахідник красномовно говорив про ферму, нехай навіть і не все відповідало дійсності. Больман зумів просунути свій винахід з допомогою американського уряду, яке деколи примушувало містобудівників використовувати дану конструкцію при проектуванні мостів. Серед власників патентів будівельних ферм є чимало наших співвітчизників, але ще жодна "російська" ферма не просувалася в маси настільки оригінальним способом.

Ферма Фінка є спрощеною версією ферми Больмана. 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 у вигляді трикутників з шпренгелями.

Кингпост - 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 по своїй конструкції. Для неї застосовують звичайні дерев'яні дошки, приєднані один до одного під кутом, які, в свою чергу, утворюють решітку.