Ферма что это такое в строительстве
Ферма (конструкция)
Ферма состоит из элементов: пояс, стойка, раскос, шпренгель (опорный раскос).
Содержание
История
Классификация
Фермы классифицируют по следующим признакам:
Область применения
Фермы широко используются в современном строительстве, в основном для перекрытия больших пролётов: мосты, стропильные системы промышленных зданий, спортивные сооружения.Так же данная конструкция может использоваться специалистами при производстве различных видов павильонов, сценических конструкций, тентов и подиумов.
Принцип действия
Если произвольным образом скрепить на шарнирах несколько стержней, то они будут беспорядочно крутиться вокруг друг друга, и подобная конструкция будет, как говорят в строительной механике, «изменяемой», то есть если на неё надавить, то она сложится, как складываются стенки спичечного коробка. Совсем другое дело, если Вы составите из стерженьков обычный треугольник. Теперь, сколько бы Вы ни давили, конструкция сможет сложиться, только если сломать один из стержней, или оторвать его от других. Это конструкция уже «неизменяемая». Конструкция фермы содержит в себе эти треугольники. И стрела башенного крана и сложные опоры, все они состоят из маленьких и больших треугольников.
Важно знать, что так как любые стержни лучше работают на сжатие-растяжение, чем на излом, то нагрузку к ферме следует прикладывать в точках соединения стержней.
Фактически стержни фермы обычно соединяют между собой не через шарниры, а жёстко. То есть, если взять два любых стержня и отрезать их от остальной конструкции, то они не будут вращаться относительно друг друга. Однако, в простейших расчётах этим пренебрегают и считают, что шарнир имеется.
Принцип расчёта ферм вырезанием узлов
Существует огромное количество способов расчёта ферм, как простых, так и сложных. Один из самых простых — расчёт вырезанием узлов. Данный способ подходит для простейших плоских ферм и применяется для обучения студентов ВТУЗов.
Для расчёта фермы все силы, действующие на ферму, сводят к её узлам. После того, как определены силы, действующие на ферму, считают реакции опор фермы. После того, как реакции определены, берут любой узел, в котором встречаются только 2 стержня и приложены какие-либо силы. Мысленно обрезают остальную часть фермы и получают узел, в котором встречаются несколько известных сил (например, реакции опор) и две неизвестных силы — те усилия, которые действуют в необрезанных нами стержнях фермы. Находят неизвестные усилия в стержнях, составляя уравнения равенства сил по любым двум осям. Далее, зная эти усилия, вырезают следующий узел и т. д., пока не будут найдены усилия во всех стержнях.
Примеры
См. также
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Ферма (конструкция)» в других словарях:
Ферма (значения) — Ферма: Ферма конструкция, основные элементы которой работают на растяжение сжатие Ферма сельскохозяйственное предприятие, принадлежащее фермеру Ферма животноводческое сельскохозяйственное предприятие Ферма в США обиходное… … Википедия
ФЕРМА — плоская конструкция, состоящая из соединенных между собой отдельных стержней или дисков, перекрывающая отверстие между опорами и передающая на последние воспринимаемую ею нагрузку. Арочная ферма Изготовляется из металла, дерева или железобетона.… … Технический железнодорожный словарь
Ферма — – плоская стержневая несущая конструкция. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Ферма – несущая стержневая конструкция, как правило… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Ферма стропильная — (от франц.) – строительная несущая конструкция для покрытия, как правило, больших пролетов, представляет собой плоскую конструкцию из стержневых элементов, соединяемых в шарнирных и/или жестких узлах, состоящая из элементов верхнего сжатого … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Ферма безраскосная — – Ферма безраскосная[ФЕРМА РАМНАЯ] – стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ФЕРМА БЕЗРАСКОСНАЯ — [ФЕРМА РАМНАЯ] стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой (Болгарский язык; Български) виренделова греда; рамкова ферма (Чешский язык; Čeština) rámový… … Строительный словарь
ферма (в строительной механике) — ферма Стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой, если в ней все жесткие узлы заменены шарнирными. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 82. Строительная механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 … Справочник технического переводчика
ферма безраскосная — Стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительная механика,… … Справочник технического переводчика
ФЕРМА — (от латинского firmus прочный) (строительное), стержневая несущая конструкция, у которой соединения стержней в узлах при расчете принимаются шарнирными. Металлические, железобетонные, деревянные и комбинированные фермы применяют в покрытиях… … Современная энциклопедия
Ферма (технич.) — Ферма (франц. ferme, от лат. firmus √ крепкий, прочный), несущая конструкция, состоящая из прямолинейных стержней, узловые соединения которых при расчёте условно принимаются шарнирными. Ф. применяют главным образом в строительстве (покрытия… … Большая советская энциклопедия
Ферма: особенности и разновидности
Практически каждое строительство не обходится без применения ферм. Ферма – сложное инженерное сооружение, применяемое для строительства частных домов, со скатной крышей. В состав этого сооружения входят стропилы, стойки и раскосы. Изготовить конструкцию не составляет труда, а вот подогнать под требуемые параметры – совсем иная задача. Исходя из современных тенденций, фермы считаются наиболее распространенных сооружениями, при возведении частных имений, загородных домов, дач и даже помещений служебного порядка (к примеру, амбары). Плюсы конструкции состоят в том, что создается специальный «колпак» надеваемый на дом, который не протекает, имеет высокую теплоустойчивость, а также внушительный эксплуатационный срок. В этой статье мы рассмотрим строение ферм, существующие разновидности, а также принцип их монтирования.
Что такое ферма?
Инженеры называют фермы стержневыми системами, которые остаются в прежней форме и состоянии после замены стандартных узлов на шарнирные. Чаще всего, изготовители производят сооружения с жесткими узлами, но редко кто делает шарнирные соединения.
В принципе, любую конструкцию можно воспринять как сквозную балку для перекрытия. Изготавливают их из металла, дерева, железобетона и иных материалов, в зависимости от места и условий эксплуатации. Один из важнейших расчетов – вес фермы, так как она надевается как «колпак» на готовый дом. Если сделать сооружение слишком тяжелым, то со временем фундамент и стены постройки начнут проседать, что приведет к полному разрушению конструкции.
Основные требования к конструкции
Чтобы сооружение прослужило долгую и надежную службу, выбирая ферму необходимо учитывать основные требования к ней:
Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что выбор фермы должен основываться, прежде всего, на ее эксплуатационных данных, а также надежности материалов, из которых она была изготовлена. Эстетичный вид – лишь финальный аспект.
Особенности ферм
Конструкция фермы состоит из целого ряда взаимосвязанных деталей: раскосы, стойки, обрешеток, балки различных диаметров и т.д. Все эти элементы образуют своеобразный «скелет» сооружения, при этом обеспечивая надежность и устойчивость к любому механическому воздействию.
Главной задачей фермы является распределение нагрузки оказываемой на крышу и стены дома. Как правило, конструкцию фермы изготавливают из различных сортов древесины, но в качестве аналога рассматриваются иные материалы (железобетон, металлопрокатная продукция и т.д.). Стоит отметить, что конструкции из дерева зачастую эксплуатируются для домов, чья квадратура не превышает 50-70 кв.м. Если площадь помещения больше 80 кв.м., рекомендуется использовать ферму, изготовленную из металла.
При не состыковке или несоответствии размерного ряда некоторых деталей, в ход идет метод врубки. Иными словами, это крепление досок при помощи гвоздей, саморезов и зубчатых кольцевых шпонок. В случае с использованием металлической основы или деталей, все манипуляции производятся при помощи сварочного аппарата.
Стоит заметить, что сбор конструкции фермы весьма простой, но трудоемкий процесс. Особую сложность представляет монтаж комбинированного вида сооружения, с одновременным использованием металлических и деревянных элементов.
Что касается вида изнутри помещения, то в жилых домах ферма отгораживается настилом из досок, а в складских помещениях – не всегда. Ранее было упомянуто о том, что применяются фермы в качестве кровли к жилым и складским постройкам. Дело в том, что скатная крыша обеспечивает максимальную защиту от влаги, а в совокупности с грамотной герметизацией и гидроизоляцией можно получить идеальное складское помещение, защищенное от сквозняков, капель дождя и снега, тумана, а также удерживающее внутри себя необходимую температуру. С экономической точки зрения, ферма довольно дешевое сооружение, что и обусловливает ее актуальность при проведении строительных работ.
Разновидности ферм
Ранее в статье было отмечено, что выбор кровли необходимо осуществлять, основываясь на материале из которого изготовлены стены. В противном случае, ферма может оказаться слишком тяжелой для стен, что приведет к проседанию фундамента, а также деформации постройки. Для легковесной конструкции фермы лучшим решением будет использования кирпичных стен. Для тяжеловесных – железобетонные или металлические опоры, колонны. Рекомендуется использовать стальные горячекатаные круги, диаметром 40-60 сантиметров.
Особенности сооружения позволяют классифицировать фермы по следующим характеристикам:
Помимо этого, стоит рассмотреть для какого вида помещения рекомендуется использовать те или иные типы ферм:
Для каждого здания можно подобрать конструкцию в индивидуальном порядке, основывая на его дальнейшем предназначении. У инженеров сложилось мнение, что заводские и промышленные склады лучше перекрывать трапециевидной фермой, а для жилых домов использовать плоскую конструкцию. Это обусловлено, в первую очередь эксплуатационными характеристиками данных сооружений, а лишь в последнюю – внешним видом здания.
С применением ферм окончено. Теперь необходимо понять, какими бывают эти сооружения по конструктивному оформлению:
Стоит подметить, что при постройке помещений с длинным и широким пролетом, для установки фермы используется тяжелый рамный «скелет». Это обеспечивает устойчивость конструкции, а также предубеждает ситуацию, в которой кровля может начать проседать. Для установки необходимо тяжелая грузовая спецтехника.
И последняя классификация ферм – материал изготовления. Как уже неоднократно упоминалось ранее, фермы производят из:
Какой материал лучше всего выбрать?
Одной из главной задач при выборе фермы является подбор материала, из которого она изготовлена. Таким образом, можно подобрать необходимые характеристики, устойчивость, требуемую степень прочность и т.д.
Деревянные конструкции
Самый популярный и часто используемый вариант. Конструкции изготавливаются по стандартам ГОСТ, поэтому все характеристики всегда в норме. Чаще всего их эксплуатируют для частных имений, а также в сельскохозяйственной и промышленной сфере.
Рассмотрим основные достоинства и преимущества продукции из дерева:
Металлические стропильные сооружения
Применяются фермы из металла для обеспечения максимальной жесткости и устойчивость сооружения. Зачастую, чтобы конструкция удерживалась на прежнем месте, используют дополнительные опоры, которые позволяют избежать деформации стен помещения.
Прежде чем осуществлять выбор фермы из металла рекомендуется ознакомиться с возможными плюсами и минусами:
К сожалению, у данной продукции есть существенные недостатки:
Помимо вышеописанных конструкций, набирают популярность фермы из железобетона, которые используются при строительстве многоэтажных зданий.
В заключение можно добавить, что с использованием конструкций ферм, строительный процесс значительно облегчился. Произведя грамотную установку, а также все необходимые манипуляции, можно получить надежную и долгосрочную конструкцию.
Строительные металлические фермы особенности конструкций
Строительная ферма — это металлическая структура, состоящая из отдельных наклонных раскосов или вертикальных стоек, которые соединены между собой в отдельные узлы, расположенные на нижнем и верхнем поясе фермы с помощью сварных соединений, их совокупности образуют жесткую конструкцию. Связанные стойки равномерно распределяют нагрузку по всей конструкции фермы, которая передает ее через опорные колоны на фундамент. При этом верхний пояс работает на осевое сжатие, а нижний на растяжение.
Виды и разновидности
Соединенные между собой раскосы образуют треугольник, который считается самой прочной геометрической фигурой. Поэтому практически любая конструктивная схема фермы, независимо от ее вида, состоит из набора определенного количества не изменяющихся геометрических фигур в виде треугольников.
Элементы ферм
Фермы состоят из следующих элементов:
Узловые соединения могут быть:
Разновидности изделий
Стальная ферма, по сравнению с цельными балками, имеет более легкий вес, на ее изготовление уходит меньше металла, при этом она отличается высокой несущей способностью. А по своей конструкции и распределению вертикальных нагрузок фермы делятся на два вида:
Структурные устройства намного сложнее при сборке, но благодаря своей конструкции, способны нести как вертикальную, так и боковую нагрузку. При этом для них не требуется монтировать дополнительных прогонов для связи с другими металлоконструкциями, поэтому их часто используют для одного цельного перекрытия больших и довольно широких пролетов с минимальным количеством опорных колонн.
Конструкционные особенности
Любые металлические устройства, независимо от их конструкции, контура и формы, имеют свои особенности и определенные параметры. Но все же по способу установки, кроме классической, когда структурное устройство опирается на опоры двумя концами, иногда встречаются конструктивные сооружения, у которых один край получается висячим, то есть без опоры. Обычно они монтируются для перекрытий зданий, у которых скат крыши выносится далеко за пределы наружных стен.
Контуры и формы ферм
В зависимости от конструкции, фермы могут быть прямой, одно или двухскатной формы. По контуру различаются на несколько видов:
Виды решеток
Существуют следующие виды решеток:
Существуют также специальные крестовые, шпренгельные и другие решетки.
Зависимость конструкции от угла наклона
Важным параметром конструкции ферм является их угол наклона, и в зависимости от него конструкции делятся на 3 группы:
Преимущества строительных ферм
Практически все строительные фермы имеют немалые преимущества перед цельнометаллическими балками, среди которых основными являются:
Изготовление конструкций
Как правило, конструкции ферм, изготавливаемых из металла, подбираются в зависимости от проектируемого угла наклона их верхнего пояса, ширины перекрываемого пролета и назначения. Если принимать во внимание перекрытия промышленных зданий, мостовых и эстакадных пролетов, где они чаще всего используются, то для этого изготавливаются фермы строительные со стандартной длиной 12, 18, и 24 м/п.
Общие требования
Для более тяжелых и ответственных конструкций (мостов и путепроводов) применяются двутавровые балки и швеллера. Все гидротехнические сооружения собираются из элементов круглого сечения или профильных труб.
Чаще всего для сборки стандартных строительных ферм используется усиленный прокатный уголок. При этом для изготовления всех ее элементов применяется спаренный уголок, заготовки которого соединяются между собой с помощью сварки специальными, вставленными между ними металлическими пластинами (рыбками). Уголки спариваются таким образом, чтобы их поперечное сечение напоминало тавровое сечение.
Правда, в последнее время металлические конструкции этой конфигурации стали пользоваться меньшим спросом из-за трудоемкости сборки, сварки и покраски. Альтернативой таким сооружениям все больше становятся стальные профильные или круглые трубы.
Правильный расчет
Необходимо понимать, что сделать качественный расчет несущего устройства можно только при наличии специальных знаний с учетом требований СНиП и многих других многочисленных факторов. Для того чтобы грамотно сделать расчет, проектировщики используют специальные программы.
Рассчитывая проект инженерного устройства, обязательно все полученные значения должны наноситься в проектный чертеж, без которого сборка конструкции будет практически невозможной.
Изначально перед составлением чертежного проекта подготавливается схема фермы с указанием основной зависимости уклона верхнего пояса и общей длиной будущего изделия. Также следует принимать во внимание и такие факторы, как:
Как только основные параметры будут рассчитаны, следует определиться со схемой конструкции. Лучше всего для этого воспользоваться специальными программами, которые можно свободно найти в интернете. Например, можно воспользоваться программой «Расчет ферм».
Сборка конструкции
Все элементы ферм для перекрытия длинных пролетов изготавливаются и подгоняются в заводских условиях, там же производится и часть сборки конструкции. Полный ее монтаж выполняется непосредственно на строительной площадке строго по детализированным чертежам, которые идут в комплекте с изделием. На чертеже обозначены отдельные маркировки всех деталей конструкции и предоставлена инструкция, поясняющая весь процесс сборки.
Обычно на заготовках изделия имеются специальные монтажные отверстия, с помощью которых можно собрать и временно закрепить без использования струбцин и специальных крепежных хомутов все детали конструкции при подготовке ее к сварочным работам.
Если таких отверстий нет, временная фиксация заготовок производится при помощи струбцин и короткими сварными швами.
Большинство деталей устройств из металла сваривается электросваркой или соединяется с помощью болтовых соединений. Степень надежности таких соединений зависит от усилия, с которым затягивались болты. Обычно такая работа производится двумя монтажниками, которые затягивают гайки с помощью ключей с удлиненными рукоятками или пневматическими гайковертами.
Полное соединение элементов конструкции ферм электросваркой производятся в случаях, когда требуется получить максимально прочное соединение. Особо важные крепления деталей могут производиться с помощью толстых стальных заклепок.
Монтаж собранных конструкций производиться при помощи крана, а тяжелые конструктивные структуры могут устанавливаться двумя кранами. После монтажа полностью собранной конструкции на колонны, она приваривается к закладной пластине, жестко зафиксированной на оголовнике колонны.
Что такое ферма?
Сейчас такой тип фермы называется «шалаш» и большого интереса с точки зрения обеспечения человека жильем не представляет (разве что для влюбленных), зато другой вид ферм с глубокой древности является неизменным атрибутом большинства домов, имеющих скатную крышу и как правило состоит из стропил, стоек и раскосов. Одним словом получилось так, что сделать ферму могут практически все, а вот рассчитать сечение стержней фермы на заданную нагрузку могут единицы. И это печально, так как потребность в фермах с каждым днем только увеличивается. Данная статья вряд ли изменит сложившуюся ситуацию, но надеюсь, поможет желающим хоть немного разобраться в сложном и увлекательном мире ферм.
Любую ферму можно рассматривать как балку перекрытия, только не сплошную, а сквозную. Как и балки сплошного сечения, изготовленные из древесины, металла, железобетона, другого материала, фермы используются для перекрытия различных пролетов. Но в отличие от балок сплошного сечения, в фермах прочностные свойства материала, из которого изготовлена ферма, используются максимально. Например:
Рисунок 1.
Конструкция, показанная на рисунке 1.в, является простейшим видом фермы.
Конечно же в абсолютном большинстве случаев фермы изготавливаются с достаточно жесткими узлами, специальных шарнирных соединений никто не делает, а
условная замена жестких узлов шарнирными нужна для максимального упрощения расчета
Так ферма, показанная на рисунке 1.в, является статически определимой системой, т.е. определить нормальные напряжения в стержнях такой фермы мы можем, используя стандартный набор из трех уравнений равновесия. А если бы узлы фермы были жесткими, то такая ферма была бы трижды статически неопределимой со всеми вытекающими отсюда последствиями. Как показывает практика, результаты расчетов параметров фермы при условной замене жестких узлов шарнирными достаточно близки к результатам для фермы с жесткими узлами при соотношении длины стержня к его высоте или ширине l/h > 10 и при приложении нагрузки в узлах фермы. А чтобы такие расчеты можно было смело производить, конструкция должна быть геометрически неизменяемой.
Наглядно представить, что такое
геометрическая неизменяемость
Фотография 1. Магнитная мозаика.
Из деталей такого конструктора можно собирать достаточно сложные объемные конструкции, намного сложнее чем, та что показана на фотографии 1. Однако пока объемные конструкции нас не интересуют, поэтому оставим их создание и исследование детям, а сами рассмотрим две плоские конструкции:
Если мы соберем из трех стержней и трех шариков конструкцию, похожую на нашу ферму (рисунок 2.а), то как бы мы ни прикладывали нагрузку Q к узлу С (разумеется в плоскости конструкции и при этом узлы А и В будут иметь какую-то опору, например, стол), то конструкция будет сохранять свою геометрическую форму треугольника до тех пор, пока сила, приложенная к узлу С не превысит силу сцепления магнита и шарика. Если мы добавим к этой конструкции еще один стержень и еще один шарик так, как показано на рисунке 2.б, то такая конструкция будет очень неустойчивой и если сразу не сложится под действием силы тяжести, то даже при незначительном воздействии некоторой силы Q все равно сложится, т.е. изменит свою геометрическую форму. Чтобы сделать конструкцию, показанную на рисунке 2.б, геометрически неизменяемой, достаточно добавить всего лишь один стержень между узлами D и В. Если добавлять к конструкции на рисунке 2.а по два стержня и одному шарику так, чтобы получался новый треугольник, то мы таким образом можем получить достаточно длинную, геометрически неизменяемую и статически определимую ферму. Вообще вариантов компоновки стержней может быть много, некоторые из этих вариантов рассматриваются ниже.
Само собой кроме плоских ферм, у которых оси всех стержней расположены в одной плоскости, как в вышерассмотренных случаях, в строительстве применяются пространственные фермы, оси элементов которых не лежат в одной плоскости, как на фотографии 1. Расчет пространственных ферм часто удается свести к расчету нескольких плоских ферм. Впрочем, расчет как пространственных, так и плоских ферм не является темой данной статьи.
Классифицировать фермы можно по следующим 5 признакам:
Рисунок 3. Рисунок 4.
1. Характер очертания внешнего контура
Фермы бывают с параллельными поясами (рис. 3), с ломаным или так называемым полигональным расположением поясов. К последним относятся, например, фермы с параболическим очертанием верхнего пояса (рис. 4.д) и фермы треугольного очертания (рис.1.в).
2. Тип решетки
По этому признаку фермы делятся на фермы с треугольной решеткой (рис. 3.а), фермы с раскосной решеткой (рис. 3.б), фермы с полураскосной решеткой (рис. 3.в), фермы с ромбической решеткой (рис 3.г), двухрешетчатые (рис. 3.д), многорешетчатые рис. 3.е).
3. По типу опирания
4. Назначение фермы
В зависимости от назначения различают фермы стропильные, крановые, башенные, мостовые и другие.
5. Уровень езды
Мостовые фермы в зависимости от уровня езды делятся на фермы с ездой понизу, фермы с ездой поверху и фермы с ездой посередине.
Далее нас, как строителей и проектировщиков довольно мелкого масштаба будут интересовать только стропильные фермы. Основные принципы расчета ферм не так сложны, как может показаться на первый взгляд.
Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»
Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783
Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV
Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).