Конструкция ферма это: Ферма (конструкция) — Википедия – их конструкция, свойства, разновидности и схема

это что такое? Строительная конструкция

На чтение 6 мин.

Самое распространенное значение слова «ферма» – сельскохозяйственное предприятие, предназначенное для животноводства. Но сейчас речь не о месте ведения подсобного хозяйства. Здесь собрана вся информация о вероятно древнейшей строительной конструкции, которая до сих пор актуальна в современной жизни. Она имеет широкое применение в строительстве, особенно в конструировании мостов и спортивных сооружений.

Ферма – это система, состоящая из стержней, которая остается геометрически неизменной при смене ее жестких узлов шарнирными. К ней также относятся и шпренгельные балки, которые представлены комбинацией из двух- или трехпролетной неразрезанной балки и подпружной тяги.

Где используется?

Как уже упоминалось, ферма в строительстве является незаменимым элементом. С ее помощью строители облегчают конструкцию сооружения и уменьшают расход необходимых материалов. Без использования фермы не обходится строительство мостов, стадионов, ангаров, а также декоративных сооружений, таких как павильоны, сцены, подиумы и т.д.

При проектировке корпуса корабля, самолета, тепловоза расчет прочности происходит таким же способом, как и расчет нагрузки на ферму.

Классификация

Ферма – это конструкция, состоящая из стержней, которые связаны между собой в узлах и образуют статически неизменную систему. Классификация ферм может быть проведена по множеству свойств.

По грузоподъемности конструкции

  • Легкие. В них используется одностенчатое сечение. Легкие фермы чаще всего используются в промышленном строительстве.
  • Тяжелые. Тяжелые фермы применяются в конструкции башенных кранов, спортивных стадионов и т.д. В них используются стержни более сложного сечения, нежели в легких. Как правило, они состоят из двух-трех частей из-за большой расчетной длины и возлагаемой на них нагрузки. Чаще всего используют двухстенчатое сечение с двухплоскостным узловым сопряжением.

По общим признакам

  • По назначению. По назначению фермы бывают башенные, мостовые, крановые, фермы покрытия, опорные конструкции и т.д.
  • По типу материала. Дерево, сталь, алюминий, железобетон и т.д. – из всего этого может быть изготовлена строительная ферма. Это существенное достоинство данной системы. Также можно комбинировать несколько видов материала.
  • По особенностям конструкции. Существуют разнообразные типы сечения, типы решетки, виды опорных конструкций, а также типы поясов строительной конструкции фермы.

По пространственному признаку

  • Плоские. Фермы берут на себя вертикальную нагрузку, т.к. х стержни располагаются в одной плоскости.
  • Пространственные. Распределяют нагрузку по всей своей площади. Пространственная ферма образована из множества плоских ферм, объединённых между собой особыми способами.

По типу

  • Балка Виренделя.
  • Ферма Уоррена.
  • Ферма Пратта.
  • Ферма Больмана.
  • Ферма Финка.
  • Треугольная ферма.
  • Кингпост.
  • Ферма с перекрестными подкосами.
  • Решетчатая городская конструкция.
  • Ферма под верхний свет.

Особенности конструкции

Классификация фермы по особенности конструкции достаточно обширна. Далее каждая из особенностей будет рассмотрена более детально.

Типы сечения

Поперечное сечение в строительной ферме выполнено из прокатных профилей. Оно может быть в виде:

  • Уголка (одиночного или двойного).
  • Трубы (круглой или квадратной).
  • Швелера.
  • Тавра или двутавра.

Типы пояса

Очертания пояса могут быть представлены в виде:

  • Трапеции. Его достоинство заключается в том, что такой вид пояса ужесточает рамный узел, соответственно, вместе с ним увеличивается и жесткость здания.
  • Треугольника. Такой вид пояса используют для балочных и консольных систем. Он имеет массу недостатков, таких как нерациональный расход металла при распределении нагрузки, сложность опорного узла и т.д.
  • Параболы. Данный пояс является самым трудоемким. Поэтому сегментные фермы используются очень редко.
  • Многоугольника. Полигональные фермы применяются чаще, чем сегментные. Т.к. в них перелом в узлах конструкции не так ощутим.
  • Параллельных поясов. Чаще всего используются для покрытия промышленных зданий. Они имеют идентичную схему узлов, равные по размеру элементы решетки, также они обладают повторяемостью элементов и деталей.

Типы решетки

Существуют шесть типовых вариантов решетки:

  • Треугольная.
  • Ромбическая.
  • Шпренгельная.
  • Крестовая.
  • Раскосая.
  • Полураскосая.

Типы опоры

Существуют 5 видов опорных конструкций. Для того чтобы выбрать опорный узел, нужно знать схему расчёта. От нее зависит, будет ли опорный узел шарнирным или жестким. Виды опор:

  • Балочная или консольная.
  • Арочная.
  • Вантовая.
  • Рамная.
  • Комбинированная.

Принцип действия

Уникальность этой конструкции заключается в ее «неизменности» под воздействием внешних факторов. Нагрузка на эту систему бывает достаточно большая. Ферма представляет собой множество объединённых в одну конструкцию треугольников. Нагрузка в них сосредоточена в месте соединения узлов, т.к. стержни лучше проявляют свои свойства в процессе сжатия-растяжения, а не на излом. В современном строительстве чаще всего используют жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Из этого следует, что при отделении одного из них от цельной конструкции они останутся в неизменном по отношению друг к другу положении.

Принцип расчета ферм вырезанием углов

Этот способ расчета ферм является самым простым. Данный способ преподают во многих технических учебных заведениях.

Ферма – это конструкция, нагрузка на которую сосредоточена в ее узлах. Следовательно, нужно рассчитать все внешние факторы, которые будут являться нагрузкой на узлы. Затем — вычислить реакцию опоры и найти узел, в котором присутствуют 2 стержня с приложенной на них силой. Условно необходимо отделить всю остальную часть фермы и получить узел, в котором будет несколько известных значений и 2 неизвестных. Затем нужно составить равенство по двум осям и рассчитать неизвестные значения. Таким же образом выделяют следующий узел, и так до тех пор, пока ферма не будет рассчитана.

Основные типы ферм

  • Балка Виренделя – это система, где все ее части образуют прямоугольные отверстия и тем самым соединяются в жесткую раму. Она по своей конструкции не подходит под строгий термин «фермы», т.к. в этой балке отсутствует пара сил. Ее разработал бельгийский инженер Артур Вирендель. Но т.к. эта конструкция достаточно массивна, ее редко можно встретить в современной архитектуре.

  • Ферма Уоррена.
    Это упрощенная версия конструкции Пратта-Хова. Она работает по принципу сжатия-растяжения. Чаще всего выполнена из стального проката.
  • Ферма Пратта. Патент на данное сооружение принадлежит отцу и сыну из Бостона. Калеб Пратт и Томас Уилсон были двумя инженерами. Они использовали сжатые части по вертикали, а растянутые — по горизонтали. Поэтому нагрузка одинаково хорошо распределяется как сверху, так и снизу.
  • Ферма Больмана имеет достаточно сложную и неудобную конструкцию. Свою популярность в США данное сооружение получило из-за политических достоинств ее создателя. Изобретатель красноречиво говорил про ферму, пусть даже и не все соответствовало действительности. Больман сумел продвинуть свое изобретение с помощью американского правительства, которое порой принуждало градостроителей использовать данную конструкцию при проектировке мостов. Среди обладателей патентов строительных ферм есть немало наших соотечественников, но еще ни одна «русская» ферма не продвигалась в массы столь оригинальным способом.
  • Ферма Финка является упрощенной версией фермы Больмана. Он просто укоротил все ее элементы и тем самым сделал ее более эффективной. Также она имеет схожесть с конструкцией фермы Пратта. Она отличается от нее лишь отсутствием нижней балки.
  • Треугольная ферма. Также ее называют «бельгийской». Это современная конструкция, которая представлена в виде треугольников со шпренгелями.
  • Кингпост — самый простой вариант фермы. Он представляет собой пару опор, опирающихся на вертикальную балку.
  • Решётчатая городская структура была создана для замены огромных деревянных мостов. Она достаточно проста по своей конструкции. Для нее применяют обычные деревянные доски, присоединённые друг к другу под углом, которые, в свою очередь, образуют решетку.

Ферма (конструкция) - Вики

Ферма ж/д моста, используемая в конструкции антенны АДУ-1000. Ферменный мост для пешеходов, однопутной железной дороги и поддержки трубопровода. Египетский корабль с верёвочной фермой, самым старым известным использованием стропил. Фермы не употреблялись до римской эпохи.

Фе́рма (фр. ferme, от лат. firmus ‘прочный’) — стержневая система в строительной механике, остающаяся геометрически неизменяемой после замены её жёстких узлов шарнирными. В элементах фермы, при отсутствии расцентровки стержней и внеузловой нагрузки, возникают только усилия растяжения-сжатия. Фермы образуются из прямолинейных стержней, соединённых в узлах[1] в геометрически неизменяемую систему, к которой нагрузка прикладывается только в узлах[2].

К фермам с оговоркой можно отнести шпренгельные балки, представляющие собой комбинацию двух- или трёхпролётной неразрезной балки и подпружной тяги; они характерны для стальных и деревянных конструкций, с верхним поясом из неразрезного прокатного профиля (пиленые брусья или пакеты клееных досок). Также могут быть шпренгельные железобетонные фермы небольших пролётов.

Этимология

Слово «ферма» происходит от фр. ferme, которое в свою очередь восходит к лат. firmus (прочный).

Англоязычный эквивалент (англ. truss) происходит от старого французского слова фр. trousse, примерно от 1200 года н. э., что означает «вещи, собранные вместе»

[3][4]. Термин truss (ферма) часто используется для описания любой сборки элементов — таких, как псевдо-рамы[5][6] или пары стропил[7][8], часто означает инженерный смысл: «плоская рама из отдельных конструктивных элементов, соединённых концами в треугольники, для охвата большого расстояния»[9].

Область применения

Схема несущего кузова автомобиля. Роль элементов фермы играют приваренные к оболочке кузова усилители и выштамповки на ней.

Фермы широко используются в современном строительстве, в основном для перекрытия больших пролётов с целью уменьшения расхода применяемых материалов и облегчения конструкций, например — в строительных большепролётных конструкциях, типа мостов, стропильных систем промышленных зданий, спортивных сооружений, а также при возведении небольших лёгких строительных и декоративных конструкций: павильонов, сценических конструкций, тентов и подиумов;

Фюзеляж самолёта, корпус корабля, несущий кузов автомобиля (кроме открытых кузовов, работающих как простая балка), автобуса или тепловоза, вагонная рама со шпренгелем — с точки зрения сопромата являются фермами (даже если у них отсутствует как таковой каркас — ферменную конструкцию в этом случае образуют подкрепляющие обшивку выштамповки и усилители), соответственно, в их расчётах на прочность применяются соответствующие методики

[10].

История

В 1844 году Д. И. Журавский начал изучать свойства мостов с решётчатыми фермами системы Гау по поручению П. П. Мельникова[11], а в 1856 году разработал свою теорию расчёта раскосных ферм и первый указал на существование скалывающих напряжений при изгибе.

В 1893 году

Что такое ферма? - Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

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.

Когда мы рассчитываем параметры поперечного сечения балки, за основу мы берем максимальный изгибающий момент. В итоге материал балки постоянного сечения, показанной на рисунке 1.а, будет использован, условно говоря, на 25%, так как максимальный изгибающий момент действует только в одном сечении посредине балки, а на опорах он равен нулю. Если мы изготовим балку переменного сечения, как показано на рисунке 1.б, то материал такой балки будет использован, условно говоря, на 50%, так как нормальные сжимающие и растягивающие напряжения распределяются по всему сечению балки и максимальных значений достигают вверху и внизу балки. А если мы изготовим некую конструкцию, показанную на рисунке 1.в, то на стержни такой конструкции вообще не будет действовать изгибающий момент (конечно, при условии, что нагрузка будет приложена так, как показано на рисунке 1.в). В стержнях АС и ВС будут действовать сжимающие напряжения, а в стержне АВ - растягивающие.

Конструкция, показанная на рисунке 1.в, является простейшим видом фермы.

Ферма - это стержневая система, которая останется геометрически неизменяемой после условной замены ее жестких узлов шарнирными

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

лучше всего поможет обычный детский конструктор из стальных шариков и разноцветных стерженьков с магнитами - магнитная мозаика:

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:

Рисунок 2.

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.

Расстояние между осями опор фермы l называется пролетом. Стержни, расположенные по внешнему контуру фермы называются поясными и образуют верхний сжимаемый и нижний растягиваемый пояс фермы. Стержни АС и ВС на рисунке 1.в образуют верхний пояс, стержень АВ - нижний пояс. Стержни, соединяющие верхний и нижний пояс, образуют решетку фермы. Вертикальные стержни, на которые действуют сжимающие напряжения, называются стойками, наклонные стержни называются раскосами. Расстояние между соседними узлами любого пояса фермы обычно измеряется по горизонтали и называется панелью.

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

фермы могут быть закрепленными у обоих концов - балочными (рис. 4.а) или арочными (рис. 4.д, е), консольными - закрепленными у одного конца (рис. 4.б), балочно консольными (рис. 4.в, г)

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.

виды ферм, описание, классификация и принцип работы

В строительстве фермы охватывают разные сферы применения, выступая силовыми механическими и каркасными элементами конструкций. В сущности, они представляют собой стержневые системы, которые в зависимости от условий эксплуатации могут обеспечивать разную степень растяжения и сжатия. Но это упрощенное устройство данного элемента, поскольку встречаются и сложные системы, представляющие комплексные фермы. Виды ферм такого типа формируются прямолинейными стержнями, которые соединяются в узлы. Кроме строительства, стоит отметить и животноводческие хозяйства, в которых также применяются фермы, но уже другого рода.

фермы виды ферм

Общая классификация строительных ферм

Конструкции такого типа достаточно широко представлены в разных исполнениях. Одним из главных способов их разделения является признак назначения. Так, выделяют мостовые, башенные и грузоподъемные крановые системы. В местах, где требуется обеспечить стропильную конструкцию, также задействуются конструкции покрытий, выступающие опорными компонентами. Распространенным признаком для классификации является и способ опирания, от которого зависит техническое устройство объекта. В частности, выделяют двухопорные, многоопорные, винтовые и арочные строительные фермы. Виды комбинированных опор можно назвать универсальными. При условии правильного расчета нагрузок и механизмов фиксации такие системы подходят для разных систем опирания, среди которых шарнирные и жесткие механизмы. Чтобы избежать деформирующих процессов и разрушений при эксплуатации, важно учесть и способность конструкции справляться с нагрузками. По признаку грузоподъемности выделяют легкие и тяжелые фермы. В первом случае профильные компоненты способны выдерживать до 300 т на 50-метровый пролет, а во втором – более 300 т.

Конструкционные особенности ферм

вид рыбной фермы

В большинстве случаев главной функцией строительных ферм выступает силовая поддержка. Основа конструкции как таковая имеет незначительную несущую способность, поэтому основное внимание в этом плане уделяется армирующим поясам, которые и определяют общую систему комплекса. Выделяют двухпоясные и трехпоясные конструкции. Очевидно, что с точки зрения несущей способности выгоднее использовать дополнительно укрепленные фермы. Виды ферм с тремя поясами обладают более высокими показателями прочности, сопротивления изгибу и кручению. Эти качества избавляют инженеров от потребности формирования дополнительных связок, поскольку основная система армирования обеспечивает достаточную стойкость сжатого контура. В то же время усиливающие пояса могут иметь разное конструкционное исполнение, различаться по габаритам и параметрам уклона. В промышленных и общественных зданиях, например, нашли применение рыбчатые и вспарушные системы контуров, в которых реализуется система параллельных поясов.

Виды деревянных ферм

виды стропильных ферм

Довольно значимым признаком разделения ферм является и материал. Несмотря на растущую популярность полимерных и комбинированных конструкций, по-прежнему основными видами являются металлические и деревянные устройства. Последние чаще всего используются в односкатных и двухскатных крышах. С их помощью формируются стропильные системы в разных версиях. К примеру, наслонные монтажные ноги предполагают создание опор на столбы или стены дома в односкатных конструкциях. С другой стороны, для двускатных систем используются разные виды стропильных ферм, среди которых арочные и висячие устройства. В первом случае выполняется основа из дощатых арок, которая обеспечивает поддержку кровельного покрытия за счет прогонов. Висячие ноги в процессе монтажа скрепляются затяжками, которые не дают отдельным элементам расходиться и деформировать каркас дома.

виды стальных ферм

Металлические фермы

Основным признаком классификации таких ферм является тип сечения профильных элементов. Существуют замкнутые и открытые компоненты. Закрытые системы формируются с помощью элементов прямоугольной или круглой формы. Что касается открытых систем, в них применяются парные и одиночные уголки, швеллеры, тавровые изделия и другая продукция металлопроката в виде мелкого профиля. Далее стоит отметить разнообразие усиливающих компонентов, которые служат для поддержки поясов. Даже высокопрочные виды стальных ферм в зависимости от условий эксплуатации могут нуждаться в дополнительном креплении опоры. Распространенные железобетонные плиты, к примеру, требуют соответствующей силовой поддержки, которую можно обеспечить только металлическими фермами с накладками толщиной до 14 мм. Чем больше шаг пролета в ферме, тем выше требования к усиливающей фурнитуре.

Принципы работы строительных ферм

Для понимания рабочего процесса, на котором основываются системы ферм, следует обратиться к их традиционному устройству. Конструкция ферм включает треугольники, которые могут устанавливаться на шарниры. Например, сложные опоры типа стрелы башенного автокрана содержат треугольники разных размеров – мелкие и крупные. Поскольку любой стержень эффективнее проявляет свои эксплуатационные свойства в процессах сжатия-растяжения, а не изгиба, то основное усилие прилагается в местах, где находятся узлы соединения фермы. Виды ферм с шарнирным соединением все же являются редкостью – в большинстве случаев крепление выполняется жестко и с расчетом на неизменность позиции. Иными словами, даже если два стержня в металлической конструкции вырезать, то они не будут вращаться.

виды животноводческих ферм

Животноводческие фермы

В животноводческой отрасли ферма является объектом сельскохозяйственного назначения, на котором, как правило, осуществляется выращивание скота. Такие объекты могут входить в агротехнические комплексы совхозов, колхозов и других предприятий, занимающихся хозяйственной деятельностью. Современные фермы отличаются наличием средств механизации, которые позволяют минимизировать ручной труд в процессе содержания животных. В таких комплексах могут предусматриваться агрегаты, обеспечивающие автоматическую подачу корма, дойку, уборку и т. д. Набирает популярность и вид рыбной фермы, который требует уже других подходов к технической организации хозяйства. Например, владелец должен обеспечить возможность регулярной очистки воды, воздуха, предусмотреть те же системы кормления. Созданные условия и сформируют полноценный комплекс фермы.

строительные фермы виды

Классификация ферм для животных по конструкции

Если строительные фермы ориентируются на функции выполнения силовой поддержки конструкций, то в данном случае предполагается извлечение финансовой прибыли. Этот фактор не может не влиять на подходы к технической организации таких объектов. Крупные предприятия выбирают комплексное строительство ферм с нуля. Такой вариант позволяет реализовать хозяйства, рассчитанные на большие объемы производств. Но в среде малого бизнеса все большее распространение получают виды животноводческих ферм, представляющие собой компактные мини-комплексы сборного типа. Как правило, они предусматривают в составе технического обеспечения полный комплект необходимого оборудования, но только с расчетом на меньшее количество голов.

Заключение

виды деревянных ферм

При всех отличиях в строительных и животноводческих фермах, можно выделить точки их схождения. Так, при организации хозяйств для разведения овец, свиней или коров неизбежно возникает необходимость сооружения больших помещений ангарного типа. Как раз в них и могут использоваться металлические или деревянные фермы. Виды ферм для скота практически в любом исполнении требуют обслуживания больших площадей, которые целесообразно устраивать с помощью панельных и стропильных систем. Оптимальным вариантом считается каркасная конструкция, включающая и элементы строительных ферм. Такие профили могут использоваться и частично, и в качестве полноценного компонента для технической поддержки конкретного объекта.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *