В нижних поясах всех ферм действуют: Как же действует продольная сила на ферму и что такое изгибающий момент?

Как же действует продольная сила на ферму и что такое изгибающий момент?

Продолжаем пополнять копилку теоретических знаний!
Как же действует продольная сила на ферму и что такое изгибающий момент?

Продольная сила – это сила, действующая продольно относительно центральной оси фермы.

Примеры ситуаций, в которых возникает продольная сила:
• Башни
• Колонны
• Стропильные фермы в кровле MPT или ST.

Максимально допустимая продольная сила определяется основными поясами фермы. Увеличения силы можно добиться увеличением диаметра основного пояса или толщины стенок основного пояса.

Изгибающий момент – это сумма всех моментов и реакционных нагрузок, проходящих через центральную ось фермы в любой точке.
Другими словами, сила, необходимая для прогиба фермы.

Примеры ситуаций, в которых возникает изгибающий момент:
• Влияние собственной массы в результате действия силы тяжести
• Временная нагрузка, например, осветительное или звуковое оборудование

• Шторы, занавесы
• Факторы воздействия окружающей среды, такие как сила ветра, снеговая нагрузка, лед.

Изгибающий момент действует как сила сжатия в верхнем основном поясе и как с ила растяжения в нижнем основном поясе. Связи используются для сохранения расстояния между верхним и нижним основными поясами. Максимально допустимый изгибающий момент можно увеличить, выбрав ферму с большим расстоянием между верхним и нижним основными поясами (например, ферму большего размера). Это позволит увеличить расстояние между силами.

Второй способ повышения допустимого изгибающего момента – увеличение допустимой продольной силы в основном поясе путем увеличения диаметра или толщины стенки основного пояса. Основные пояса фермы могут также подвергаться действию изгибающего момента, который может быть вызван неравномерным распределением изгибающего момента или размещением больших нагрузок между узловыми точками.

Статически определимые фермы — СтудИзба

Основные понятия и определения.

Ферма — такая стержневая система, которая сохраняет геометрическую неизменяемость в случае если во всех местах соединения ее стержней (узлах фермы) врезать шарниры (рис.1). Стержни, представляющие собой верхнюю часть контура фермы, называют верхним поясом фермы, нижнюю часть — нижним поясом фермы. Расстояние между двумя соседними узлами любого из поясов фермы называется панелью фермы. Вертикальные стержни в ферме называют стойками, наклонные — раскосами. Совокупность раскосов и стоек образует решетку фермы.

Рис. 1


Рис. 2


Рис. 3


В зависимости от конфигурации решетки различают фермы различных типов. Наиболее распространенными являются раскосные фермы (рис.2) и фермы с треугольной решеткой (рис.3). Раскосы, идущие вверх от опор к середине фермы, называют восходящими раскосами (рис.1), идущие наоборот — нисходящими раскосами (рис.2). Фермы, усиленные дополнительными стержнями (шпренгелями), называют шпренгельными фермами (рис.4).

Фермы, как правило, проектируют таким образом, чтобы основная нагрузка на них передавалась через узлы верхнего или нижнего пояса. Наличие шпренгелей позволяет увеличить количество узлов в этом поясе, что может потребоваться для облегчения конструкций, с помощью которых внешняя нагрузка передается на узлы фермы или, например,  для уменьшения ширины плит перекрытий, опирающихся на стропильные фермы здания. (рис.5).

Рис. 5


Рис. 6


Рис. 7


Рис. 9


Рис. 10


Рис. 8

В зависимости от характера опорных закреплений различают балочные фермы (рис.6), консольные фермы (рис.7), консольно-балочные фермы (рис.8) и арочные фермы (рис.9). Кроме того, отдельно рассматриваются различные висячие системы (рис.10) и комбинированные системы (рис.11).

Рис. 11

Если нагрузка на узлы верхнего или нижнего пояса фермы подвижная, например от действия движущегося подвижного состава в фермах пролетных строений мостов, то этот пояс фермы называют ездовой линией или проезжим поясом.

В качестве расчетной схемы фермы применяют шарнирную схему, в которой все узлы фермы считаются идеальными шарнирами.

Фермы используются в качестве пролетных строений мостов, стропильных конструкций зданий, опор линий элекропередач, радио- и телемачт, каркасов зданий, а также в различных машиностроительных конструкциях, например, в качестве стрел подъемных кранов.

Статическая работа ферм.

Фермы часто используются для перекрытия пролетов, т.е. имеют такое же назначение, что и балки сплошного сечения.

Известно, что при изгибе балки нормальные напряжения в ее поперечных сечениях достигают максимальных значений в верхних и нижних точках сечения. Желание использовать материал балки наиболее экономичным образом заставляет сосредотачивать большую часть материала в наиболее напряженных зонах, что достигается применением балок двутаврового поперечного сечения (рис.12). При увеличении пролета и нагрузок высоту балки приходится увеличивать. Следовательно, количество материала в стенке, где напряжения малы, будет расти. Это приведет не только к перерасходу материала в малозагруженной зоне, но и значительно увеличит собственный вес конструкции. Поэтому для экономии материала и облегчения конструкции в вертикальной стенке устраивают вырезы (рис.13). С дальнейшим ростом пролета и нагрузок высота сечения конструкции еще увеличивается, и стенка двутавра постепенно переходит в систему стоек. Для того, чтобы полученная конструкция сохраняла геометрическую неизменяемость, т.е. не “сложилась” при действии горизонтальных нагрузок, к системе стоек добавляют систему раскосов, в результате чего и образуется решетка  фермы (рис.14).

Рис. 12


Рис. 13


Рис. 14

Таким образом, фермы могут быть использованы для перекрытия больших пролетов при действии высоких нагрузок, когда использование балок сплошного сечения оказывается невыгодным или невозможным.

Как и при изгибе балки на двух опорах под действием нагрузки, направленной вниз, стержни верхнего пояса балочной фермы будут сжатыми, а нижнего — растянутыми. В консольной ферме (рис.7) ситуация будет обратной.

Узлы фермы, как правило, конструктивно выполняются жесткими. Однако, как показал опыт расчетов, напряжения в стержнях ферм, определенные с учетом жесткости узлов, и напряжения, определенные по шарнирной схеме, обычно отличаются не более, чем на несколько процентов. Поскольку выполнять расчет во втором случае значительно легче, жесткостью узлов фермы пренебрегают и расчет ведут по шарнирной схеме. Иными словами, при расчете фермы все ее узлы считают идеальными шарнирами.

Рис. 15

Если все нагрузки на ферму приложены исключительно к узлам, а стержни ферм являются прямыми, то в стержнях ферм действуют только продольные усилия, а изгибающие моменты и перерезывающие усилия отсутствуют. Действительно, вырежем мысленно любой стержень из фермы, заменив действие остальных стержней на него усилиями, передаваемыми через шарниры (рис.15). Поскольку других нагрузок на стержень нет, равнодействующие этих сил должны быть направлены по оси стержня. Если бы это было не так, стержень не мог бы находиться в  равновесии, в чем легко убедиться, составив уравнение моментов относительно любого из шарниров. Очевидно, единственным усилием, которое в этом случае будет возникать в стержне, будет постоянное по его длине продольное усилие.

Геометрическая неизменяемость ферм.

Для обеспечения геометрической неизменяемости необходимо, во-первых, чтобы связей, наложенных на перемещение узлов фермы было достаточно, во-вторых, они были правильно размещены. Следовательно, исследование геометрической неизменяемости фермы состоит из двух шагов: проверки достаточности числа связей и анализе правильности их размещения (структурном анализе фермы).

 Как обычно, при анализе геометрической неизменяемости  смещения, вызванные деформированием стержней в расчет не берутся. Иными словами, при анализе геометрической неизменяемости ферм, как и любых других стержневых систем, будем считать стержни абсолютно жесткими.

Каждый узел плоской фермы имеет две степени свободы, т.е. имеет возможность линейного смещения, например, в вертикальном и горизонтальном направлениях. Следовательно, минимальное количество связей, необходимых для закрепления узлов фермы от смещений, должно равняться удвоенному числу узлов. Часть из этих связей должна обеспечивать закрепление фермы относительно основания. Таким образом, минимальное число стержней в ферме, необходимое для обепечения ее геометрической неизменяемости определяется по формуле:

,

(1)

где -число стержней в ферме, — число узлов , а -число опорных связей.

Условие (1) одновременно является условием статической определимости фермы. Действительно, для каждого узла можно составить два уравнения равновесия- условия равенства нулю проекций на вертикальную и горизонтальную оси всех действующих на узел внешних сил и сил, действующих со стороны  стержней и реакций опор. Неизвестными же являются продольные усилия в каждом стержне и реакции в опорах. Записав все эти уравнений, получим систему уравнений, которую в матричной форме можно записать в виде:

где Х — вектор неизвестных усилий в стержнях и опорных связях, В — вектор проекций внешних нагрузок на узлы, А-матрица системы.

Для того, чтобы система (2) была замкнутой, необходимо чтобы число уравнений  совпадало с числом неизвестных, т.е. выполнялось условие (1).

Если количество стержней в ферме будет больше, чем требуется согласно (1), то ферма будет статически неопределимой, если меньше — то геометрически изменяемой.

При этом, важно отметить, что условие (1) является необходимым, но не достаточным для обеспечения геометрической неизменяемости. Как уже упоминалось, кроме обеспечения необходимого числа связей, требуется их правильное размещение.

Рис. 16

Систему, в которой невозможны взаимные смещения узлов, в предположении, что все стержни абсолютно жесткие, называют жестким диском.  В шарнирном треугольнике (например, ABC на рис.16) взаимное смещение узлов будет невозможным, следовательно он является жестким диском. Присоединение к такому треугольнику еще одного узла двумя не лежащими на одной прямой связями приведет к образованию системы, в которой также взаимные смещения узлов будут невозможны. Если продолжить этот процесс, то полученная система также будет жеским диском. Примером жесткого диска является простейшая ферма, т.е. ферма, состоящая из шарнирных треугольников (рис.16). Взаимные смещения узлов в такой фермы невозможны. Остается только позаботиться о прикреплении полученной простейшей фермы к основанию.

Для того, чтобы обеспечить неподвижность простейшей фермы относительно основания, необходимы как минимум три опорных связи, линии действия которых не параллельны и не пересекаются в одной точке.

Рассмотрим в качестве примера ферму, изображенную на рис.1. Очевидно, она относится к простейшим фермам. В ней , ,. Равенство (1) выполняется: 25=2×14-3=25. Линии действия трех опорных связей (опорных реакций на рис.1) не параллельны и не пересекаются в одной точке, следовательно ферма геометрически неизменяема.

Теперь выполним перестановку опорных связей. Отбросим на левой опоре одну связь, сделав неподвижную опору катковой, но добавим еще одну катковую опору в центре пролета фермы (рис.17). 

Рис. 17

В результате, количество опорных связей не изменилось, а осталось равным трем, т.е. равенство (1) осталось справедливым. Однако линии  действия опорных связей стали параллельными — направленными вертикально вверх. В результате система получила возможность смещения в горизонтальном направлении, т.е. стала геометрически изменяемой.

Рис. 18

Если же в ферме, изображенной на рис.1, выполнить перестановку стержней, как показано на рис.18, равенство (1) останется неизменным, но система окажется геометрически изменяемой за счет неправильного распределения связей. Это очевидно, т.к. шарнирами C, D, E и F образуется шарнирный квадрат, который при приложении малейшей нагрузки обращается в ромб.

Если ферма образована из двух жестких дисков, то для того, чтобы исключить взаимные смещения узлов в полученной системе, необходимо, чтобы они соединялись между собой как минимум тремя связями, линии действия которых не параллельны и не пересекаются в одной точке.

В ферме на рис.18 два жестких диска ABCD (он представляет собой простейшую ферму) и FEGH (ферма, образованная из простейшей добавлением одной “лишней” связи) соединются между собой только двумя связями DF и CE, что и приводит к геометрической изменяемости фермы, в чем мы уже убедились.

Рассмотрим арочную ферму, изображенную на рис.9. Здесь , ,. Условие (1) выполняется: 18=11×2-4=18. Эта ферма также образована двумя жесткими дисками (простейшими фермами). Они соединяются между собой шарниром С, т.е., на первый взгляд, только двумя связями, т.к. шарнир препятствует взаимному смещению соединяемых им узлов в вертикальном и горизонтальном направлениях. Однако, поскольку опоры А и В неподвижны, взаимных горизонтальных смещений точек А и В быть не может. Значит, роль третьей связи играет основание. Поэтому рассматриваемая система геометрически неизменяема, а в обеих опорах возникнут горизонтальные распорные реакции.

Выполним перестановку связей в этой ферме. Сделаем одну из опор катковой, сняв таким образом ограничение на взаимные горизонтальные смещения точек А и В. Однако, добавим стержень, который возьмет на себя роль третьей связи, соединяющей простейшие фермы (рис.19). Равенство (1) при этом не нарушится: 19=11×2-3=19, система останется геометрически неизменяемой, а роль основания по восприятию горизонтального усилия перейдет введенному стержню, работающему в качестве затяжки.

Рис. 19


Рис. 20

В качестве еще одного примера рассмотрим ферму Шухова[1] (рис.20). В ней , ,. Условие (1) выполняется: 9=6×2-3=9.

Ферма образована двумя шарнирными треугольниками ABC и DEF, связанными между собой тремя связями- AF, BE, и DC, линии действия которых не параллельны и не пересекаются в одной точке. Прикрепление образованного в результате жесткого диска к основанию выполнено при помощи одной неподвижной и одной катковой опоры, т.е. также при помощи трех связей, линии действия которых не параллельны и не пересекаются в одной точке. Следовательно, ферма геометрически неизменяема.

В случаях, когда простым структурным анализом не удается доказать геометрическую неизменяемость фермы, приходится пользоваться более сложными методами. Одним из них является статический метод анализа геометрической неизменяемости ферм. Идея метода заключается в следующем. Для геометрически изменяемой фермы система уравнений (2) не должна иметь решений, следовательно матрица А должна быть особенной, т.е. ее определитель должен быть равен нулю. Как известно, если в однородной системе линейных алгебраических уравнений АХ=0 определитель матрицы А равен нулю, то система кроме тривиального решения Х=0 допускает и ненулевое решение. Поэтому, в стержнях статически определимой, но геометрически изменяемой фермы при нулевой нагрузке может возникнуть система самоуравновешенных сил.

Для того, чтобы доказать геометрическую неизменяемость фермы, необходимо доказать, что при отсутствии внешней нагрузки в ее стержнях не может возникнуть усилий. Если же оказывается, что при отсутствии нагрузки в стержнях фермы могут существовать ненулевые усилия, то это указывает на равенство определителя матрицы А нулю, а значит и на геометрическую изменяемость фермы.

При выполнении анализа подобного рода, как и при выполнении статического расчета фермы, оказываются полезными правила определения нулевых стержней. Нулевым стержнем называется стержень, в котором при рассматриваемой нагрузке усилие равно нулю. Приведем эти правила.

Рис. 21

1. Если в незагруженном узле под углом соединяются два стержня, то оба стержня — нулевые (рис.21). В этом легко убедиться, составив уравнения проекций сил на оси, совпадающие с направлением стержней.

Рис. 22

2. Если в незагруженном узле сходятся сходятся три стержня, причем два лежат на одной прямой, то третий стержень — нулевой (рис.22). В этом легко убедиться, составив уравнение проекций сил на ось, перпендикулярную двум стержням, лежащим на одной прямой.

Рис. 23

3. Если к узлу, в котором сходятся два стержня, приложена сила, направление действия которой совпадает с одним из них, то второй стержень — нулевой (рис.23). В этом легко убедиться, составив уравнение проекций сил на ось, перпендикулярную линии действия внешней силы.

4. Если в узле сходятся три и более стержней, то те из них, о которых заранее известно, что они являются нулевыми, при определении остальных нулевых стержней и нахождении усилий в стержнях, очевидно, могут быть мысленно отброшены.

5. Если обо всех стержнях кроме одного, сходящихся в незагруженном узле, известно, что они нулевые, то и последний стержень тоже будет нулевым. В этом легко убедиться, составив уравнение проекций сил на ось, совпадающую с направлением этого стержня.

Рассмотрим в качестве примера ферму, изображенную на рис.24.

Рис. 24

Для нее , ,. Условие (1) выполняется: 22=15×2-8=22. Сделать вывод о ее геометрической неизменяемости на основе структурного анализа не удается, поэтому приходится пользоваться статическим методом анализа геометрической неизменяемости фермы, т.е. проанализировать возможность существования самоуравновешенной системы усилий в ее стержнях при отстутсвии внешней нагрузки.

Из рассмотрения узлов 5 и 7, согласно признаку 2 нулевых стержней следует, что стержени 3-5 и 7-6 — нулевые. Далее, из рассмотрения узла 3, согласно признакам 4 и 2 следует, что стержень 2-3 нулевой. Далее, из рассмотрения узла 2, согласно признакам 4 и 1 следует, что стержни 1-2 и 2-6 — нулевые. Далее, из рассмотрения узла 6, согласно признакам 4 и 2 следует, что стержень 3-6 нулевой, а значит, в соответствии с признаком 5, нулевым будет и стержень 6-8. Далее, из рассмотрения узла 3, согласно признаку 5 следует, что стержень 1-3 нулевой.   Аналогично доказывается, что соответствующие стержни на правой стороне фермы, а именно стержни 8-10, 10-14, 14-15, 9-10, 11-12, 12-14, 10-12 и 12-15 тоже будут нулевыми. Рассмотрим теперь узел 8. В соответствии с признаками 4 и 1  стержень 7-8  будет нулевым. Далее, последовательно рассматривая узлы 7 и 5, пользуясь признаком 5, докажем, что стержни 5-7 и 4-5 — нулевые. Аналогично доказывается, что соответствующие стержни на правой стороне фермы, а именно 8-9, 9-11,11-13, тоже будут нулевыми. Итак, нам удалось доказать, что все стержни фермы при отсутствии нагрузки являются нулевыми. Следовательно, в этом случае в них не может возникнуть ненулевые усилия, а значит ферма геометрически неизменяема.

Теперь рассмотрим ферму, изображенную на рис.25.

Рис. 25

Для нее , ,. Условие (1) выполняется: 10=7×2-4=10. Сделать вывод о ее геометрической неизменяемости на основе структурного анализа не удается, поэтому приходится пользоваться статическим методом анализа геометрической неизменяемости фермы, т.е. проанализировать возможность существования самоуравновешенной системы усилий в ее стержнях при отстутсвии внешней нагрузки.

Рассмотрим узел 1. Поскольку на него может действовать только вертикальная опорная реакция, в соответствии с признаком 3 нулевых стержней стержень 1-3 является нулевым. Из рассмотрения узла 7 тот же вывод можно сделать о стержне 5-7. Рассмотрим далее узел 3. На основании признаков 2 и 4 нулевых стержней можно заключить, что стержень 3-5 нулевой.

Предположим, что в стержне 1-2 возникло растягивающее усилие N1-2=N. Рассмотрим равновесие узла 2 (рис.26). Составим для него уравнения проекций действующих на узел усилий на вертикальную и горизонтальную оси: , , откуда следует, что , а . Рассмотрим далее равновесие ула 6 (рис.27). Из аналогичных уравнений равновесия, составленных для этого узла, получим:, . Отсюда следует, что , а .

Рис. 28


Рис. 27


Рис. 26

Рассмотрим далее равновесие опорных узлов. Учитывая отсутствие усилий в стержнях 1-3, 3-5 и 3-7, из рассмотрения равновесия узлов 3 и 5 (из уравнения проекций сил на оси, совпадающие с направлением стержней 2-3 и 6-5) легко заключить, что  и . Из уравнения равновесия проекций сил на вертикальную ось для узла 4 (рис.28), получим: , где V4-вертикальная опорная реакция. Отсюда следует, что .

Легко убедиться, что в каждой их двух других опор действует вертикальная реакция величиной N, направленная вверх. Составим для фермы уравнение проекций всех сил на вертикальную ось. Поскольку внешняя нагрузка отсутствует, в него будут входить только опорные реакции. Очевидно, их равнодействующая равна нулю, а значит система находится в равновесии.

 Таким образом, мы доказали, что в стержнях фермы при отсутствии внешней нагрузки может иметься система самоурановешенных сил, что говорит о том, что ферма геометрически изменяема.

Если бы в процессе подобных рассуждений мы столкнулись с противоречием (например, невозможностью удовлетворить уравнениям равновесия) или доказали бы, что все стержни фермы — нулевые, то отсюда следовала бы невозможность существования такой системы усилий, а значит ферма была бы геометрически неизменяемой.

Статический расчет фермы

Статический расчет фермы заключается в определении реакций в ее опорах и нахождении усилий в ее стержнях.

Для статически определимых ферм для решения данной задачи, как известно, достаточно только уравнений равновесия. Составив для каждого узла по два уравнения равновесия проекций всех сил на вертикальную и горизонтальную оси, получим замкнутую систему уравнений (2), решив которую найдем усилия во всех стержнях фермы и реакции опор. Данный алгоритм может быть относительно просто реализован в виде программы для ЭВМ. Кроме того, статический расчет фермы может быть выполнен с применением программных комплексов на основе метода конечных элементов, о котором речь пойдет во второй части учебника.

В то же время, при расчете ферм с небольшим количеством стержней, а также при проверке результатов расчетов, полученных на ЭВМ, может потребоваться использование простейших приемов определения усилий в стержнях ферм. К ним относятся вырезание узлов и сечения.

Способ вырезания узлов уже использовался нами при статическом анализе геометрической неизменяемости фермы. Он заключается в мысленном вырезании узла фермы с заменой действия на него стержней соответствующими усилиями. Эти усилия связаны между собой и приложенной к стержню внешней нагрузкой (или опорными реакциями) посредством статических уравнений равновесия. Для любого узла можно составить два таких уравнения — равенства нулю суммы проекций всех сил, например, на вертикальную и горизонтальную оси. Очевидно, если в узле сходятся два стержня (например, рис.21 и рис.23), то из этих уравнений могут быть найдены усилия в обоих из них. Если узел соединяет три стержня, но усилие в одном из них уже найдено из рассмотрения равновесия другого узла или использованием способа сечений, то из этих двух уравнений могут быть найдены усилия в двух оставшихся стержнях.

Способ сечений состоит в мысленном рассечении фермы на две части и рассмотрении равновесия одной из них. При этом действие отбрасываемой части на рассматриваемую должно быть заменено усилиями в стержнях ферм. Если провести сечение таким образом, чтобы оно проходило через три стержня, то можно составить уравнения равновесия для рассматриваемой части фермы таким образом, чтобы найти усилия во всех трех стержнях.

В качестве примера рассмотрим ферму, изображенную на рис.1. Для определения усилия в любом из ее раскосов, а также в любом стержне верхнего или нижнего пояса достаточно провести вертикальное сечение в соответствующей панели фермы и рассмотреть равновесие любой  отсеченной части. Очевидно, выгоднее рассматриваить равновесие той части, для которой проще составить уравнение равновесия (рис.29).

Рис. 29

Если составить уравнение равновесия моментов относительно точки А, то в это уравнение войдет только одно неизвестное усилие — усилие NНП в стержне нижнего пояса. Следовательно, это усилие может быть определено из этого уравнения. Если составить уравнение равновесия моментов относительно точки В, то в это уравнение также войдет только одно неизвестное усилие — усилие NВП в стержне верхнего пояса. Следовательно, это усилие может быть определено из этого уравнения. Если составить уравнение равновесия проекций всех сил на вертикальную ось, то в это уравнение войдет только одно неизвестное усилие — усилие в раскосе NР. Следовательно, это усилие может быть определено из этого уравнения. Для определения усилия в стойке сечение нужно выполнять так, чтобы оно проходило через нее (рис.30).  

Рис. 30

Если составить уравнение равновесия проекций всех сил на вертикальную ось, то в это уравнение войдет только одно неизвестное усилие — усилие в стойке NС. Следовательно, это усилие может быть определено из этого уравнения.

Если в сечение попадает количество стержней превышающее три, то чаще всего приходится комбинировать способ сечений и способ вырезания узлов, определяя усилия в части из стержней в сечении из рассмотрения равновесия узлов или при выполнении других сечений.

Таким образом, усилие в любом стержне статически определимой фермы может быть определено в один или несколько шагов путем последовательных вырезаний узлов и/или рассмотрением равновесия отсеченных определенным образом частей фермы.

Очевидно, при использовании этих способов необходимо предварительное определение опорных реакций из уравнений равновесия фермы.

Пример расчета фермы на неподвижную нагрузку.

Выполним статический расчет фермы, изображенной на рис.31.

Рис. 31

Для данной фермы , ,. Условие (1) выполняется: 17=10×2-3=17. Следовательно, необходимое условие статической неопределимости и геометрической неизменяемости фермы выполняется.

Теперь исследуем правильность расстановки связей в ферме. Данная ферма образована двумя жесткими дисками. Контур первого из них ограничен узлами 1,4,6,5,2. Действительно, жесткий диск образован тремя шарнирными треугольниками, к которым двумя стержнями, не лежащими на одной прямой, присоединен узел 5. Второй диск, контур которого ограничен узлами 6,8,7,10,9, также образован тремя шарнирными треугольниками, т.е. представляет собой простейшую ферму. Два диска соединены между собой тремя связями, линии действия которых не параллельны и не пересекаются в одной точке,- в узле 6 и стержнем 5-7. Таким образом, вся конструкция также представляет собой жесткий диск. Он прикреплен к основанию тремя связями, линии действия которых не параллельны и не пересекаются в одной точке. Следовательно, на основе структурного анализа можно сделать вывод, что данная ферма является геометрически неизменяемой.

Определим опорные реакции в ферме. Горизонтальная нагрузка на систему отстутствует, следовательно горизонтальная реакция в левой опоре равна нулю . Поскольку данная ферма симметрична и находится под действием симметричной нагрузки, очевидно, вертикальные реакции и  должны быть равными. Найдем их из уравнения проекций всех действующих на систему сил на вертикальную ось: . Следовательно, .

Теперь приступим к определению усилий в стержнях фермы. Прежде всего выделим нулевые стержни. Из рассмотрения узла 5 на основании признака 2 нулевых стержней следует, что стержень 5-6 нулевой.

Мысленно рассечем ферму сечением, изображенным на рис.32 и рассмотрим равновесие левой части. Напомним, что положительное значение продольного усилия соответствует растяжению стержня, а отрицательное — сжатию. Поэтому при составлении уравнений равновесия будем считать неизвестные стержневые усилия растягивающими.

Рис. 32

Из уравнения моментов относительно точки А  находим , а из уравнения моментов относительно точки В (ее положение легко определяется из подобия треугольников А43 и АВС)  находим N3-6=60КН.

Усилие N4-6 можно определить из уравнения проекций всех сил на вертикальную ось . Угол  можно определить, например, из треугольника АВС: . Следовательно, .

Усилия в остальных стержнях левой половины фермы можно найти, например вырезанием узлов 2, 3 и 4.

Рис. 33

Рассотрим равновесие узла 2 (рис.33). Он соединяет три стержня, но в одном из них усилие уже найдено — усилие в стержне 2-5 является сжимающим и равно 40КН. Следовательно, двух уравнений равновесия  этого узла будет достаточно, чтобы определить усилия в двух других стержнях. Из треугольника 123 следует, что . Составим уравнения проекций сил на горизонтальную и вертикальную оси:  и  . Сопоставляя эти два уравнения, учитывая, что , получим:  и  .

Рис. 34

Рассмотрим равновесие узла 4 (рис.34). Он также соединяет три стержня, но в одном из них усилие уже найдено — усилие в стержне 4-6 является сжимающим и равно 22,361КН. Следовательно, двух уравнений равновесия  этого узла будет достаточно, чтобы определить усилия в двух других стержнях. Из уравнения проекций сил на горизонтальную ось следует: . Из уравнения проекций сил на вертикальную ось  следует:  

Рис. 35

Теперь рассмотрим равновесие узла 3 (рис.35). Усилия в трех стержнях из четырех, соединяющихся в этом узле, уже известны. Из уравнения проекций всех сил на горизонтальную ось находим . Запишем уравнение проекций сил на вертикальную ось: . Полученное равенство является истинным, что подтверждает правильность полученных значений усилий в стержнях ферм.

Итак, значения усилий в стержнях левой половины фермы определены. Усилия в стержнях на правой половине фермы находятся исходя из симметрии фермы и симметричности приложенной к ней нагрузки. Значения усилий (КН), определенные в результате расчета, приводятся на рис.36.

Рис. 36

Проверки правильности определения усилий в стержнях фермы также можно осуществить вырезанием узлов или использованием способа сечений.

Сопоставление балочных ферм различных типов.

Перед проектировщиком может встать задача выбора фермы наиболее рациональной конструкции. Под наиболее рациональной  понимается такая конструкция, при которой усилия в стержнях фермы оказываются минимальными, что позволяет уменьшить расход материала, а значит и ее собственный вес. Кроме того, необходимо принимать во внимание вопросы, связанные с технологией изготовления, транспортировки и монтажа конструкций ферм.

Рассмотрим четыре фермы, перекрывающие один и тот же пролет -30м, имеющие одинаковую высоту в середине пролета — 5м, характеризующиеся одним и тем же числом панелей- 6 и находящиеся под действием одной и той же нагрузки — ко всем узлам верхнего пояса приложены напрвленные вертикально вниз силы величиной 10КН, а ко всем узлам нижнего пояса — 30КН.

Первая ферма — с параллельными поясами и нисходящими раскосами (рис.37), вторая — с параллельными поясами и треугольной решеткой с дополнительными вертикальными стойками (рис.38), третья — с параболическим очертанием верхнего пояса и нисходящими раскосами (рис.39), четвертая — треугольная стропильная ферма с нисходящими раскосами (рис.40). На рисунках приводятся значения усилий (КН) в стержнях ферм, полученные в результате их статического расчета[2].

Рис. 37


Рис. 38


Рис. 39


Рис. 40

Как и следовало ожидать, стержни верхнего пояса во всех четырех случаях оказались сжатыми, а нижнего — растянутыми.

В балочных фермах с параллельными поясами в стержнях верхнего и нижнего поясов усилия увеличиваются от опор к центру пролета. Поэтому, если стержни верхнего и нижнего поясов выполняются постоянного по длине пролета сечения, то материал стержней поясов вблизи опор используется нерационально. Изготовление же стержней поясов фермы переменного по длине фермы сечения обычно является нерациональным из технологических соображений. Поэтому фермы с параллельными поясами не используют при очень больших пролетах и нагрузках, когда задача экономии материала и облегчения конструкции фермы приобретает особую важность.

Нисходящие раскосы в фермах с параллельными поясами работают на растяжение, восходящие — на сжатие, причем замена раскоса с нисходящего на восходящий приводит к изменинению знака усилия в нем, но абсолютная величина усилия остается постоянной.

Балочные фермы с параболическим очертанием верхнего пояса лишены основного недостатка ферм с параллельными поясами. Усилия в стержнях  нижнего пояса постоянны по длине пролета, а верхнего пояса — меняются незначительно. Раскосы в такой ферме вообще практически не работают. То есть ферма этого типа представляется наиболее выгодной с точки зрения напряженного состояния. В то же время технология такой фермы несколько сложнее. Поэтому фермы с параболическим или близким к нему, трапецеидальным очертанием верхнего пояса используют для перекрытия весьма больших пролетов и при действии достаточно высокой нагрузки.

В треугольной ферме величины усилий в стержнях заметно выше, чем в фермах других типов. Усилия в верхнем и нижнем поясах распределены крайне неравномерно по длине пролета, увеличиваясь от середины пролета к опорам. Таким образом, треугольные фермы являются наименее выгодными по сравнению с фермами других типов. Их имеет смысл использовать там, где применение ферм других типов нерационально по конструктивным соображениям, например, в качестве стропильных ферм в двускатных зданиях небольшой ширины.

Расчет ферм на подвижную нагрузку.

Подвижной нагрузкой будем называть такую, как правило, вертикальную нагрузку, которая может перемещаться в пределах сооружения. Подобная нагрузка создается, например, движущимся по мосту транспортом или перемещающимися по подкрановым путям мостовыми кранами. При этом усилия, возникающие в сооружении, будут зависеть от положения нагрузки. Будем считать, что нагрузка перемещается по сооружению с небольшими ускорениями, поэтому динамическими эффектами, возникающими при этом можно пренебречь.

 Задача расчета сооружений на подвижную нагрузку состоит в определении внутренних усилий в ее сечениях при любом ее положении. В частности, важно найти невыгоднейшее или опасное положение нагрузки, т.е. такое положение, при котором усилие в данном элементе конструкции достигает максимального по модулю значения. По усилиям, возникающим при невыгоднейшем положении груза, и выполняется подбор сечения стержней в системе.

Поскольку фермы часто используются в пролетных строениях мостов, в качестве несущих конструкций эскалаторов в метрополитенах, как стрелы подъемных кранов, их часто приходится расcчитывать на действие подвижной нагрузки.

Расчет стержневых систем на подвижную нагрузку выполняется при помощи линий влияния. Линия влияния внутреннего усилия в каком -либо сечении стержня — график зависимости этого усилия от положения единичной вертикальной силы на ездовой линии.

Рассмотрим вначале простую балку на двух опорах, перекрывающую пролет L (рис.41). Построим линии влияния реакции в левой опоре  и изгибающего момента  в сечении в центре балки.

Пусть единичная сила приложена на расстоянии х от левой опоры. Из условия равенства нулю суммы проекций всех действующих на систему сил на вертикальную ось имеем . Из условия равенства нулю суммы всех приложенных к системе моментов относительно точки А имеем . Отсюда следует, что . График данной зависимости и представляет собой линию влияния опорной реакции  (рис.41). При построении линий влияния ее положительные ординаты принято откладывать вверх.

Рис. 41

Итак, при перемещении груза от левой опоры к правой величина опорной реакции  уменьшается от единицы до нуля по линейному закону.

Для построения линии влияния изгибающего момента необходимо рассмотреть два случая, когда груз находится левее и правее рассматриваемого сечения С. В первом случае () выражение для изгибающего момента имеет вид  . Во втором случае .  Соответственно, линия влияния состоит из двух ветвей (рис.41). Изгибающий момент в центре пролета балки равен нулю при нахождении груза на опорах и достигает максимального значения, когда положение единичной силы совпадает с рассматриваемым сечением (при  ).

Важно четко уяснить разницу между эпюрой и линией влияния. При построении эпюры определяются внутренние усилия в различных сечениях системы при неподвижной нагрузке, а при построении линии влияния определяется усилие в каком-то одном сечении при разных положениях единичной силы, действующей на систему.

В фермах нагрузка обычно передается на узлы посредством вспомогательных конструкций, например через настил и систему продольных и поперечных балок (рис.42). То есть, если единичная сила находится на ездовой линии и не над узлом фермы, то все равно имеет место узловая передача нагрузки, а значит в стержнях фермы не возникает никаких усилий, кроме продольных.

Рис. 42

Для построения линий влияния в стержнях ферм применяют те же приемы, что и при определении усилий в них от действия неподвижной нагрузки, в частности способ сечений. Необходимо только задаться координатой единичной силы на ездовой линии и проанализировать зависимость величины усилия в стержне от ее изменения.

В некоторых фермах со сложной решеткой, например шпренгельных, линии влияния могут иметь довольно сложный вид.

В раскосных фермах и фермах с треугольной решеткой ситуация несколько проще. Усилие в стержне при нахождении единичной силы слева от панели (рис.43), в которой находится этот стержень, будет меняться по одному закону, при нахождении справа от нее (рис.44) — по другому закону, а при нахождении в пределах данной панели (рис.45) — по третьему закону. В последнем случае необходимо учитывать, что часть от единичного усилия через вспомогательные конструкции передается на узел, лежащий на ездовой линии, слева от рассматриваемой панели, т.е. на часть фермы слева от сечения, а оставшаяся часть — на узел справа от рассматриваемой панели, т.е. с другой стороны от сечения. Таким образом, линии влияния продольного усилия в стержнях таких ферм в общем случае имеют три участка (рис.46), причем часть линии влияния в пределах панели, которой принадлежит данный стержень, носит название передаточной прямой.

Рис. 43


Рис. 44

После того, как для стержня построена линия влияния, с ее помощью можно решить следующие задачи.

Рис. 46


Рис.45

1. Пусть на ездовой линии находится груз величиной Р. Тогда усилие в стержне составит , где y — ордината линии влияния под точкой приложения силы Р. Действительно, y -усилие, возникающее в стержне от действия приложенной в данной точке единичной силы. В силу линейности задачи, при увеличении нагрузки в Р раз, усилие в стержне тоже возрастет во столько-же раз.

На основании принципа независимости действия сил, если на ездовой линии имеется система из n сил, то усилие в стержне будет определяться по формуле:

,

(3)

где — ордината линии влияния под i-ой силой величиной Pi (рис.47). Таким образом, линии влияния могут быть использованы и для определения усилий в стержнях ферм и при действии неподвижной нагрузки. Это может быть удобно, если нужно выполнить большое число расчетов для различных комбинаций нагрузок, приложенных к ферме.

Рис. 47

2. Пусть на участке длиной  ездовой линии действует равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q. Во избежание недоразумений подчеркнем, что здесь как и ранее, так и далее, считается, что нагрузка приложена к вспомогательным конструкциям, а с них — передается на узлы фермы. В этом случае усилие в стержне фермы определяется по формуле:

,

(4)

где — площадь, ограниченная линией влияния под зоной действия нагрузки q (рис.48). Действительно, выделим в зоне действия нагрузки q участок бесконечно малой длиной dx (рис.48). Элементарная равнодействующая сила, действующая  на ферму, с этого участка составляет , а усилие, возникающее от ее действия  в стержне, в соответствии с формулой (3) составит .Для того, чтобы найти усилие в стержне от действия всей нагрузки, необходимо проинтегрировать dN по длине :.

Очевидно, площадь  в (4) необходимо определять с учетом знака. То есть, часть площади w снизу от горизонтальной оси учитывается со знаком “минус”.

Рис. 48

3. Пусть система грузов перемещается по ездовой линии, причем расстояния между грузами остаются постоянными. Такая ситуация имеет место, например, при движении поезда или мостового крана по пролетному строению моста или по подкрановым путям. Невыгоднейшее положение данной системы грузов возможно только при условии, что один из грузов находится над какой-либо вершиной линии влияния (рис.49). Подчеркнем, что это условие необходимое, но недостаточное. Иными словами, не при любом подобном положении нагрузки усилие в стержне имеет экстремальное значение.

Рис. 49

Например, для случая, приведенного на рис.49, усилие от системы грузов в соответствии с (3) составляет . При сдвиге системы грузов вправо на величину  такую, что ни одна из сил, приложенных к системе, не перейдет при этом через какую-либо вершину линии влияния и не выйдет за пределы фермы, усилие в стержне АВ составит:

.

При сдвиге влево на ту же величину  оно составит .

Здесь  и  — абсолютные значения изменения ординаты линии влияния под i-м грузом при сдвиге системы грузов вправо и влево соответственно, — абсолютное значение угла наклона линии влияния на i-м ее участке (рис.49).

Таким образом, изменение величины усилия в стержне при сдвиге груза вправо составит , а при сдвиге влево . Очевидно, эти значения могут быть как одного так и разных знаков. Если  и  оказываются одного знака, то это значит, что при сдвиге системы грузов как вправо так и влево усилие в стержне либо уменьшается, либо увеличивается, то есть оно имеет локальный экстремум.

В то же время, для случая когда ни один из грузов не находится над вершиной линии влияния, величины и  могут быть только разных знаков, а значит эктремум усилия в стержне в этом случае невозможен.

Действительно, рассмотрим в качестве примера ситуацию, изображенную на рис.50. В этом случае при сдвиге вправо:

, .

А при сдвиге влево:

, .

Рис. 50

Сопоставляя выражения для  и , можно сделать вывод, что они не могут быть одного знака.

Итак, для поиска максимально и минимально возможных усилий в стежнях фермы при действии на нее подвижной системы грузов достаточно рассматривать только такие положения этой системы, при которых хотя бы один из грузов находится над какой-либо вершиной линии влияния.

Пример расчета фермы на подвижную нагрузку.

Рассмотрим ферму, изображенную на рис.31. Необходимо:

1. Используя теорию линий влияния, определить усилие в стержне фермы 2-3 от действия неподвижной системы сил, изображенной на рис.31.

2. Определить максимальное и минимальное усилия в стержне фермы 2-3 при движении по ездовой линии (по горизонтали от узла 1 к узлу 10) системы из двух сил (рис.51).

Рис. 51

3. Определить усилие от постоянной равномерно распределенной нагрузки q=10КН/м, приложенной к поясу фермы, совпадающему с ездовой линией (рис.52).

Рис. 52

Построим линию влияния для стержня фермы 2-3[3]. Для этого достаточно определить усилие в этом стержне при различных положениях единичной силы на ездовой линии.

Если единичная сила находится на расстоянии х от левой опоры, то реакция в последней будет составлять , а в правой опоре —  (рис.53).

Рис. 53


Рис. 54

Cоставим уравнения равновесия узла 2 (рис.54):

, , откуда следует, что . Поскольку , нагрузки к узлу 2 не приложены, т.к. он не лежит на ездовой линии, это уравнение справедливо при любом положении грузов на ней. Для определения  воспользуемся способом сечений, причем рассмотрим два случая, когда единичный груз находится слева от панели, в которой располагается стержень 2-5 (рис.55), и справа от нее (рис.56).

Рис. 55

Для первого случая (рис.55) уравнения равновесия моментов относительно точки А примет вид:

Рис. 56

, откуда: . Следовательно, при нахождении единичного груза слева от рассеченной панели (x<2м) , а .

Согласно этой формуле, при x=0 ордината линии влияния, как и следовало ожидать, равна нулю, а при x=2м она равна 1/2. По этим точкам строится левая ветвь линии влияния (до точки С на рис.57)

Для второго случая (рис.56) из аналогичных рассуждений получим: , откуда: . Следовательно, при нахождении единичного груза справа от рассеченной панели (x>4м) , а . Таким образом, при x=4м ордината линии влияния равна 1 (точка D на рис.57), а на правой опоре, как и следовало ожидать -нулю. По этим точкам строится правая ветвь линии влияния, и далее передаточная прямая CD. В рассматриваемом случае ее направление, как мы видим, совпадает с направлением левой ветви линии влияния, а сама линия влияния оказалась симметричной.

Теперь приступим к определению усилий в стержне 2-3.

Для заданной неподвижной узловой нагрузки (рис.31) в соответствии с формулой (3) найдем величину усилия в стержне: . Этот же ответ был получен нами ранее в разделе “Пример расчета фермы на неподвижную нагрузку” без использования линий влияния, что подтверждает правильность проделанных вычислений.

Рис. 57


Рис. 58

Наиневыгоднейшим положением подвижной системы двух сил на ездовой линии (рис.51) будет положение, когда одна из них находится ровно посередине пролета фермы (рис.58), т.к. в этом случае одна из сил оказывается над единственной в рассматриваемом случае вершиной линии влияния. Ордината линии влияния под силой в центре фермы равна 1, ординату под точкой приложения второй силы легко определить из подобия треугольников:  , откуда y=0,8 (рис.58). В соответствии с (3) усилие в стержне составит . В силу симметрии линии влияния, в случае, когда над ее вершиной в центре пролета фермы окажется не левая, а правая сила, результат будет тем же.

Построенная линия влияния не имеет отрицательных ординат, следовательно, при любом положении системы сил на ездовой линии в стержне будут возникать только растягивающие усилия. Поэтому, максимальным возможным усилием  в стержне 2-3 для рассматриваемой подвижной нагрузки является 36КН, минимальным -0 КН.

 Наконец, определим усилие в стержне от действия неподвижной равномерно распределенной по всей длине ездовой линии нагрузки (рис.52) q=10 КН/м. Площадь фигуры, ограниченной линией влияния (рис.57) составляет . Размерность площади фигуры оказалась такой, поскольку единичная сила, а следовательно и ординаты линии влияния продольного усилия не имеют размерности.

 Теперь, в соответствии с формулой (4), определим усилие в стержне: .

Глоссарий

Висячие системы

Ездовая линия

Жесткий диск

Комбинированные системы

Линия влияния

Невыгоднейшее положение нагрузки

Нулевой стержень

Опасное положение нагрузки

Панель фермы

Передаточная прямая

Подвижная нагрузка

Пояс фермы верхний

Пояс фермы нижний

Проезжий пояс

Раскос

Раскос восходящий

Раскос нисходящий

Решетка фермы

Статический метод анализа геометрической неизменяемости ферм

Стойка

Структурный анализ фермы

Узлы фермы

Ферма

Ферма арочная

Ферма балочная

Ферма консольная

Ферма консольно-балочная

Ферма простейшая

Ферма раскосная

Ферма с треугольной решеткой

Лекция «Моделирование поведения потребителей» также может быть Вам полезна.

Ферма шпренгельная

Шарнирная схема

Шпренгель

Общий аналитический способ расчета статически определимых плоских ферм | Конструкции и расчет опор ЛЭП | Архивы

Страница 27 из 49

5-5. ОБЩИЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛИМЫХ ПЛОСКИХ ФЕРМ

В большинстве случаев грани стоек свободностоящих опор башенного типа представляют собой плоские консольные фермы, имеющие очертание равнобедренной трапеции и одинаковые сечения противоположных поясов. Это позволяет получить простые и удобные аналитические выражения для определения усилий в стержнях таких ферм. Применяя эти формулы, можно быстро выполнять как выборочные расчеты для проверки усилий в отдельных стержнях, так и систематические расчеты без каких-либо дополнительных построений, пользуясь лишь чертежом фермы и схемой действующих на нее усилий.


Рис. 5-8. Расчетная схема для определения усилий в стержнях фермы с треугольной решеткой при действии горизонтальной силы

Расчетные формулы для фермы с треугольной решеткой.

Фермы с треугольной решеткой являются простейшей неизменяемой статически определимой стержневой системой, для которой равенство C—2Y — 3 всегда удовлетворяется.
Расчет такой консольной фермы можно начать без предварительного определения опорных реакций, чего нельзя допустить, например, если фермы имеют ромбическую и полураскосную решетку.

  1. й случай. Определение усилий в стержнях фермы, при действии на нее горизонтальных сил Р.

На рис. 5-8 представлена часть фермы с треугольной решеткой, на которую действует горизонтальная сила Р. Усилия в поясах фермы, например в панелях (т—1) — (т+1) и и т—(т+2), найдем из уравнений моментов, разрезая пояса против шарниров соответственно по линиям а— а и б— б.

Если на ферму действует распределенная нагрузка с интенсивностью w, Н/м, например от ветра на конструкцию, усилия в стержнях фермы с достаточной для практики точностью могут быть определены по формуле:

Следует отметить, что формулами (5-17) и (5-18) пользуются для расчета опор нормальной высоты. При расчете высоких переходных опор ветровую нагрузку нельзя уже считать равномерно распределенной по высоте, в этом случае она разносится по узлам фермы и прикладывается в этих узлах в виде системы сосредоточенных сил. Усилия в стержнях фермы в этом случае могут быть найдены по формулам (5-15) и (5-16).

  1. й случай. Определение усилий в стержнях фермы при действии на нее изгибающей пары с моментом М. Действие пары можно представить как действие двух одинаковых по величине и противоположно направленных, сил Р с расстояниями от

Таким образом при всех нагрузках формула для определения усилий в раскосах ферм с треугольной решеткой имеет одну и ту же структуру. Если представить себе ферму, нагруженную одновременно всеми нагрузками, то усилия в раскосах от всех воздействий, будучи сложенными, определятся выражениями (5-15), а усилие в поясах — выражением (5-16), в которых: Qm — перерезывающая сила в расчетном сечении от всех воздействий; Мт — суммарный момент в расчетном сечении от всех воздействий.

Рис. 5-9. Расчетная схема для определения усилий в стержнях фермы с треугольной решеткой при действии изгибающей пары сил


Рис. 5-10. Расчетная схема для определения усилий в стержнях фермы с раскосной решеткой при  действии горизонтальной силы

Формулы (5-15) являются универсальными для определения усилий в раскосах треугольной фермы и удобны как для систематического, так и для выборочного расчетов.
В том случае, когда пояса ферм, образующих грани опоры, параллельны, формулы (5-15) получают общеизвестный из курсов строительной механики вид:

(5-22)

Таким образом, формулы (5-22) являются частным случаем общих формул (5-15). К сожалению, расчетчики иногда забывают о том, что формула (5-22) пригодна в редких для опор случаях параллельных поясов, и применяют ее для всех расчетов, сильно завышая усилия в раскосах при наклонных поясах.
Как видно из формул (5-15), второй член числителя дроби уменьшает величину усилия в раскосе, что соответствует факту разгрузки раскосов наклонными поясами. Эта разгрузка происходит вследствие того, что проекции усилий в поясах на горизонтальную ось в сумме с проекцией усилия в раскосе должны равняться поперечной силе Q, при параллельных же поясах эти проекции на горизонтальную ось равны нулю и, следовательно, вся поперечная сила воспринимается только раскосами. 

Расчет ферм с раскосной решеткой.

Раскосная, решетка является частным случаем треугольной решетки. и также может быть рассчитана без предварительного определения реакций. Выведенные для треугольной решетки формулы полностью применимы и к раскосной решетке, в этом случае моментное плечо также принимается относительно узла т, одновременно оно является и расстоянием от действующей силы (или равнодействующей системы сил) до распорки (рис. 5-10).
Рассматривая распорку как нисходящий раскос с углом наклона к горизонту, равным нулю, находим из формулы (5-15):
(5-23)
Усилие в восходящем раскосе так же, как и при треугольной решетке, определяется по формуле (5-15):


а усилия в поясах — по формуле (5-16). Указанные формулы для раскосной решетки могут быть получены и непосредственно, в чем легко убедиться.
Рассмотрим распределение горизонтальных реакций. При аналитическом способе определения усилий в стержнях ферм с так называемыми простейшими решетками предполагалось, что фермы были статически определимыми в отношении реакций, т. е. прикрепление их к фундаментам осуществлялось тремя связями (см. рис. 5-4, 5-6 и 5-7).
В действительности закрепление металлических опор линий электропередачи в зависимости от количества граней ствола опоры выполняется на трех или четырех фундаментах, при этом плоская ферма, образующая грань ствола, в обоих случаях оказывается закрепленной в обеих опорных точках одинаково —  двумя связями в каждой точке (рис. 5-11). Таким образом, каждая ферма закрепляется четырьмя связями и становится, следовательно, один раз статически неопределимой в отношении

 реакций. Для определения реакций в этом случае, кроме трех уравнений статики (5-4), потребуется дополнительное уравнение или условие.

Как уже отмечалось, расчет ферм с простейшими решетками можно начинать без предварительного определения реакций, так как в таких фермах усилия в стержнях можно определить методом вырезания узлов или графическим методом, идя сверху вниз, в силу того что вверху фермы всегда есть узел, в котором сходится не более двух стержней. При использовании методов, основанных на рассечении фермы, количество рассекаемых стержней в простейших решетках получается не более трех, поэтому для расчета такой фермы в любом узле и сечении всегда достаточно уравнений статики. Если к тому же ферма оказывается статически определимой и в отношении реакций, то усилия и в нижней распорке, соединяющей опорные точки, находятся однозначно (см. рис. 5-3, усилие в стержне 9—10).

Рис. 5-11. Схема прикрепления к фундаментам фермы, образующей грани опоры

Рис. 5-12. Прикрепление к фундаменту фермы с простейшей решеткой

Когда же ферма с простейшей решеткой имеет одну лишнюю связь в опорных точках, усилие в нижней распорке нельзя найти без предварительного определения горизонтальных опорных реакций. В этом легко убедиться, составив уравнение равновесия сил в опорных узлах (рис. 5-12). Для двух узлов А и Б можем составить четыре уравнения с тремя неизвестными (усилие в распорке Ср и две неизвестные горизонтальные реакции Xа и Xб ), из которых два уравнения равновесия вертикальных составляющих обращаются в тождество. Таким образом получим два уравнения с тремя неизвестными, для решения которых необходимо знать распределение суммарной горизонтальной реакции Н между опорными узлами. Как только это распределение будет установлено, оказывается возможным с помощью одного из двух уравнений установить величину усилия в распорке Ср. Следовательно, в фермах с простейшей решеткой распределение горизонтальных реакций влияет только на величину усилия в одном элементе — соединительной распорке между опорными узлами.

Обычно при расчете нормальных опор линий электропередачи горизонтальная реакция в силу симметрии конструкции опоры и фундаментов распределяется между обеими опорными точками равномерно. Это и есть дополнительное условие, которое вместе с тремя уравнениями статики (5-4) позволяет определить все четыре опорные реакции. В этом случае для фермы с треугольной решеткой (рис. 5-12) уравнение равновесия горизонтальных проекций всех действующих в узле Б сил будет иметь вид :
где U — усилие в нижней панели пояса, откуда

Рис. 5-13. Расчетная схема для определения усилий в стержнях фермы с ромбической решеткой при действии горизонтальных сил
При другом распределении реакций в уравнение (5-24) вместо величины следует подставить величину νΗ, где v —  коэффициент, определяющий реакцию в узле Б в долях величины Н. Некоторые рекомендации для оценки величины коэффициента v при различных условиях работы опор и конструкций фундаментов даны в гл. 8.

  Расчет ферм с ромбической и полураскосной решетками.

В связи с применением на линиях электропередачи напряжением 220 кВ и выше тяжелых проводов большого диаметра металлические опоры таких линий выполняют в основном с перекрестной или, как ее называют, ромбической решеткой (рис. 5-13).
Как нетрудно проверить, при наличии горизонтальной связи между опорными узлами ферма с ромбической решеткой является один раз внутренне статически неопределимой. Действительно, например, ферма изображенная на рис. 5-13 при 14 узлах

то после подстановки этих величин в уравнение равновесия и преобразований найдем
(5-28)
где Q — поперечная сила; м2 — изгибающий момент в сечении на уровне распорки.

Расчет симметричных ферм с ломаными поясами.

 В ряде случаев грани опор линии электропередачи состоят из соединенных между собой отдельных простых ферм, имеющих различный наклон поясов, между которыми образуются углы перегиба. В местах перегибов поясов устанавливаются распорки, в которых также необходимо определять усилия. Рассмотрим наиболее часто встречающийся случай составной грани широкобазной опоры башенного типа, представленной на рис. 5-15.
Усилие в распорке C1 определяем из рассмотрения равновесия узла а.
Вырезая узел, составляем уравнение равновесия в виде суммы проекций всех сил на ось Ох:

Если средняя грань плоскости имеет так же, как и нижняя, перекрестную решетку, то усилие в распорке будет равно нулю, что получается непосредственно из уравнения равновесия сил. Это показывает, что такой стержень, поставленный конструктивно, является нулевым и при расчете фермы может быть просто отброшен.

Расчет консольно-балочных ферм.

До сих пор мы рассматривали только консольные фермы, т. е. фермы, закрепленные одним концом. Рассмотрим расчет консольно-балочных ферм, когда они имеют пояса, симметрично расположенные по отношению к оси балки, например расчет траверсы портальной опоры. К расчету консольной части траверсы выведенные формулы применимы непосредственно. Средняя часть траверсы имеет всегда параллельные пояса, и, следовательно, усилия в раскосах этой части определяются по формулам:
для треугольной и раскосной решеток

для перекрестной и полураскосной решеток

Усилия в поясах средней части U = M/b, где b — база фермы (в данном случае высота или ширина балки).
Величины Q и М здесь относятся к одной грани решетчатой траверсы.   
. Для определения направления (знака) усилия при пользовании вышеприведенными формулами рекомендуется применять следующее правило. Если нагрузка Р направлена слева направо, а изгибающий момент М по часовой стрелке, то усилия в левом поясе будут растягивающими, а в правом сжимающими. Все раскосы Dm, восходящие от левых узлов, при действии силы Р будут сжатыми, а нисходящие раскосы Dm-1 — растянутыми, при действии только одной пары сил М (без горизонтальной силы Р) знаки моментов будут обратными.
В случае необходимости знак усилия может быть определен методом сечений (см. § 5-4).
Следует отметить, что нагрузка на опоры является величиной знакопеременной и растянутые стержни могут быть сжатыми при перемене направления нагрузки. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчете опор и при определении суммарных усилий по расчетным схемам нагрузок.

Правила конструирования ферм из ГСП

1. Общие положения

Примечание: Здесь и далее наличие, нумерация и порядок пунктов не соответствуют действующим нормативным документам.

1.1. Расчетная высота фермы в рассматриваемом сечении — это расстояние между центрами тяжести сечений верхнего и нижнего поясов.

Например, для прямоугольной фермы с расчетной высотой h = 50 см, верхний и нижний пояс которой изготовлен из квадратной профильной трубы сечением 50х50х2 мм, общая высота фермы составит примерно:

hоб = 50 + 2.5 + 2.5 = 55 см (562.1)

Добавлю, что через центры тяжести сечений профиля проходят оси стержней.

1.2. Соединения в узлах ферм допускается рассматривать как шарнирные, если отношение высоты сечения к длине элементов h/l не превышает

1/15 — для климатических районов с расчетной темературой ниже -45°;

1/10 — для остальных климатических районов.

Общий смысл данного положения становится понятен после рассмотрения следующей иллюстрации:

Рисунок 562.1. Определение расчетных длин стержней ферм

а) верхнего пояса, стоек и раскосов в плоскости фермы, б) верхнего пояса из плоскости фермы.

Т.е. не смотря на то, что например верхний пояс может изготавливаться из цельной трубы, при этом стойки и раскосы крепятся в узлах фермы сваркой, изменение положения оси стержней в результате продольного изгиба может происходить примерно так, как показано на рисунке 562.1.

Примечание: возможное положение оси раскоса при продольном изгибе верхнего пояса показано не правильно. Раскос будет выгибаться в другую сторону, но принципиального значения это не имеет.

В целом отношение h/l является косвенным показателем гибкости стержня. В данном случае под l подразумевается расчетная длина стержня, а для ее определения как раз и нужно знать как именно следует рассматривать соединения стержней в узлах: как шарнирные или с частичным защемлением.

Например, при квадратном сечении профиля в зависимости от толщины стенки радиус инерции может достигать значения 0.39h. В этом случае гибкость стержня составит:

λ = l/0.39h = 15/0.39 = 38.5 (562.2.1)

Стержень с такой гибкостью на мой взгляд уже является достаточно жестким и влияет на общую работу фермы, так как может создавать дополнительный изгибающий момент в узле (об этом чуть ниже), при этом для более теплых климатических районов ограничение по гибкости еще меньше и составляет

λ = l/0.39h = 10/0.39 = 25.6 (562.2.2)

Таким образом данное положение, закрепленное в действующих нормативных документах, позволяет значительно упростить расчет ферм, при этом появляется некоторый запас прочности. И только если конструируется ферма с достаточно большой жесткостью стержней (что в малоэтажном частном строительстве маловероятно), то:

1.3. Если h/l больше указанных в п.1.2, то при расчете следует учитывать дополнительные изгибающие моменты от жесткости узлов фермы

При этом нормальные напряжения (осевые усилия) в стержнях разрешается определять по шарнирной схеме (согласно п.1.2), а учет жесткости (дополнительные изгибающие моменты) допускается выполнять приближенными методами.

К сожалению в СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» не указывается, какими именно приближенными методами при этом можно пользоваться. А в СП 16.13330.2011, который является актуализированной редакцией вышеуказанного СНиПа вообще осталась только формулировка п.1.3 без упоминания о приближенных методах, поэтому попробую пояснить, как следует трактовать этот пункт в моем понимании.

Когда мы рассматривали плоские рамы, то выяснили, что при действии вертикально приложенной нагрузки промежуточные стойки многопролетных рам изменяют значение изгибающего момента слева и справа от стойки, при этом некоторую часть момента принимают на себя. По большому счету, если учитывать жесткость в узлах, то ферма — это и есть плоская рама, только достаточно сложная, так как к верхнему или нижнему поясу может примыкать до трех стержней (два раскоса и одна стойка).

С учетом большого количества стержней в ферме даже приблизительное определение моментов в узлах фермы — достаточно сложная задача в результате решения которой напряжения в одних стержнях могут увеличиться на 5-8% (как правило это стойки и(или) раскосы), а в других стержнях уменьшиться на 3-10%.

Соответственно, если принять дополнительный коэффициент надежности по нагрузке γн = 1.1, то без решения этой сложной задачи при расчете фермы можно обойтись.

1.4. Если нагрузки приложены не только в узлах фермы, то расчет поясов фермы следует производить с учетом совместного действия продольных усилий и изгибающих моментов.

Например, на верхний пояс фермы может опираться обрешетка с шагом значительно меньшим, чем расстояние между узлами фермы. Или на нижний пояс фермы могут опираться балки перекрытия также с шагом значительно меньшим, чем расстояние между узлами фермы.

Кроме этого на все стержни фермы действует распределенная нагрузка — собственный вес стержней. Тем не менее, формулировка данного пункта, позволяет не производить расчет стержней фермы на действие распределенной нагрузки от собственного веса, а приводить ее к сосредоточенной в узлах фермы. Это также значительно упрощает расчет ферм.

Если например на сжатый верхний пояс действует только равномерно распределенная нагрузка от покрытия, то поперечный прогиб может гораздо больше влиять на положение нейтральной оси верхнего пояса. При этом между промежуточными узлами верхний пояс будет ближе к балке с жестким защемлением на опорах, чем к шарнирно опертой балке, соответственно расчетная длина стержней верхнего пояса может быть меньше, и в итоге прочность больше, а кроме того будут возникать моменты на опорах — в узлах фермы.

С одной стороны формулировка п.1.4 в таких случаях рекомендует выполнять расчет с учетом этих моментов, хотя нет прямого указания на то, что следует учитывать моменты на опорах, а не в пролете. С другой стороны в п.1.2-1.3 нет никаких дополнительных указаний на то, что при подобном варианте приложения нагрузки соединения в узлах следует рассматривать не как шарнирные.

На мой взгляд это означает, что даже при таком варианте загружения фермы расчет можно вести по упрощенной шарнирной схеме, а значит с дополнительным запасом по прочности.

1.5. Расчетные длины стержней фермы и связей из ГСП

Сразу скажу, если нет желания или возможности вникать в тонкости определения расчетной длины стержней, то просто принимайте расчетную длину равной расстоянию между центрами тяжести узлов рассматриваемого сжатого стержня. Так оно будет проще и надежней, при этом времени на расчетах сэкономится много. Тем не менее продолжим.

1.5.1. Расчетные длины lef в плоскости фермы сжатых элементов (верхних поясов, опорных раскосов и опорных стоек) следует принимать равными расстоянию между центрами тяжести узлов (см. рис. 562.1.а)):

lef = l (562.3.1)

1.5.2. Для других элементов решетки:

lef = 0.9l (562.3.2)

1.5.3. Расчетные длины lef1 из плоскости фермы сжатых элементов и связей (рис.526.1.б):

lef1 = l1 (562.3.3)

1.5.4. Для других элементов решетки из плоскости фермы:

lef1 = 0.9l1 (562.3.4)

Такой подход к определению расчетной длины означает, что мы рассматриваем сопряжения в узлах, как шарнирные, согласно п.1.2.

Тем не менее в некоторых случаях значение расчетной длины стержней верхнего пояса в плоскости и из плоскости фермы может быть меньше.

1.5.5. Если верхний пояс фермы является неразрезным стержнем постоянного по длине сечения, на участках которого приложены разные по значению сжимающие или растягивающие усилия, например N1 и N2, при числе участков равной длины k≥2 и исходя из шарнирного закрепления элементов решетки и связей (см. рис.562.2) расчетные длины участков верхнего пояса допускается определять:

— в плоскости фермы по формуле:

lef = (0.17а3 + 0.83)l ≥ 0.8l (562.3.5)

Рисунок 562.2. Схемы для определения расчетной длины элементов верхнего пояса плоской фермы

Где а = N2/N1, при этом 1≥ а ≥ — 0.55. В данном случае знак «-» означает, что одно из рассматриваемых продольных усилий будет растягивающим, а второе — сжимающим. 

Общий физический смысл формулы (562.3.5) сводится к тому, что чем меньше значение продольного сжимающего усилия действующего на рассматриваемый стержень, тем меньше значение прогиба, возникающего в результате продольного изгиба. А так как мы рассматриваем неразрезной стержень верхнего пояса, то получается что менее загруженный соседний стержень влияет на работу более загруженного стержня.

При этом прогиб более загруженного стержня уменьшается, а прогиб менее нагруженного увеличивается. И чем больше разница усилий тем это влияние может быть больше, особенно если в одном из стержней действует не сжимающее, а растягивающее продольное усилие. Тем не менее принимать расчетную длину стержней верхнего пояса меньше 0.8l не следует, даже если при расчете по формуле (562.3.5) получено меньшее значение.

1.5.6. Из плоскости фермы:

lef1 = [0.75 + 0.25(β/k — 1)2k-3]l1 ≥ 0.5l1 (562.3.6)

где β = (ΣN — N1)/N1 — отношение суммы усилий на рассматриваемых участках длины l1 (рис. 562.2) за исключением максимального усилия к максимальному усилию. При этом (k — 1) ≥ β ≥ — 0.5. При определении параметра β растягивающие усилия в стержнях принимаются со знаком «-«.

1.5.7. Расчетные длины растянутых нижних поясов определяются в зависимости от расположения связей из плоскости фермы или принимаются равными расстоянию между опорами фермы, если связи из плоскости фермы отсутствуют.

1.6. Фермы длиной более 36 м следует изготавливать со строительным подъемом, равным величине прогиба от постоянной и длительной нагрузок

Кроме того, фермы для плоских кровель изготавливаются со строительным подъемом вне зависимости от длины, при этом величина строительного подъема принимается равной прогибу от суммарной нормативной нагрузки + l/200. В данном случае l — длина пролета фермы.

2. Центрирование стержней

Соблюдение требований данного раздела позволяет не только упростить расчет, но сэкономить металл при изготовлении ферм.

2.1. Конструирование узлов выполняется так, чтобы оси стержней во всех узлах по возможности пересекались в одной точке.

Это называется центрированием осей и может выглядеть примерно так:

Рисунок 562.3. Узлы фермы из труб прямоугольного или квадратного сечения.

Данная иллюстрация взята мной из учебника В.К.Файбишенко «Металлические конструкции». На ней помимо пересечения осей стержней в одной точке мы также можем видеть, что ферма, особенно большой длины, может изготавливаться не цельной, а собираться из двух полуферм. И хотя в малоэтажном частном строительстве длина ферм редко превышает 10-12 м, делать такие фермы составными никто не запрещает. Правда это потребует дополнительного расчета монтажных стыков.

А вообще необходимость в сборных фермах возникает только тогда, когда фермы изготавливаются вдали от строительной площадки, поэтому транспортировка цельных ферм длиной более 18 метров может быть проблематичной.

В целом это положение более правильно рассматривать как рекомендацию, а не как правило, поэтому оно и не выделено в отдельный пункт.

2.2. Центрирование допускается выполнять с округлением до 5 мм

Смысл данного общего требования, содержащегося в нормативных документах и учебных пособиях, состоит в том, что при современном уровне производства добиться абсолютной точности при изготовлении ферм невозможно. К тому же чем больше размеры сечения центрируемого стержня, тем меньше в итоге будет влияние неточного центрирования (об этом чуть позже).

Поэтому для удобства изготовления ферм допускается изготавливать стержни с размерами, кратными 5 мм. При этом максимальное отклонение осей от центра тяжести (точки пересечения) будет составлять не более 2.5 мм.

Однако в малоэтажном частном строительстве, когда фермы могут изготавливаться из профильной трубы 20х20х2 мм и даже меньшего сечения, пользоваться этим допущением, на мой взгляд — не желательно. В таких случаях следует или добиваться большей точности при изготовлении ферм или выполнять расчет фермы с учетом следующего пункта:

2.3. Расчет стержней ферм при наличии эксцентриситетов следует производить с учетом возникающих при этом изгибающих моментов

Расцентровка осей будет приводить к тому, что продольные усилия будут действовать в стержнях фермы с эксцентриситетом. Например, при отклонении оси рассматриваемого стержня от центра тяжести узла на 2.5 мм эксцентриситет как раз и будет составлять е = 2.5 мм. Соответственно на этот стержень в узле будет действовать не только продольное усилие, но и изгибающий момент:

М = eN (562.4)

Формально этот пункт можно рассматривать, как дополнение к п.1.4.

3. Сварные швы

Приводимые ниже рекомендации не являются обязательными, во всяком случае в действующих нормативных документах они в таком виде не содержатся. Тем не менее соблюдение этих рекомендаций позволит значительно упростить не только расчет но и изготовление ферм.

3.1. Узловые соединения ферм из ГСП выполняются как правило без фасонок

При этом элементы решетки фермы привариваются непосредственно к поясам.

3.2. Ширина профилей решетки может быть немного меньше ширины пояса в рассматриваемом узле

Это позволяет значительно повысить качество сварочных работ, используя только угловые швы. Если разница ширины профиля решетки и пояса значительная, то может потребоваться проверка на прочность стенки пояса.

3.3. Если прочности стенки пояса не достаточно, то для усиления стенки пояса может использоваться накладка

При этом накладка приваривается к поясу, а элементы решетки — к накладке.

3.4. Если длины сварных швов при креплении одного из элементов решетки не достаточно, то следует использовать фасонку

В этом случае скорее всего потребуется и накладка на пояс и торцовые заглушки для элементов решетки. Торцовые заглушки необходимы не из соображений прочности, а для обеспечения герметичности пространства внутри профилей и соответственно снижения риска коррозии металла. Из этих соображений торцовые заглушки делаются в начале и конце поясов фермы.  На рисунке 562.3 показаны заглушки, которые одновременно используются для крепления к неким колоннам.

основа возведения конструкций в ПГС


Металлическая ферма. Металлические конструкции :: SYL.ru

Металлическая ферма изготавливается из стальных профилей, наиболее часто используется для этого уголок. Если предстоит обустроить более тяжелую конструкцию, то профиль должен иметь тавровое или двутавровое сечение. Для гидротехнических сооружений используется круглое сечение, а также профильная труба. Стропильная металлическая ферма достаточно широко применяется в конструкциях для перекрытия зданий, наиболее часто ширина пролета превышает 24 метра.

Конструктивные особенности стропильной металлической фермы

Металлическая ферма имеет качества жесткости и прочности, которые обеспечиваются формой. Наиболее распространенным считается вариант, который имеет в составе прутья, среди них располагаются параллельно направленные элементы, которые обладают зигзагообразной формой. Благодаря подобной компоновке даже при незначительном расходе материала сопротивляемость системы повышается во много раз.

Главные конструктивные элементы

Металлическая ферма состоит из стоек, раскосов, а также решетки. Узловое соединение составляющих производится методом примыкания одного элемента к другому. Стержни решетки крепятся к поясам с помощью сварки или фасонных элементов. Помимо стропильных, могут быть и подстропильные. Их применяют в качестве опоры для несущих перекрытий и конструкций, что верно, если между колоннами оказывается большее расстояние, чем между балками.

Разновидности ферм по решеткам и поясам

Металлическая ферма может быть классифицирована по геометрии поясов и разновидности решетки. Если говорить об очертаниях пояса, то он может иметь в составе элементы, расположенные параллельно, то есть обладать достаточным количеством конструктивных преимуществ.

Детали повторяются с наибольшей периодичностью, что связано с равномерными длинами стержней для решетки и поясов, одинаковыми схемами узлов, а также наименьшим числом стыков, что позволяет унифицировать конструкции. Это дает возможность индустриализировать их производство. Их используют наиболее часто при обустройстве мягких кровель.

Металлические фермы, чертежи которых составляются до начала монтажа, могут быть одинаковыми, то есть трапециевидными. Сопряжение с колоннами позволяет устраивать достаточно жесткие узлы рамы, которые повышают качества жесткости всей постройки. В центральной части пролета на решетке данных ферм не имеется длинных стержней. Они не предполагают необходимости устройства значительных уклонов. Что касается полигональных, они подходят для массивных построек, в которых применяются большие пролеты. При этом данные конструкции позволяют сэкономить материал. Подобное очертание для легких вариантов нерационально, так как получение незначительной экономии нельзя соизмерить с такими сложностями конструкции.

Можно выделить еще и треугольные, которые применяются для круглых крыш определенного вида. Они просты в исполнении, но обладают определенными конструктивными минусами, которые выражены в сложности опорного узла. Помимо прочего, получается перерасход материалов при изготовлении длинных стержней в центральной зоне решетки. Применение треугольных систем во многих случаях обязательно, например, там, где нужно обеспечить с одной стороны равномерный и значительный приток естественного света.

Системы решетки

Если вы решили обустроить металлические фермы, чертежи которых представлены в статье, то стоит воспользоваться треугольной системой, которая выступает в качестве наиболее эффективного варианта в случае с параллельно расположенными поясами. Это верно и для трапецеидального очертания. Возможно использование данной системы в решетке с треугольным очертанием, в котором наиболее длинные элементы растянуты в наибольшей степени. Подобная решетка по сравнению с треугольной наиболее сложна в устройстве, а также предполагает значительный расход материала.

Особенности проведения расчетов

Монтаж металлических ферм производится только после грамотного расчета системы, где учитывается нагрузка по типу веса кровли, водосточных систем, фонарей, а также вентиляторов. Важно учесть и собственную массу несущей конструкции. Среди временных нагрузок можно выделить давление ветра, вес людей, снега, подвесного транспорта. Ветровая нагрузка должна быть учтена в уклоне фермы, начиная с 30 градусов. Важно учесть и периодическую нагрузку по типу ураганов и сейсмических волнений.

Работа над изготовлением и соединением элементов

Монтаж металлических ферм производится поэтапно из элементов на прихватках. Связывание поясов осуществляется с применением уголка, который используется в количестве одного или двух штук. Верхние пояса выполняются из уголков, которые обладают неравными боками, а также имеют тавровое сечение. Сопряжение осуществляется по меньшим сторонам. Для нижних поясов применяются равнобокие уголки. Стропильные фермы металлические могут обладать значительной длиной, при этом используются накладные и соединительные пластины. При нагрузках, образованных в границах панелей, применяется парные швеллер.

Раскосы устанавливаются под углом в 45 градусов, что касается стоек, то их монтаж производится под прямым углом. Для их выполнения используется равнобокий уголок, а крепление деталей осуществляется с помощью пластин.

Если система полностью сварная, то ее выполняют с применением тавр. После того как монтаж на прихватках завершён полуавтоматическим или ручным способом, можно приступать к проведению сварочных работ, затем каждый шов должен быть зачищен. Проведение окрашивания производится на завершающем этапе, следует использовать антикоррозийные составы.

Правила проведения устройства

Стропильные фермы металлические будут устанавливаться в зависимости от уклона кровли. Необходимо перед началом работ понимать зависимость этого показателя от устройства системы. Таким образом, угол будет равен пределу от 6 до 15 градусов, если ферма обладает трапециевидной формой.

Для обустройства чердака голые стены должны обладать соответствующей высотой, в некоторых случаях для этого крыша снабжается переломами у опор. Габариты панели верхнего и нижнего пояса должны быть эквивалентны. Для облегчения процесса применяется решетка. Если угол наклона должен получиться равным 15-22 градусам, то высота конструкции должна быть равна 1/7 длины, узлы металлических ферм в нижнем поясе должны быть ломаными, это гарантирует снижение массы по сравнению с обычной треугольной на 30 процентов. При всем этом, один пролет не должен оказаться больше 20 метров в длину. Если необходим уклон в пределах 22-30 градусов, то система должна обладать треугольной формой, металлические конструкции фермы будут обладать высотой, которая равна 1/3 длины.

По той причине, что вес получится сравнительно небольшим, в качестве опоры можно использовать наружные стены, возведенные на незначительную высоту. Если длина пролета равна 14-20 метрам, в каждой ее половине следует сделать четное число панелей, длина которых равна 1,5-2,5 метра. В качестве наиболее подходящих для такой длины считается количество панелей, ограниченное восемью.

Если длина пролета превышает 35 метров, то следует применять фермы, которые предполагают использование двух треугольных элементов, соединенных между собой стяжками. В данном случае длинные раскосы центральных панелей допустимо устранить, уменьшив массу. Ферма треугольная металлическая в этом случае будет иметь верхний пояс, разделенный на 16 панелей, длина каждой из которых равна 2-2,75 метра.

Стальные профильные трубы

После того как вы поняли, как производится расчет металлической фермы, можно подумать о ее составляющих. Таким образом, конструкция, изготовленная из профильных труб, обладает менее внушительным весом по сравнению со швеллером или уголком. Такие детали легко собираются с использованием сварки. Профильные трубы можно покрывать легкими материалами по типу ондулина, прозрачного шифера, а также битумных гонтов. Стальные трубы выполняются из стали и алюминия. Такие материалы обладают своими преимуществами, их удобно складировать, перевозить, а также загружать. Материал будет способен претерпевать значительные тепловые и механические нагрузки, он легко поддается обработке.

В основе металлических ферм используются оцинкованные профильные трубы по той причине, что они не подвергаются коррозии, имеют отличные эксплуатационные качества, а также смотрятся привлекательно. Все данные факторы обязательно принимаются в расчет при выборе материала для обустройства стальных ферм. Помимо прочего, монтировать такие системы достаточно просто, с чем способен справиться любой мастер.

В заключение

Используются для этого и толстостенные профильные трубы, которые обладают более внушительной несущей способностью. Такие конструкции применяются еще и при строительстве заборов, детских площадок, а также перегородок.

Теперь вы знаете, как проводить монтаж металлических ферм разных форм.

www.syl.ru

Ферма (конструкция) — это… Что такое Ферма (конструкция)?

Фе́рма (фр. ferme, от лат. firmus прочный), в строительной механике стержневая система, 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, соединенных в узлах.[1]

ферма 1

Ферма состоит из элементов: пояс, стойка, раскос, шпренгель (опорный раскос).

ферма 2 ферма ж/д моста, используемая в конструкции антенны.

История

Классификация

Фермы классифицируют по следующим признакам:

  • Характер очертания внешнего контура
    • Параллельные пояса
    • Ломаные пояса
    • Полигональные пояса
    • Треугольные пояса
  • Тип решётки
    • Треугольная
    • Раскосная
    • Полураскосная
    • Ромбическая
  • Тип опирания
    • Балочный
    • Арочный
    • Консольный
    • Балочно-консольный
  • Назначение
    1. ферма Пратта (с жатыми стойками и растянутыми раскосами)
    2. ферма Уорренна (с решёткой из треугольников)
    3. Бельгийская (треугольная) ферма
    4. ферма с перекрёстными подкосами
    5. ферма под верхний свет
    • Подстропильные
    • Мостовые
    • Крановые
    • Башенные
  • Материал исполнения
    • Деревянные
    • Металлические (стальные и алюминиевые)
    • Железобетонные
    • Из полимерных материалов

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

  1. ↑ Дарков А.В. Строительная механика. — М.: Высшая школа, 1986. — 607 с.: ил.

Ссылки

dic.academic.ru

основа возведения конструкций в ПГС

Оптимальным решением для возведения промышленных зданий – цехов, заводов – является использование металлических конструкций. В качестве несущих сооружений  используются различные виды колонн, которые различаются по виду сечения (прямоугольные, круглые, двутавровые и швеллерные) и по способу производства (прокатные и сварные). Ограждающими звеньями служат, как правило, железобетонные навесные плиты. Перекрытия устанавливаются на металлические ригеля и балки, а вот покрытие (в современном строительстве используется профнастил) кладется на металлические фермы.

Изготовление фермы

Как правило, металлическая ферма подбирается в зависимости от сетки колонн и, соответственно, от ширины пролета здания. Стандартные размеры – 12, 18, 24 м. Изготавливаются металлические фермы из различных профильных элементов. Чаще всего для сваривания используются уголки, которые подбираются в зависимости от предполагаемой нагрузки. Для придания конструкции большей жесткости и прочности  каждый раскос и стойка изготавливается из двух уголков, которые соединены так называемой «рыбкой» — стальной планкой, заваренной между полочками уголков. Однако металлические фермы с такой конфигурацией пользуются все меньшим признанием: необходимость сваривать уголки между собой требует дополнительных затрат времени и материала, а наличие множества выступов и углублений затрудняет процесс прокраски. Альтернативой считаются фермы, сделанные из труб, а также комбинированные (когда для поясов, раскосов и стоек используются элементы различных профилей). Для крепления металлических элементов используются болты высокой прочности.

Применение разных ферм

Кроме длины, фермы различаются по своим очертаниям. В промышленном и гражданском строительстве используются металлические фермы с параллельными, полигональными, треугольными и ломаными поясами. В случае стропильных ферм контуры меняются в зависимости от желаемого конечного вида здания, ведь именно от этого будет меняться форма крыши. Если речь идет о большом промышленном здании, в котором функционирует тяжелая техника, такая как подвесные и мостовые краны, то нередко используются мостовые, башенные и крановые металлические фермы. Чертежи промышленных зданий, особенно поперечные разрезы, наиболее точно отображают функциональность ферм. Кстати, подстропильные фермы нередко заменяют балки и ригеля.

Конструктивное решение

Если здание нужно обеспечить навесом, используются металлические фермы консольного типа. В случае со зданием, имеющим большие пролеты, можно использовать как разрезные, так и неразрезные фермы. Однако оптимальным вариантом является неразрезная ферма: она представляет собой более жесткую и прочную конструкцию, за счет чего имеет меньшую высоту, чем разрезная. Очевидно, что с точки зрения затраты материалов и прочности получаемого сооружения выгоднее использовать неразрезную металлическую ферму.

В строительстве гражданских зданий – как правило, мелкогабаритных (частных домов, коттеджей) – используются деревянные стропильные фермы. И, конечно, нельзя списывать со счетов металлические фермы при возведении таких сооружений, как мосты, вышки и пр.

fb.ru

Металлические фермы | Промышленные металлоконструкции

СТРОПИЛЬНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

ФЕРМЫ В ПОКРЫТИЯХ ЗДАНИЙ

     Стропильные фермы. Общие положения.

     Покрытия металлокаркасных зданий в своей основе состоят из стропильных и подстропильных конструкций, прогонов, фонарных световых конструкций (при необходимости), связей и ограждающих конструкций кровли. Наиболее широкое распространение в покрытиях промышленных зданий, ангаров, складов, спортивных комплексов, торговых центров, где требуется перекрытия больших пролетов, получили  стальные стропильные фермы. Фермы экономичны по затратам металла и просты в изготовлении, им довольно легко можно придать любую форму в соответствии с заданными условиями архитектуры, технологией производства, требованиями расчетной работы под нагрузкой.

     Стропильная ферма представляет собой решетчатую конструкцию, воспринимающую нагрузки от кровельного покрытия, перекрывающая поперечный пролет здания и опирающаяся на несущие элементы этого здания (колонны, стены). При разряженной сетке колонн, где расстоянии в продольном направлении 12 и более метров, между колоннами вдоль здания устанавливают дополнительные фермы, которые служат опорой для промежуточных стропильных ферм. Такие дополнительные фермы называются – подстропильными. Стропильные и подстропильные фермы различаются по очертанию поясов, видам решетки, марки прокатного профиля. Окончательный выбор типа фермы зависит от назначения здания, профиля кровли, системы водоотведения, климатического района, материала покрытия, и экономических факторов.

     Типы стропильных ферм

     Стропильные фермы различают по очертанию поясов, виду решетки и типу сечения стержней ферм.

     — Очертания ферм зависят от  назначения здания и принимаются в соответствии с проектной конструкцией сопряжения с примыкающими элементами, статистической схемой и видом нагрузок, условиями эксплуатации и типом покрытия кровли. В зависимости от очертания поясов, фермы подразделяются на сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные.

     — Фермы треугольного очертания – применяются в консольных и балочных системах при сосредоточенной нагрузке в середине пролета, а так же в зависимости от условия эксплуатации при необходимости задать значительный уклон кровли. Треугольные фермы обладают рядом существенных недостатков, а именно сложность конструктивного исполнения опорного узла, что допускает только шарнирное сопряжение фермы с колонной, при котором снижается поперечная жесткость здания. Стержни решетки в средней части фермы получаются слишком длинные, их сечение подбирается по предельной гибкости, что в итоге приводит к перерасходу металла.

     — Фермы с параллельными поясами — обладают равными длинами элементов решетки, одинаковыми схемами узлов, повторяемостью элементов и деталей, что позволяет унифицировать такую конструктивную схему,  и способствует индустриализации их изготовления. В настоящий момент за счет своих преимуществ фермы с параллельными поясами получили наиболее широкое распространение и являются основным типом в покрытиях зданий. Однако стоит отметить, что по своему очертанию они далеки от эпюры моментов и по расходу стали не экономичны.

     — Сегментные фермы – криволинейное очертание пояса полностью повторяет эпюру моментов, что в теории позволяет изготовить такую ферму со значительной экономией по расходу стали, но сложность изготовления такой конструкции повышает трудоемкость производства, в связи с чем, практически не применяются.

     — Фермы полигонального очертания – достаточно близко соответствуют параболическому очертанию эпюры моментов, с переломом пояса в каждом узле, но без применения криволинейных участков. Применяются в основном только для конструирования тяжелых ферм больших пролетов и мостовых конструкциях.

     — Фермы трапецеидального очертания – по сравнению с треугольными, имеют преимущества в более простой конструкции узлов, а также  позволяют устроить жесткий рамный узел, что повышает жесткость всего каркаса здания. Решетки таких ферм не имеют длинных стержней в середине пролета, и своей формой ближе к очертанию эпюры моментов.

     Типы решеток ферм – выбираются в зависимости от схемы приложения нагрузок, очертания поясов и конструктивных требований. От типа выбранной решетки зависит вес фермы, трудоемкость ее изготовления и внешний вид.

     — Треугольная система решетки – применяется в фермах с параллельными поясами или трапецеидального очертания, дает наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. Различаются фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. Недостатком данной системы является наличие длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного расхода стали для достижения расчетной устойчивости.

     — Раскосная система решетки – наиболее целесообразное ее применение при малой высоте ферм, а так же при условии, когда по стойкам передаются большие усилия. Изготовление раскосной решетки трудоемкое и требует большого расхода металла. Путь усилия от узла с приложенной нагрузкой до опоры длинный, идет через все узлы и стержни решетки, поэтому при проектировании по максимуму закладывается, чтобы наиболее длинные элементы – раскосы — были растянуты, а стойки – сжатыми.

     — Шпренгельная решетка – применяется в случае сосредоточения нагрузок к верхнему поясу  при их вне узловом приложении, а так же при необходимости уменьшения длины расчетного пояса. Устройство шпренгельной решетки дает возможность получить оптимальное расстояние между элементами поперечных конструкций при рациональном соблюдении угла наклона раскосов, с возможностью уменьшения расчетной длины сжатых стержней. В стропильных фермах шпренгельная решетка позволяет сохранить нормальное расстояние между прогонами, удобное для поддержания элементов кровли, либо позволяет заложить промежуточный узел необходимый для опирания крупнопанельного настила кровли. Устройство шпренгельной решетки трудоемко, и в некоторых случаях требует дополнительного расхода металла. Если нагрузка на ферму действует в обоих направлениях, то целесообразно использовать крестовую решетку. В фермах с поясами, выполненными из тавров возможно применение перекрестной решетки, где раскосы крепятся непосредственно к стенке тавра.

     — Ромбическая и полураскосная решетка – обладают большой жесткостью благодаря взаимодействию двух систем раскосов, оптимальны при работе конструкций на большие поперечные силы. В основном применяются в мостах, мачтах, башнях, связях и где требуется большая высота ферм.

     Сечение стержней ферм – выбор определяется в основном назначением и конструкцией фермы. Стропильные фермы проектируют из парных горячекатаных уголков, из прямоугольных электросварных профилей, швеллеров, круглых труб, с поясами из тавров и широкополочных двутавров, в некоторых случаях возможно применение ферм из одиночных уголков.

     Наиболее распространенный вид сечения элементов ферм — парные уголки, применяются во всех климатических районах в сочетании с легкими и тяжелыми ограждающими конструкциями, при пролетах зданий 18-42м. Такое решение,  удобно для конструирования узлов на фасонках и узлов примыкания прогонов, покрытий и связей, обладает широкими возможностями при проектировании по подбору типа фермы, а так же разнообразием выбора площадей сечения элементов. Однако большое число дополнительных элементов (косынок, фасонок, накладок) увеличивает расход стали и трудозатраты на изготовление.

     Более рациональным конструктивным решением, позволяющим снизить массу, трудоемкость изготовления и монтажа металлоконструкций, является применение в конструкции стропильных ферм круглых труб или прямоугольных гнутозамкнутых профилей. Экономия достигается благодаря рациональной форме профиля и безфасоночным соединениям элементов решетки с поясом фермы. Большим преимуществом трубчатых стержней так же является их равноустойчивость в двух плоскостях, хорошая обтекаемость, удобство окраски в эксплуатации и стойкость против коррозии.

     Оптимальное конструкторское решение стропильной фермы – пояса из тавров с решеткой из горячекатаных уголков. Область применения такая же как и у ферм из парных уголков, но за счет крепления уголков на стенке тавров позволяет обойтись без фасонок, соответственно сокращается объем стали и упрощается процесс изготовления.

     Особенности расчета и схемы стропильных ферм

     Схемы ферм достаточно разнообразны и зависят от технологических условий эксплуатации здания, конструкции кровли, технико-экономических и архитектурных соображений. На основе этих данных определяется длина пролета, высота фермы, очертания пояса, величина уклона и т.д. При малоуклонных кровлях применяются фермы трапециевидного очертания для  кровли уклоном 5-10% и с параллельными поясами для кровель, не заполняемых водой при уклоне 2,5%, решетка малоэлементная, простой формы. Кровли с большим уклоном проектируются из треугольных ферм или двухскатных с параллельными поясами. В многопролетных зданиях с наружным отводом воды в основном используются односкатные фермы.

     При расчете в стропильных фермах определяются усилия в узлах и стержнях ферм в зависимости от нагрузок. На фермы действует несколько нагрузок для каждой, из которой  необходимо определять усилия:

     постоянная нагрузка, – в которую входит собственный вес фермы, вес прогонов, кровельного покрытия и  утеплителя, фонарей, связей по покрытию;

     временная нагрузка – от подвесного подьемно-транспортного оборудования, подвесных коммуникаций и оборудования, осветительных установок, вентиляции и т.п., при больших пылевыделениях учитывается нагрузка от пыли;

     атмосферные нагрузки – снег, ветер. Снеговые нагрузки при расчете элементов покрытия являются основными, определяющими размеры сечения, особенно при легкой кровле. В некоторых случаях доля снеговой нагрузки в расчетных усилиях достигает 60-70%.

     Генеральные размеры ферм – длина и высота. Длина пролета ферм оговаривается в техзадании и определяется эксплуатационными требованиями и компоновкой здания. Оптимальная высота принимается из условия наименьшего веса фермы с учетом обеспечения необходимой жесткости и возможности транспортировки укрупненных элементов, так же высота фермы может назначаться исходя из условия необходимости размещения техкоммуникаций в межферменном пространстве.

«ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ»

«Промметкон»

ассоциация производителей металлоконструкции

промышленного и гражданского назначения.

г.Екатеринбург, ул.8-марта 51

тел. 8-(343)-344-89-82

        8-(967)-639-19-82

  e-mail: [email protected]

prommetkon.ru

это что такое? Строительная конструкция

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.

fb.ru

Изготовление металлических ферм, расчет, сварка, монтаж.

Назначение и материал металлических ферм

Металлическая ферма – это готовая или собранная по месту установки сварная (реже болтовая сборка, клепка) стропильная конструкция. В обычных трактовках металлическими треугольными фермами называют плоский элемент, включающий только опорные детали будущей кровли (собственно несущие откосы, ноги, распорки, ригели и т.д.). По другой версии – тот же жесткий стропильный треугольник, привязанный к нижнему поясу, с установленными раскосами и стойками.

Собственно, назначение таких конструкций легко читается в их определении. Быстрый монтаж крыши любого промышленного здания или жилого дома с минимальными трудозатратами на планировку и обустройство стропильной системы. При правильном расчете металлической фермы из профильной трубы и качественном исполнении сварочных работ дальнейшие кровельные работы сводятся к минимуму: плоские трубные сборки надо только поднять на верхнюю обвязку сооружения и установить по разметке.

В качестве основного материала чаще всего выбирается черная или оцинкованная сталь в следующих вариантах проката:

  • профильные трубы, о превосходных механических свойствах мы уже рассказывали отдельно; выбор квадратного или прямоугольного сечения для фермы зависит от того, как правильно ее удалось рассчитать;
  • тавровый прокат, швеллер для кровли с особыми нагрузками; вес таких цельнометаллических сборок намного больше, поэтому сфера применения ограничена производственным строительством;
  • уголок: противоположный вариант изготовления металлических ферм для временных или хозяйственных построек (навесов, гаражей, хозблоков и т.п.), выполнить который можно и своими руками при наличии сварочного оборудования.

Для изготовления готовых ферм для облегченных покрытий кровли, например, поликарбоната, иногда используют алюминиевые профили, что существенно упрощает монтаж готовых изделий.

Как рассчитать и выбрать металлическую ферму

Сначала следует обратиться к техническим условиям эксплуатации стропильных систем, где определяющими становятся два важнейших параметра: угол наклона и ширина пролета. В зависимости от этих величин подбирается не только сечение несущих труб, но и вид металлоконструкции. Доверить проектирование и изготовление таких серьезных конструктивных элементов мы рекомендуем профессионалом, но иметь о них самые общие представления необходимо.

Основных конструкционных вариантов исполнения металлических ферм двухскатной кровли всего четыре:

  • классический треугольник на стропильных распорах;
  • треугольная конструкция на лобовых врубках;
  • пятиугольный сегментный элемент с дополнительными ребрами жесткости;
  • многоугольное исполнение для пролетов свыше 24 метров с потенциально высокими внешними нагрузками.

Соответственно, выбор схемы задается проектным заданием.

  1. Наклон двухскатной крыши 22-30о — идеальный вариант, который позволяет без особых проблем монтировать изделия первой категории в типоразмере 6 – 12 м. Соотношение высоты и ширины принимается 1/5.
  2. Уклон кровельных покрытий необходимо уменьшить до 15-22о при той же разноске металлических ферм по длине: проблема, решаемая изломанной линией нижнего пояса и соответствующим повышением жесткости стропильного элемента.
  3. При небольших уклонах крыши имеет смысл применять односкатные трапециевидные фермы, высота которой по верхней кромке должна рассчитываться из соотношения 1/7 или даже 1/9 от ширины накрываемого помещения.

Недостатки конструкций из стальной профильной трубы

Понятно, что изготовление металлических ферм по заданным вами или рассчитанными архитектором параметрам постройки берут на себя производители подобной продукции, причем в рыночных условиях они могут предлагать такой спектр услуг, от которого закружится голова. Но товара без скрытых изъянов не бывает, таковы законы рынка.

Что имеем в реальной жизни:

  • Металлические фермы даже при изготовлении из тонкостенного стального профиля на перекрытии 15 м могут весить до 5 тонн. Пересчитайте на габариты своего дома и задумайтесь о доставке. При этом учитывайте линейные размеры изделия. Профессиональный расчет, сборка, транспортировка и погрузка-разгрузка стальных конструкционных элементов влетает в копеечку.
  • Установка стропильной системы: без специальной подъемной техники и сварочного оборудования здесь не обойтись, а хороших специалистов еще надо поискать.
  • Наконец, без специальной антикоррозионной обработки металлические фермы из профильной квадратной стальной трубы через два-три года начнут ржаветь от элементарного скапливания конденсата в чердачной зоне.

Но ложка меда все-таки есть: такие стропила при любых наружных и внутренних условиях эксплуатации переживут не только вас, но ваш дом.

ogodom.ru

виды, расчет конструкции и сварка

Металлические фермы не являются редкостью в условиях современного строительства. Такие конструкции особенно востребованы при обустройстве помещений с большими размерами или в случае необходимости получить стропильную систему с наиболее высоким уровнем прочности и надёжности. Кроме того, металл обладает характеристиками, позволяющими оформлять конструкции из профильных труб для монтажа пролётов с длиной более десяти метров.

[contents]

Преимущество стропильных ферм из труб

  • стабильно высокие прочностные характеристики, которые позволяют обеспечить максимально долгую эксплуатацию всей конструкции;
  • использование металлического профиля значительно облегчает сооружение наиболее сложных конструкций с минимальными затратами времени и сил;
  • фермы из профильных труб отличаются вполне доступной стоимостью;
  • фермы из профилей обладают незначительным весом;
  • конструкции, изготовленные с использованием профильных труб, отличаются устойчивостью к деформационным изменениях и испытывают минимальные последействия вследствие механических ударов или других повреждений.

Кроме того фермы, выполненные на основе металлических профилей можно окрашивать, что позволяет получить очень качественную и внешне эстетичную конструкцию.

Область применения

Основной сферой использования ферм является конструирование металлических каркасов для навесов и различных построек. Кроме того, посредством таких конструкций выполняется защита значительных площадей от солнца и атмосферных осадков. Широко используются металлические фермы в сооружении мостов и в качестве перекрытий в сегменте промышленного или частного строительства.

Локальное использование ферм из профильных труб наблюдается при обустройстве объектов связи, линий электроснабжения, автотранспортных дорог. Их эксплуатируют при возведении спортивных и культурно-массовых сооружений.

Виды профильных труб

Для выбора определённого варианта стальной конструкции необходимо определиться с видом профильной трубы, которые сильно отличаются размерами, ГОСТами, конфигурацией и могут иметь

Виды профильной трубы

следующие формы:

  • квадратная труба с одинаковым соотношением размеров всех сторон;
  • прямоугольная труба с различными размерами сторон;
  • овальные трубы, отличающиеся дороговизной, что обусловлено трудоёмкостью изготовления.

Очень важно правильно рассчитывать параметры профильных труб, из которых будет состоять конструкция фермы:

  • для небольших сооружений с шириной не более 4, 5 метра оптимальные размеры составляют 4 x 2 x 0,2 сантиметра;
  • конструкции с шириной не более 5,5 метра обустраиваются трубами с размерами 4 x 4 x 0,2 сантиметра;
  • для конструкций, с шириной более пяти метров, допускается использование металлопрофиля с параметрами 4 x 4 x 0,3 сантиметра или 6 x 3 x 0,2 сантиметра.

В зависимости от типа изготовления, трубы профильные могут быть представлены:

  • электросварными холоднодеформированными изделиями;
  • электросварными изделиями;
  • горячедеформированными изделиями;
  • холоднодеформированными изделиями;
  • бесшовными изделиями.

Разновидности конструкций

На основании формы металлической фермы различаются следующие разновидности:

  • односкатный вариант фермы на основе профильных труб;
  • двухскатный вариант фермы;
  • прямой вариант;
  • арочный вариант.

Виды конструкций

Кроме того, конструкции металлических ферм подразделяются в зависимости от очертаний пояса:

конструкция с параллельным поясом. Особенности такого варианта обусловлены лёгкостью монтажа благодаря значительному количеству однотипных деталей, одинаковой длине стержней решётки и пояса, наличию незначительного количества стыков, полной унификации конструкции и возможности использовать под мягкое кровельное покрытие.

односкатная конструкция фермы. Характеризуется устройством узлов оптимальной жёсткости, отсутствием длинных стержней в серединной части металлопрофильной фермы и достаточной экономичностью конструкции.

ферма полигональной конструкции. Такой сложный вариант чаще всего используется при возведении строений со значительным весом и способствует обеспечению экономичного использования профилей.

треугольная конструкция фермы. Особенностями являются простота изготовления и возможность использовать такой вариант для кровель с большим уклоном. Следует учитывать сложность устройства большинства опорных узлов и значительный расход металлопрофиля.

Все фермы на основе профильных труб могут быть представлены сооружением с объединением всех элементов в одной плоскости или висячей конструкцией, включающей верхний и нижний пояса.

Проектирование и расчёт

Наиболее важным этапом возведения любой конструкции является проектирование и расчёт, которые должны учитывать следующие нюансы:

  • показатель нагрузки на конструкцию фермы;
  • величина конструкционного уклона;
  • местоположение перекрытий;
  • протяжённость обустраиваемых пролётов.

Чертеж фермы из профильной трубы

Следует учитывать, что на сегодняшний день существует всего четыре конструкционных варианта металлических ферм для обустройства двухскатных кровель:

  • классический вариант треугольника со стропильными распорами;
  • треугольный вариант конструкции с лобовыми врубками;
  • вариант пятиугольных сегментов, оснащённых дополнительными рёбрами для повышения жёсткости;
  • вариант многоугольного исполнения, используемый для пролётов длиннее 24 метров, на которые предполагается потенциально высокий уровень внешних нагрузок.

Особенности и этапы расчётов, на которые следует обратить особое внимание:

  • перед расчётами необходимо выполнить схему с указанием зависимости длины конструкции от величины кровельного уклона;
  • выбор схемы должен сочетаться с определением контура поясов выполняемой фермы, что находится в непосредственной зависимости от функциональных особенностей конструкции, варианта кровельного материала и угла кровельного наклона;
  • выбор параметров длины и высоты фермы, а при длине более 36 метров требуется произвести расчёт строительного подъёма;
  • определение размеров панелей в зависимости от величины нагрузки и расчёт междоузельных расстояний.

Элементы и узлы

Основные конструкционные элементы ферм из труб могут быть представлены верхним и нижним поясами, а также раскосами и стойками. Пояса в таких фермах образуют контуры, а наличие раскосов и стоек необходимо для обустройства решётки. Узловые соединения всех элементов конструкции базируются на непосредственном примыкании элементов друг к другу или основаны на использовании специальных узловых фасонок.

Конструкция стропильной фермы

Все элементы металлических ферм необходимо центрировать по осевому направлению от центра тяжести, что позволяет снизить узловые моменты и обеспечить работу стержней на основные осевые усилия.

Фермы из профильной трубы

Угол уклона позволяет выделить несколько типов металлопрофильных ферм:

Угол кровельного уклона от 22 до 30 градусов.

Возведение при угле наклона крыши 22-30 градусов

Высота фермы рассчитывается посредством деления длины пролёта на пять. Основным преимуществом является достаточно небольшой вес конструкции.

Если величина длины пролёта более четырнадцати метров, то предпочтение следует отдать конструкции с расположением в направлении сверху вниз. Верхняя часть обустраивается панелью с параметрами длины от 1,5 до 2,5 метра, а сама конструкция должна иметь два пояса и чётное количество панелей.

Изготовление промышленных металлопрофильных ферм с длиной более двадцати метров, подразумевает монтаж металлических сооружений подстропильного типа, которые будут связывать опорные колонны.

Как правило, стандартные конструкции состоят из пары треугольных ферм, которые соединяются затяжкой. Такой вариант не позволяет образоваться длинным раскосам в средней части конструкции, и способствует облегчению общего веса конструкции. Закрепление потолка на такой ферме происходит фиксацией затяжки на верхнем узле пояса.

Угол кровельного уклона от 15 до 22 градусов.

При таком уклоне для расчёта высоты конструкции длину пролёта необходимо разделить на семь. Следует учитывать, что показатель длины такой металлопрофильной фермы не должен превышать двадцать метров. Если длина значительнее, то требуется использовать затяжки, а нижний пояс изготовить на основе ломанного варианта.

Минимальный кровельный уклон, не превышающий 15 градусов.

Оптимальным вариантом является устройство в форме трапеции. Для расчёта высоты требуется разделить длину пролёта на показатель, который в зависимости от величины уклона может варьироваться в пределах 7 — 9. При установке фермы не на потолок, в виде раскосов допускается использование треугольной решётки.

Изготовление и сварка

Весь процесс изготовления базируется на выполнении действий в определённой последовательности и соблюдении нескольких правил, которые позволяют собрать надёжную и качественную металлопрофильную конструкцию:

  • для сборки и скрепления всех элементов конструкции необходимо пользоваться прихватками или спаренными уголками;
  • конструирование верхнего пояса фермы подразумевает использование двух тавровых разносторонних уголков, которые стыкуются меньшими сторонами;
  • для соединения нижнего пояса конструкции следует использовать уголки с равными сторонами;
  • большая и длинная ферма соединяется посредством накладных пластин, а чтобы получить равномерное распределение нагрузки следует использовать парные швеллеры;
  • при монтаже раскосов требуется выдерживать угол в сорок пять градусов, а установка стоек выполняется под углом в девяносто градусов;
  • раскосы и стойки крепятся посредством тавровых или крестообразных уголков с равными сторонами;
  • при изготовлении цельносварных конструкций целесообразно использовать тавры;
  • собрав конструкцию посредством прихваток можно выполнять сварочные работы ручного или автоматического типа с последующей зачисткой всех швов.

На завершающем этапе необходимо обработать всю конструкцию качественным антикоррозийным составом и краской.

Подводим итоги

Качественные и грамотно выполненные металлические фермы должны соответствовать всем нормам безопасности и возводиться в соответствии с установленными государственными стандартами.

Чем выше возводимая ферма, тем больше её несущая способность, что необходимо учитывать при проектировании и выполнении узлов соединений.

Профильные трубы являются недорогими, лёгкими, экономичными и прочными элементами и относятся к категории идеальных вариантов для изготовления объёмных стропильных ферм.

netosadkam.ru

Источники и решения: сельское хозяйство

Внесение удобрений в надлежащем количестве, в нужное время года и правильным методом может значительно снизить количество удобрений, попадающих в водоемы.

Не позволяя животным и их отходам попадать в водоемы, азот и фосфор не попадают в воду и защищаются берега ручьев.

Фермеры вносят питательные вещества на свои поля в виде химических удобрений и навоза, которые обеспечивают урожай азотом и фосфором, необходимым для выращивания и производства пищи, которую мы едим.Однако, когда азот и фосфор не полностью используются растущими растениями, они могут быть потеряны с полей фермы и отрицательно сказываются на качестве воздуха и воды ниже по течению.

Эти избыточные азот и фосфор могут вымываться с сельскохозяйственных полей и в водоемы во время дождей и таяния снега, а также могут со временем вымываться через почву в грунтовые воды. Высокий уровень азота и фосфора может вызвать эвтрофикацию водоемов. Эвтрофикация может привести к гипоксии («мертвым зонам»), вызывая гибель рыбы и сокращение численности водных организмов.Избыток питательных веществ может вызвать вредоносное цветение водорослей (ВЦВ) в пресноводных системах, которое не только нарушает жизнь дикой природы, но также может производить токсины, вредные для человека.

Удобренные почвы, а также животноводство также уязвимы для потерь питательных веществ в воздух. Азот может теряться с сельскохозяйственных полей в виде газообразных соединений на основе азота, таких как аммиак и оксиды азота. Аммиак может быть вредным для водных организмов, если большие его количества выпадают из атмосферы в поверхностные воды.Закись азота — мощный парниковый газ.

Фермеры могут снизить потери питательных веществ в результате хозяйственной деятельности множеством способов 1 , включая, помимо прочего, 2 :

  • Внедрение методов управления питательными веществами: Фермеры могут улучшить методы управления питательными веществами, применяя питательные вещества (удобрения и навоз) в нужном количестве, в нужное время года, с правильным методом и с правильным размещением. 3,4
  • Использование методов консервационного дренажа: Подземный дренаж плиткой является важной практикой для управления движением воды на многих почвах и через них, как правило, на Среднем Западе.Дренажная вода может содержать растворимые формы азота и фосфора, поэтому необходимы стратегии для снижения нагрузки питательными веществами при сохранении адекватного дренажа для растениеводства. Консервационный дренаж описывает методы, включая изменение конструкции и эксплуатации дренажной системы, биореакторы из щепы, насыщенные буферы и модификации дренажной системы канав. 5,6
  • Обеспечение круглогодичного напочвенного покрова: Фермеры могут сажать покровные культуры 7 или многолетние виды 8 для предотвращения периодов голой земли на сельскохозяйственных полях, когда почва (а также почва и содержащиеся в ней питательные вещества) наиболее подвержены эрозии и утечка в водные пути.
  • Посадка полевых буферов: Фермеры могут сажать деревья, кустарники и травы по краям полей; это особенно важно для поля, граничащего с водоемами. Установленные буферы могут помочь предотвратить потерю питательных веществ с полей, поглощая или отфильтровывая питательные вещества до того, как они достигнут водоема. 9
  • Внедрение консервативной обработки почвы: Фермеры могут уменьшить частоту и интенсивность обработки полей. Это может помочь улучшить здоровье почвы и уменьшить эрозию, сток и уплотнение почвы и, следовательно, вероятность попадания питательных веществ в водные пути через сток. 10
  • Управление доступом домашнего скота к ручьям: Фермеры и владельцы ранчо могут установить заборы вдоль ручьев, рек и озер, чтобы заблокировать доступ животных, чтобы помочь восстановить берега ручьев и предотвратить попадание лишних питательных веществ в воду. 11
  • Участие в мероприятиях по водоразделу: Сотрудничество широкого круга людей, заинтересованных сторон и организаций на всем водоразделе имеет жизненно важное значение для уменьшения загрязнения воды и воздуха питательными веществами.Фермеры могут играть важную руководящую роль в этих усилиях, когда они принимают участие и взаимодействуют с правительствами своих штатов, фермерскими организациями, природоохранными группами, образовательными учреждениями, некоммерческими организациями и общественными группами.

1 https://www.cals.iastate.edu/files/misc/183758/recting-nutrient-loss-science-shows-what-works.pdf

2 Практические стандарты службы охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США являются наилучшей доступной базой для внедрения этих практик на национальном уровне: https: // www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/main/national/technical/cp/ncps/

3 https://extension.psu.edu/programs/nutrient-management/educational/soil-fertility/nutrient-management-to-improve-nitrogen-use-efficiency-and-reduce-environmental-losses

4 https://content.ces.ncsu.edu/best-management-practices-for-agricultural-nutrients

5 https://transformingdrainage.org/

6 https://engineering.purdue.edu/watersheds/conservationdrainage/index.html

7 https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/ny/technical/?cid=nrcs144p2_027252

8 https://phys.org/news/2016-07-perennials-nutrient-runoff-gulf-mexico.html

9 https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/2006_8_24_msbasin_symposia_ia_session4-2.pdf

10 http://asi.ucdavis.edu/programs/sarep/about/copy_of_what-is-sustainable-agriculture/practices/conservation-tillage

11 https: // extension.psu.edu/programs/nutrient-management/educational/best-management-practices/stream-bank-fencing-green-banks-clean-streams

мертвая зона | Национальное географическое общество

Мертвые зоны — это районы с низким содержанием кислорода или гипоксией в океанах и озерах мира. Поскольку большинству организмов для жизни необходим кислород, немногие организмы могут выжить в условиях гипоксии. Именно поэтому эти зоны называют мертвыми зонами.

Мертвые зоны возникают из-за процесса, называемого эвтрофикацией, который происходит, когда в водоем поступает слишком много питательных веществ, таких как фосфор и азот.В норме эти питательные вещества питают рост организма, называемого цианобактериями или сине-зелеными водорослями. Однако при слишком большом количестве питательных веществ цианобактерии бесконтрольно разрастаются, что может быть вредным. Деятельность человека является основной причиной вымывания этих избыточных питательных веществ в океан. По этой причине мертвые зоны часто располагаются вблизи обитаемых береговых линий.

Понимание процесса эвтрофикации дает наиболее четкое представление о том, как и почему возникают мертвые зоны.

Причины эвтрофикации

Эвтрофические явления участились из-за быстрого роста интенсивных методов ведения сельского хозяйства, промышленной деятельности и роста населения.Эти три процесса выделяют большое количество азота и фосфора. Эти питательные вещества попадают в наш воздух, почву и воду. В результате деятельности человека было выброшено почти в два раза больше азота и в три раза больше фосфора, чем в результате естественных выбросов.

Различные регионы мира выделяют разные уровни этих питательных веществ. В развитых странах, таких как США и страны Европейского Союза, интенсивное использование навоза и коммерческих удобрений в сельском хозяйстве является основным фактором эвтрофикации.Сток с больших сельскохозяйственных полей попадает в ручьи и заливы из-за дождя или методов орошения.

В развивающихся странах Латинской Америки, Азии и Африки неочищенные сточные воды сточных вод и промышленных предприятий в основном способствуют эвтрофикации. Заводы и очистные сооружения менее регулируются, чем в развитых странах, и иногда сточные воды просто сбрасываются в ручьи, реки, озера или океан.

Атмосферные источники азота также способствуют эвтрофикации в некоторых регионах мира.Ископаемое топливо и удобрения выделяют в атмосферу азот. Этот атмосферный азот затем повторно осаждается на суше и в воде в результате круговорота воды — дождя и снега.


В 1970-х годах в Чесапикском заливе на восточном побережье США была обнаружена одна из первых мертвых зон. Высокий уровень азота в Чесапике вызван двумя факторами: урбанизацией и сельским хозяйством. В западной части залива расположено множество заводов и городских центров, выбрасывающих в воздух азот.Атмосферный азот составляет около трети азота, поступающего в залив. Восточная часть залива — центр птицеводства, производящего большое количество навоза.

С 1967 года Фонд Чесапикского залива возглавил ряд программ, направленных на улучшение качества воды в заливе и ограничение стока загрязняющих веществ. В Чесапике все еще есть мертвая зона, размер которой зависит от сезона и погоды.

Эвтрофикация и окружающая среда

Процесс эвтрофикации оказывает серьезное воздействие на окружающую среду.Мертвые зоны возникают в результате этих воздействий, включая цветение водорослей и гипоксию.

Цветение водорослей
Фосфор, азот и другие питательные вещества повышают продуктивность или плодородие морских экосистем. Такие организмы, как фитопланктон, водоросли и водоросли, будут быстро и чрезмерно расти на поверхности воды. Это быстрое развитие водорослей и фитопланктона называется цветением водорослей. Цветение водорослей может создать под ними мертвые зоны.

Цветение водорослей препятствует проникновению света на поверхность воды.Они также предотвращают поглощение кислорода организмами, находящимися под ними. Солнечный свет необходим растениям и организмам, таким как фитопланктон и водоросли, которые сами производят питательные вещества из солнечного света, воды и углекислого газа. Кислород необходим почти всем водным организмам, от морских трав до рыб.

Из-за лишения организмов солнечного света и кислорода цветение водорослей отрицательно сказывается на различных видах, обитающих под поверхностью воды. Особенно сокращается количество и разнообразие придонных или придонных видов.

Поскольку водоросли доминируют в водной экосистеме, их цветение иногда называют «красными приливами» или «коричневыми приливами», в зависимости от цвета водорослей. Красные приливы на самом деле не имеют ничего общего с приливами. Они тоже не имеют отношения к водорослям. Организм, вызывающий красные приливы, — это бактерии, называемые цианобактериями.


Цветение водорослей также вызывает более масштабные проблемы, такие как болезни человека. Моллюски, такие как устрицы, являются фильтраторами. Фильтруя воду, они поглощают микробы, связанные с цветением водорослей.Многие из этих микробов токсичны для людей. Люди могут заболеть или даже умереть от отравления моллюсками.

Цветение водорослей также может привести к гибели морских млекопитающих и прибрежных птиц, которые зависят от морской экосистемы в качестве пищи. Болотные птицы, такие как цапли, и млекопитающие, такие как морские львы, зависят от рыбы для выживания. Из-за того, что под цветением водорослей меньше рыбы, эти животные теряют важный источник пищи.

Цветение водорослей также может повлиять на аквакультуру или разведение морских обитателей. Один красный прилив уничтожил 90 процентов всех запасов рыбных хозяйств Гонконга в 1998 году, что привело к экономическим потерям в размере 40 миллионов долларов.

Цветки водорослей обычно умирают вскоре после появления. Экосистема просто не может поддерживать огромное количество цианобактерий. Организмы конкурируют друг с другом за оставшийся кислород и питательные вещества.

Гипоксия
Гипоксия возникает, когда водоросли и другие организмы умирают от недостатка кислорода и доступных питательных веществ. Гипоксия часто сопровождается цветением водорослей. Цианобактерии, водоросли и фитопланктон опускаются на морское дно и разлагаются бактериями. Несмотря на то, что кислород теперь может свободно проходить через водную экосистему, процесс разложения использует почти весь его.Этот недостаток кислорода создает мертвые зоны, в которых большинство водных видов не могут выжить.

В Мексиканском заливе есть сезонная зона гипоксии, которая образуется каждый год в конце лета. Его размер варьируется от менее 5000 квадратных километров (1 931 квадратная миля) до примерно 22 000 квадратных километров (8 494 квадратных миль или размер Массачусетса). Обеспокоенность по поводу его увеличения размера привела к формированию Целевой группы по питательным веществам водораздела реки Миссисипи / Мексиканского залива в 1997 году. Ее миссия заключается в сокращении пятилетнего скользящего среднего значения мертвой зоны Мексиканского залива до менее чем 5 000 квадратных километров.

Балтийское море является домом для семи из 10 крупнейших морских мертвых зон в мире. Увеличенный сток сельскохозяйственных удобрений и сточных вод ускорил процесс эвтрофикации. Перелов балтийской трески усугубил проблему. Треска питается шпротами — маленькими, похожими на сельдь видами, которые питаются микроскопическим зоопланктоном, а те, в свою очередь, питаются водорослями. Меньше трески и больше шпротов означает больше водорослей и меньше кислорода. Распространяющиеся мертвые зоны начинают достигать глубоководных мест размножения трески, что еще больше подвергает опасности вид.

Балтийское море стало первым «макрорегионом», ставшим целью Европейского Союза для борьбы с загрязнением, мертвыми зонами, переловом и региональными спорами. ЕС координирует Стратегию Балтийского моря с восемью странами-членами ЕС, граничащими с Балтийским морем: Данией, Эстонией, Финляндией, Германией, Латвией, Литвой, Польшей и Швецией.


Классификация эвтрофных систем

Ученые определили 415 мертвых зон по всему миру. Зона гипоксии резко увеличилась за последние 50 лет, примерно с 10 задокументированных случаев в 1960 году до не менее 169 в 2007 году.Большинство мертвых зон мира расположено вдоль восточного побережья Соединенных Штатов, а также береговых линий стран Балтии, Японии и Корейского полуострова.

В результате резкого увеличения числа мертвых зон ученые классифицировали прибрежные системы, испытывающие какие-либо симптомы эвтрофикации.

Проблемный район — это прибрежная система, которая проявляет эффекты эвтрофикации, такие как повышенные уровни питательных веществ, вредоносное цветение водорослей и негативные изменения в бентическом сообществе.Обеспокоенные области подвержены наибольшему риску развития гипоксии. Основные концентрации проблемных районов расположены вдоль западного побережья Центральной и Южной Америки, а также побережья Великобритании и Австралии. В мире существует 233 проблемных направления.

Система в процессе извлечения — это система, которая когда-то демонстрировала низкий уровень кислорода и гипоксию, но сейчас улучшается. Например, в Черном море когда-то ежегодно происходили гипоксические явления, но сейчас оно восстанавливается. Другие, такие как Бостонская гавань в США и устье реки Мерси в Соединенном Королевстве, также улучшили качество воды.Это результаты более эффективного контроля промышленных и сточных вод. Во всем мире восстанавливаются только 13 прибрежных систем.

Продовольственная безопасность — специальный доклад об изменении климата и земле

Диверсификация производственных систем за счет продвижения забытых и малоиспользуемых видов (NUS; также известных как малоизученные, забытые, сиротские, потерянные или находящиеся в неблагоприятном положении культуры) предлагает возможности адаптации к изменению климата, особенно в горах. Забытые и малоиспользуемые виды (NUS) обладают потенциалом для повышения продовольственной безопасности и в то же время помогают защищать и сохранять традиционные знания и биоразнообразие.Расширение масштабов NUS требует обучения фермеров и других заинтересованных сторон способам принятия адекватного управления посевами, качественного семенного материала, выбора сортов, систем земледелия, управления почвами, разработки новых продуктов и рыночных возможностей (Padulosi et al. 2013). Фермеры в районе Расува, расположенном среди холмов Непала, предпочитают выращивать местные бобы, ячмень, просо и местную кукурузу, а не товарные культуры, поскольку они более устойчивы к водному стрессу и чрезвычайно холодным условиям (Adhikari et al., 2017) .Фермеры из высокогорного и холодного климата Непала предпочитают местный ячмень с его коротким периодом выращивания из-за более короткого окна выращивания. Гречиха обычно выращивается в регионе Гиндукушских Гималаев (HKH), главным образом потому, что она быстро растет и подавляет сорняки. В Пакистане квиноа ( Chenopodium quinoa ) росла и хорошо выращивалась в засоленных и маргинальных почвах, где другие культуры не могли расти (Adhikari et al., 2017).

В то же время во многих частях региона HKH значительная часть населения страдает от недоедания.Это обусловлено различными факторами, и одним из них является отсутствие разнообразия в пищевых продуктах и ​​питательных веществах в результате производства и потребления небольшого количества сельскохозяйственных культур. В прошлом продовольственные корзины в этом регионе состояли из множества различных съедобных видов растений, многие из которых сейчас игнорируются и используются недостаточно. Это связано с тем, что почти все усилия Зеленой революции после 1960 года были сосредоточены на основных сельскохозяйственных культурах. На четыре культуры, а именно рис, пшеницу, кукурузу и картофель, приходится около 60% мировых запасов энергии растительного происхождения (Padulosi et al.2013).

Хотя технологии зеленой революции существенно повысили урожайность нескольких сельскохозяйственных культур и позволили странам снизить голод, они также привели к нецелесообразному и чрезмерному использованию агрохимикатов, неэффективному использованию воды, потере полезного биоразнообразия, загрязнению воды и почвы и значительному сокращению урожая и сортов. разнообразие. По мере того, как сельскохозяйственные системы переходят от натурального хозяйства к коммерческому, фермеры также не хотят выращивать эти местные культуры из-за низкой доходности, низкой рыночной стоимости и отсутствия знаний об их питательной ценности для окружающей среды.

Однако переход от традиционных диет, основанных на местных продуктах, к рациону, основанному на коммерческих сельскохозяйственных культурах, с высоким содержанием жиров, соли, сахара и обработанных пищевых продуктов, увеличил заболеваемость неинфекционными заболеваниями, такими как диабет, ожирение, сердечные заболевания и некоторые виды заболеваний. рак (Abarca-Gómez et al.2017; NCD-RisC 2016b, 2017b). Этот «скрытый голод» — достаточно калорий, но недостаточно витаминов — все более очевиден в горных сообществах, включая регион HKH.

На международном уровне интерес к НУС растет не только потому, что они открывают возможности для борьбы с бедностью, голодом и недоеданием, но также из-за их роли в снижении климатических рисков в системах сельскохозяйственного производства.НУС играют важную роль в горных агроэкосистемах, поскольку горное сельское хозяйство, как правило, является малозатратным сельским хозяйством, для которого многие НУС хорошо адаптированы.

В регионе HKH горы агроэкологически подходят для выращивания традиционных продовольственных культур, таких как ячмень, просо, сорго, гречиха, фасоль, грамм, таро, ямс и широкий спектр диких фруктов, овощей и лекарственных растений. В одном исследовании, проведенном в двух деревнях посреди холмов в Непале, Khanal et al. (2015) сообщили о 52 местных видах сельскохозяйственных культур, принадлежащих к 27 семействам, с различными видами их использования.Фермерские общины продолжают выращивать различные местные культуры, хотя и на маргинальных землях, из-за их ценности для традиционных продуктов питания и связанной с ними культуры. Совет по сельскохозяйственным исследованиям Непала (NARC) составил список местных культур на основе их питательных, лекарственных, культурных и других ценностей.

Многие местные культуры поставляют в организм человека необходимые питательные микроэлементы, и их необходимо сохранять в горных продовольственных системах. Фермеры в регионе HKH выращивают и поддерживают различные местные культуры, такие как амарант, ячмень, черный грамм, конский грамм, ямс и кунжут.из-за их пищевой ценности. Большинство этих местных культур сопоставимы с товарными зерновыми по содержанию калорий и белков, но также богаты питательными микроэлементами. Например, жемчужное просо содержит больше кальция, железа, цинка, рибофлавина и фолиевой кислоты, чем рис или кукуруза (Adhikari et al., 2017).

NUS может обеспечить как устойчивость к изменению климата, так и дополнительные возможности для разнообразия рациона фермерских сообществ горных экосистем. Некоторые из этих местных культур имеют большое медицинское значение.Например, горцы в регионе HKH использовали jammun (то есть Syzygium cumini ) для лечения диабета. В пакистанской провинции Гилгит-Балтистан, осознавая важность облепихи для пищевых и лечебных целей, местные общины расширили ее выращивание на большие площади. Многие из этих культур можно выращивать на маргинальных и / или залежных землях, которые в противном случае остаются под паром. Большинство этих видов устойчивы к засухе и могут быть легко выращены в богарных условиях на неорошаемых землях.

Воздействие климата на сельское хозяйство и продовольствие | Воздействие изменения климата

На этой странице:


Обзор

Сельское хозяйство — важный сектор экономики США. Урожай, скот и морепродукты, производимые в Соединенных Штатах, ежегодно приносят экономике более 300 миллиардов долларов. [1] С учетом пищевой и других отраслей, связанных с сельским хозяйством, сельскохозяйственный и пищевой секторы вносят более 750 миллиардов долларов в валовой внутренний продукт. [2]

Сельское хозяйство и рыболовство сильно зависят от климата. Повышение температуры и углекислого газа (CO2) может повысить урожайность некоторых культур в некоторых местах. Но для реализации этих преимуществ также должны быть соблюдены уровни питательных веществ, влажность почвы, доступность воды и другие условия. Изменения частоты и силы засух и наводнений могут создать проблемы для фермеров и владельцев ранчо и поставить под угрозу безопасность пищевых продуктов [3]. Между тем, повышение температуры воды может вызвать сдвиг ареала обитания многих видов рыб и моллюсков, что может нарушить экосистемы.В целом, изменение климата может затруднить выращивание сельскохозяйственных культур, разведение животных и ловлю рыбы теми же способами и в тех же местах, что и в прошлом. Последствия изменения климата также необходимо учитывать наряду с другими развивающимися факторами, влияющими на сельскохозяйственное производство, такими как изменения в методах ведения сельского хозяйства и технологиях.

Воздействие на сельскохозяйственные культуры

Несмотря на технологические усовершенствования, которые увеличивают урожайность кукурузы, экстремальные погодные явления вызвали значительное снижение урожайности в некоторые годы.Источник: USGCRP (2009)

Щелкните изображение, чтобы просмотреть его в увеличенном виде.

Урожайные культуры, выращиваемые в Соединенных Штатах, имеют решающее значение для обеспечения продовольствием здесь и во всем мире. Фермы США поставляют почти 25% всех зерновых (таких как пшеница, кукуруза и рис) на мировом рынке [4]. Изменения температуры, содержания углекислого газа в атмосфере (CO 2 ), а также частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений могут оказать значительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур.

Для любой конкретной культуры эффект повышенной температуры будет зависеть от оптимальной температуры культуры для роста и воспроизводства. [1] В некоторых регионах потепление может принести пользу типам культур, которые обычно там выращивают, или позволить фермерам переключиться на культуры, которые в настоящее время выращиваются в более теплых районах. И наоборот, если более высокая температура превышает оптимальную для культуры, урожайность снизится.

  • Более высокие уровни CO 2 могут повлиять на урожайность сельскохозяйственных культур. Некоторые лабораторные эксперименты показывают, что повышенные уровни CO 2 могут увеличить рост растений. Однако другие факторы, такие как изменение температуры, озона и ограничения воды и питательных веществ, могут противодействовать этому потенциальному увеличению урожайности.Например, если температура превышает оптимальный уровень культуры, при отсутствии достаточного количества воды и питательных веществ прибавка урожая может быть уменьшена или отменена. Повышенный уровень CO 2 был связан с пониженным содержанием белка и азота в растениях люцерны и сои, что привело к потере качества. Ухудшение качества зерна и кормов может снизить способность пастбищ и пастбищ поддерживать выпас скота. [1]
  • Более экстремальные температуры и осадки могут помешать росту сельскохозяйственных культур.Экстремальные явления, особенно наводнения и засухи, могут нанести вред посевам и снизить урожайность. Например, в 2010 и 2012 годах высокие ночные температуры повлияли на урожайность кукурузы в кукурузном поясе США, а преждевременное бутонирование из-за теплой зимы привело к убыткам мичиганской вишни в 2012 году на сумму 220 миллионов долларов. [1]
  • Борьба с засухой может стать проблемой в регионах, где из-за повышения летних температур почвы становятся суше. Хотя в некоторых местах возможно усиление орошения, в других местах запасы воды также могут быть сокращены, оставляя меньше воды для орошения, когда требуется больше.
  • Многие сорняки, вредители и грибки процветают при более высоких температурах, более влажном климате и повышенных уровнях CO 2 . В настоящее время фермеры США тратят более 11 миллиардов долларов в год на борьбу с сорняками, которые конкурируют с сельскохозяйственными культурами за свет, воду и питательные вещества. [1] Ареалы и распространение сорняков и вредителей могут увеличиваться с изменением климата. Это может вызвать новые проблемы для сельскохозяйственных культур, ранее не подвергавшихся воздействию этих видов.
  • Хотя повышение CO 2 может стимулировать рост растений, оно также снижает питательную ценность большинства пищевых культур.Повышение уровня углекислого газа в атмосфере снижает концентрацию белка и основных минералов в большинстве видов растений, включая пшеницу, сою и рис. Это прямое воздействие повышения уровня CO 2 на питательную ценность сельскохозяйственных культур представляет собой потенциальную угрозу для здоровья человека. Здоровье человека также находится под угрозой из-за увеличения использования пестицидов из-за увеличения численности вредителей и снижения эффективности пестицидов. [3]

Начало страницы

Воздействие на домашний скот

Поголовье домашнего скота в континентальной части США.Источник: USGCRP (2016)

Щелкните изображение, чтобы просмотреть его в большем размере. Американцы ежегодно потребляют более 36 миллионов метрических тонн мяса и птицы. [4] На животноводство и птицу приходится более половины сельскохозяйственных денежных поступлений в США, часто более 100 миллиардов долларов в год. [5] Изменения климата могут прямо или косвенно повлиять на животных.

  • Волны жары, которые, согласно прогнозам, увеличатся в связи с изменением климата, могут напрямую угрожать домашнему скоту. В 2011 году воздействие высоких температур привело к потерям сельскохозяйственных производителей в размере более 1 миллиарда долларов США. [1] Тепловой стресс влияет на животных как прямо, так и косвенно. Со временем тепловой стресс может повысить уязвимость к болезням, снизить фертильность и сократить производство молока.
  • Засуха может угрожать пастбищам и кормам. Засуха снижает количество качественных кормов, доступных для выпаса скота. В некоторых районах могут наблюдаться более длительные и интенсивные засухи из-за более высоких летних температур и уменьшения количества осадков. Для животных, которые зависят от зерна, изменения в урожайности из-за засухи также могут стать проблемой.
  • Изменение климата может увеличить распространенность паразитов и болезней, поражающих домашний скот. Раннее наступление весны и более теплые зимы могут позволить некоторым паразитам и патогенам легче выжить. В районах с повышенным количеством осадков могут процветать зависящие от влаги патогены. [6]
  • Потенциальные изменения в ветеринарной практике, включая увеличение использования паразитицидов и других средств лечения животных, вероятно, будут приняты для поддержания здоровья скота в ответ на вызванные климатом изменения вредителей, паразитов и микробов.Это может увеличить риск попадания пестицидов в пищевую цепочку или привести к развитию устойчивости к пестицидам с последующими последствиями для безопасности, распределения и потребления продукции животноводства и аквакультуры. [3]
  • Увеличение содержания углекислого газа (CO 2 ) может повысить продуктивность пастбищ, но может также снизить их качество. Повышение содержания CO в атмосфере 2 может повысить продуктивность растений, на которых кормится домашний скот. Однако качество некоторых кормов, найденных на пастбищах, снижается с увеличением CO 2 .В результате, крупный рогатый скот должен будет есть больше, чтобы получить те же питательные свойства.

Начало страницы

Воздействие на рыболовство

Американские рыбаки вылавливают или вылавливают пять миллионов метрических тонн рыбы и моллюсков ежегодно. [7] Рыболовство США ежегодно приносит экономике более 1,55 миллиарда долларов (по состоянию на 2012 год). [8] Многие рыболовные хозяйства уже сталкиваются с многочисленными стрессами, включая перелов и загрязнение воды. Изменение климата может усугубить эти стрессы.В частности, изменения температуры могут привести к значительным ударам.

На этой карте показаны годовые центры биомассы трех видов на северо-востоке США с 1968 по 2015 годы. Точки заштрихованы от светлого к темному, чтобы показать изменения во времени. Источник: Агентство по охране окружающей среды США (2016). Показатели изменения климата в Соединенных Штатах: распространение морских видов . Источник данных: NOAA (2016). OceanAdapt.Exit

Щелкните изображение, чтобы просмотреть его в увеличенном виде. Ареалы многих видов рыб и моллюсков могут меняться.В водах у северо-востока США несколько экономически важных видов переместились на север с конца 1960-х годов. Три вида, показанные на [рисунке слева] (американский лобстер, красный хек и черный морской окунь), продвинулись на север в среднем на 119 миль. [9]

  • Многие водные виды могут найти более холодные районы ручьев и озер или двинуться на север вдоль побережья или в океан. Тем не менее, перемещение в новые районы может привести к конкуренции этих видов с другими видами за пищу и другие ресурсы, как описано на странице «Воздействие на экосистемы».
  • Некоторые вспышки морских болезней связаны с изменением климата. Более высокая температура воды и более высокая соленость эстуаров позволили устричному паразиту распространиться дальше на север вдоль Атлантического побережья. Зимнее потепление в Арктике способствует развитию болезней лосося в Беринговом море и, как следствие, сокращению численности юконского чавычи. Наконец, более высокие температуры вызвали вспышки болезней у кораллов, водорослей и морского морского ушка. [3], [10]
  • Изменения температуры и времени года могут повлиять на время размножения и миграции.Многие этапы жизненного цикла водных животных контролируются температурой и сменой времен года. Например, на северо-западе более теплая вода может повлиять на жизненный цикл лосося и повысить вероятность заболевания. В сочетании с другими воздействиями климата эти эффекты, по прогнозам, приведут к значительному сокращению популяций лосося. [1], [11], [12]

Помимо потепления, мировые океаны постепенно становятся более кислыми из-за увеличения содержания двуокиси углерода в атмосфере (CO 2 ).Повышение кислотности может нанести вред моллюскам, ослабив их панцири, которые создаются за счет удаления кальция из морской воды. [10] Подкисление также угрожает структурам чувствительных экосистем, от которых зависят некоторые виды рыб и моллюсков. [1], [13]

На этой диаграмме показано влияние выбросов углекислого газа на рынок моллюсков. Углекислый газ поглощается океанами, что приводит к его подкислению. Подкисление уменьшает размер и численность моллюсков, что, в свою очередь, приводит к снижению урожая и, в конечном итоге, к изменению цен для потребителей.Источник: Агентство по охране окружающей среды США (2015). Изменение климата в Соединенных Штатах: преимущества глобальных действий

Международные воздействия

Изменение климата с большой вероятностью повлияет на продовольственную безопасность на глобальном, региональном и местном уровнях. Изменение климата может нарушить доступность продуктов питания, уменьшить доступ к продуктам питания и повлиять на качество продуктов питания. [14] Например, прогнозируемое повышение температуры, изменение режима выпадения осадков, изменение экстремальных погодных явлений и сокращение доступности воды могут привести к снижению продуктивности сельского хозяйства.Увеличение частоты и суровости экстремальных погодных явлений также может препятствовать доставке продуктов питания, и ожидается, что в будущем резкие скачки цен на продукты питания после экстремальных явлений будут более частыми. Повышение температуры может способствовать порче и загрязнению.

В международном масштабе эти последствия изменения климата для сельского хозяйства и продовольствия, вероятно, будут аналогичны тем, которые наблюдаются в Соединенных Штатах. Однако другие факторы стресса, такие как рост населения, могут усилить воздействие изменения климата на продовольственную безопасность.В развивающихся странах варианты адаптации, такие как изменение методов выращивания сельскохозяйственных культур или разведения скотоводческих хозяйств, или улучшение ирригации, более ограничены, чем в США и других промышленно развитых странах.

Любое нарушение распределения и транспортировки пищевых продуктов, связанное с климатом, на международном или внутреннем уровне может иметь значительные последствия не только для безопасности и качества, но и для доступа к продовольствию. Например, система транспортировки пищевых продуктов в Соединенных Штатах часто перемещает большие объемы зерна по воде.В случае экстремального погодного явления, затрагивающего водный путь, существует несколько альтернативных путей для транспорта, если они вообще есть. Высокие температуры и нехватка дождя летом 2012 года привели к одной из самых суровых летних засух, которые когда-либо видела страна, и серьезно повлияли на водораздел реки Миссисипи, являющийся основным трансконтинентальным морским маршрутом для сельского хозяйства Среднего Запада. Эта засуха привела к значительным продовольственным и экономическим потерям из-за сокращения движения барж, объема перевозимых грузов и числа американцев, занятых в индустрии буксиров.За засухой 2012 года сразу же последовало наводнение на всей территории Миссисипи весной 2013 года, что также привело к перебоям в движении барж и транспортировке продуктов питания. [3] Подобные изменения в транспорте ограничивают возможности фермеров экспортировать зерно на международные рынки и могут повлиять на мировые цены на продовольствие.

Воздействие на мировое продовольственное снабжение беспокоит Соединенные Штаты, поскольку нехватка продовольствия может вызвать гуманитарные кризисы и проблемы национальной безопасности.Они также могут повысить внутренние цены на продукты питания.

Начало страницы


Список литературы

[1] USGCRP (2014). Хатфилд, Дж., Дж. Такл, Р. Гротьян, П. Холден, Р. К. Изаурральде, Т. Мадер, Э. Маршалл и Д. Ливерман, 2014: гл. 6: Сельское хозяйство. Воздействие изменения климата в Соединенных Штатах: Третья национальная оценка климата , Дж. М. Мелилло, Тереза ​​(Т.К.) Ричмонд, и Г. В. Йохе, редакторы, Программа исследований глобального изменения США, 150-174.

[2] USDA (2016).Служба экономических исследований, без даты. Какова доля сельского хозяйства в общей экономике США?

[3] USGCRP (2014). Ziska, L., A. Crimmins, A. Auclair, S. DeGrasse, J.F. Garofalo, A.S. Хан, И. Лоладзе, А.А. Перес де Леон, А. Шоулер, Дж. Терстон и И. Уоллс, 2016: гл. 7: Безопасность пищевых продуктов, питание и распространение. Воздействие изменения климата на здоровье человека в Соединенных Штатах: научная оценка. Программа исследования глобальных изменений США, Вашингтон, округ Колумбия, 189–216.

[4] USDA (2015). Оценка мирового предложения и спроса на сельское хозяйство. Министерство сельского хозяйства США.

[5] USDA (2016). Служба экономических исследований. Вопросы животноводства и маркетинга .

[6] CCSP (2008). Влияние изменения климата на сельское хозяйство, земельные ресурсы, водные ресурсы и биоразнообразие в США . Отчет Научной программы США по изменению климата и Подкомитета по исследованиям глобальных изменений.Баклунд, П., А. Джанетос, Д. Шимел, Дж. Хэтфилд, К. Боут, П. Фэй, Л. Хан, К. Изаурральде, Б.А. Кимбалл, Т. Мадер, Дж. Морган, Д. Орт, В. Полли, А. Томсон, Д. Вулф, М. Райан, С. Арчер, Р. Бердси, К. Дам, Л. Хит, Дж. Хик, Д. Холлингер, Т. Хаксман, Г. Окин, Р. Орен, Дж. Рандерсон, В. Шлезингер, Д. Леттенмайер, Д. Мейджор, Л. Пофф, С. Бег, Л. Хансен, Д. Иноуэ, Б. П. Келли, Л. Мейерсон, Б. Петерсон и Р. Шоу. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, США.

[7] NOAA (2014).Национальная служба морского рыболовства. Fisheries of the United States, 2014. NOAA Current Fishery Statistics No. 2014.

[8] USDA (2012). Сельскохозяйственная перепись 2012 года: Том 1, Глава 1: Данные национального уровня США, Таблица 33 . Министерство сельского хозяйства США.

[9] Агентство по охране окружающей среды США (2016). Индикаторы изменения климата в Соединенных Штатах: более пристальный взгляд: распределение морских видов .

[10] USGCRP (2014).Дони, С., А. А. Розенберг, М. Александер, Ф. Чавес, К. Д. Харвелл, Г. Хофманн, М. Орбах и М. Рукельшаус, 2014: гл. 24: Мировой океан и морские ресурсы. Воздействие изменения климата в Соединенных Штатах: Третья национальная оценка климата , J. M. Melillo, Terese (T.C.) Richmond, and G. W. Yohe, Eds., U.S. Global Change Research Program, 557-578. DOI: 10.7930 / J0RF5RZW.

[11] CCSP (2008). Предварительный обзор вариантов адаптации для чувствительных к климату экосистем и ресурсов .Отчет Научной программы США по изменению климата и Подкомитета по исследованиям глобальных изменений. Глава 3. Джулиус, S.H., J.M. West (ред.), J.S. Барон, Б. Гриффит, Л.А. Джойс, П. Карейва, Б.Д. Келлер, М.А.Палмер, К. Петерсон и Дж. М. Скотт (авторы). Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, США.

[12] IPCC (2014). Ромеро-Ланкао, П., Дж. Б. Смит, Д. Дж. Дэвидсон, Н. Диффенбо, П. Кинни, П. Киршен, П. Ковач и Л. Виллерс Руис, 2014: Северная Америка.В: Изменение климата 2014: Воздействие, адаптация и уязвимость. Часть B: Региональные аспекты. Вклад Рабочей группы II в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Баррос В.Р., К.Б. Филд, Д.Дж. Доккен, доктор медицины Мастрандреа, К.Дж. Мах, Т. Билир, М. Чаттерджи, К.Л. Эби, Ю. Эстрада, Р. Генова, Б. Гирма, Э.С. Кисель, А. Леви, С. Маккракен, П.Р. Мастрандреа и Л.Л. Уайт (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, стр.1439–1498.

[13] Агентство по охране окружающей среды США (2015). Изменение климата в Соединенных Штатах: преимущества глобальных действий: моллюски.

[14] USDA (2015). Браун, M.E., J.M. Antle, P. Backlund, E.R. Carr, W.E. Истерлинг, М. Уолш, К. Амманн, В. Аттаванич, К. Б. Барретт, М. Ф. Бельмар, В. Данчек, К. Функ, К. Грейс, J.S.I. Инграм, Х. Цзян, Х. Малетта, Т. Мата, А. Мюррей, М. Нгуги, Д. Одзима, Б. О’Нил и К. Тебальди. 2015. Изменение климата, глобальная продовольственная безопасность и США.С. Продовольственная система . 146 страниц.

Начало страницы

Сельское хозяйство | Климат Висконсин

Сельское хозяйство имеет жизненно важное значение для экономики и культуры Висконсина — от сельских пейзажей до местных фермерских рынков, от головных уборов до номерного знака Висконсина. Исследования, проведенные Университетом Висконсин-Мэдисон и UW-Extension, показывают, что фермы и сельскохозяйственные предприятия Висконсина генерируют около 60 миллиардов долларов экономической деятельности и обеспечивают работой 353 991 человека (10% от общей численности рабочей силы штата).Фермы Висконсина производят широкий спектр продуктов от молочных до овощей, выращиваемых в основном на семейных фермах. Более половины всех ферм штата Висконсин занимают менее 100 акров, это небольшие фермы, расположенные в различных агроэкологических зонах. Агроэкологическая зона формируется и определяется такими факторами, как тип почвы, топография, количество осадков и климат. В последние годы изменения среднегодовых температур, количества осадков и появление новых вредителей и болезней в этих агроэкологических зонах потребовали от фермеров адаптации своих методов и методов ведения сельского хозяйства.

Исследования изменения климата показывают, что на системы сельскохозяйственного производства Висконсина повлияют более длительные безморозные периоды, более низкие максимальные дневные температуры летом и большее количество летних осадков. В результате стрессы растений могут снизиться, что приведет к повышению урожайности. Интересно, что увеличение содержания углекислого газа, одной из основных причин глобального изменения климата, также может способствовать повышению продуктивности за счет ускорения фотосинтеза. Однако увеличение количества весенних осадков может привести к уплотнению и заболачиванию почвы и, как следствие, к задержкам с посадкой.Более того, увеличение количества осадков может выпадать во время более сильных дождей, что приведет к увеличению затрат на обслуживание поля и ускорению потери продуктивности почвы. Повышенная влажность и более теплые зимние температуры могут способствовать появлению вредителей и болезней, что может снизить урожайность и увеличить затраты на управление. Повышение температуры, влажности и содержания углекислого газа также будет способствовать более активному росту сорняков. В свою очередь, фермеры могут использовать больше пестицидов для борьбы с этими сорняками и болезнями. По иронии судьбы, главная проблема заключается в том, какое влияние эти пестициды могут оказать на местных опылителей, таких как пчелы и птицы, от которых зависят многие сельскохозяйственные культуры.

Фермеры Висконсина должны будут адаптироваться к изменению климата, будучи в состоянии справиться с неопределенными условиями. Одна из инновационных стратегий, которая помогла небольшой семейной ферме адаптироваться к колебаниям от одного вегетационного периода к другому, — это бизнес-модель сельского хозяйства, поддерживаемого сообществом (CSA). Висконсин входит в число лучших штатов в стране по количеству ферм CSA. В рамках CSA участники платят до начала вегетационного периода, чтобы оказать финансовую поддержку ферме. В свою очередь, фермер еженедельно доставляет членам группы порции еды.Типичная ферма CSA — это небольшая и разнообразная производственная система, которая более устойчива к изменению климата, чем более крупные монокультурные фермы, которые полагаются на одну или две культуры. Фермер CSA может быстро адаптировать выращиваемые культуры и способы их выращивания к изменениям количества осадков, более высоких температур и присутствия вредителей и болезней. Более того, члены разделяют риски и получают выгоды от CSA, чтобы фермы могли пережить неурожаи в результате непредвиденных условий. Модель CSA — отличный пример того, как мы можем адаптироваться к изменению климата как общество: работая вместе, чтобы смягчить последствия неопределенности.

Законодательство штата о городском сельском хозяйстве

Содержание

Контакт

Одновременно с ростом фермерского рынка города и штаты стремятся использовать городские районы, превращая небольшие участки земли или пустыри в районы сельскохозяйственного производства. Городское сельское хозяйство описывает операции, начиная от общественных садов и заканчивая коммерческим производством в более крупных масштабах. Технологические инновации, такие как закрытые вертикальные фермы и гидропоника, позволили городским фермерам расширить свою деятельность и сезон выращивания и предложить инновационные продукты.

Сельское хозяйство в городских и пригородных районах приобрело популярность в последние годы из-за интереса к расширению доступа к здоровой пище, содействию устойчивому развитию сообществ и поиску местных продуктов. Государства часто рассматривают разработку городской сельскохозяйственной политики как часть более крупной местной продовольственной системы и могут поощрять соответствующие мероприятия для поддержки переработчиков, дистрибьюторов и маркетинга сельскохозяйственной продукции. Продовольственные центры — лишь один из примеров того, как несколько аспектов продовольственной системы могут быть размещены в одном месте.В этих инновационных пространствах производители имеют прямой доступ к потребителям и другим ресурсам для поддержки своего растущего бизнеса.

Создание на уровне штата советов по продовольственной политике, целевых групп и других органов способствует координации между многочисленными группами заинтересованных сторон по вопросам местной продовольственной системы. Законодатели штата также поощряли сельскохозяйственную деятельность в городах посредством выделения средств и учреждения грантов.

Другой политический подход поощряет доступ к земле, разрешая использование государственных земель и пустующих участков, а также налоговые льготы на имущество.В 2013 году Калифорния приняла закон о создании городских сельскохозяйственных зон стимулирования (UAIZ). Законопроект разрешает городам и округам заключать контракты с землевладельцами, чтобы ограничить использование ими земли для мелкомасштабного сельскохозяйственного производства. Взамен землевладельцы оценивают свою землю по более низкой ставке, исходя из стоимости пахотных земель в Калифорнии на акр. Луизиана и Миссури в последние годы приняли законы, разрешающие создание подобных зон. Недавнее законодательство в Канзасе и Юте также касалось оценки собственности и налогов.

Примеры недавно принятого государственного законодательства

В следующей таблице описывается законодательство штата, принятое в последние годы в отношении различных аспектов городского сельского хозяйства — садоводства в городских районах, продовольственных центров и координации в масштабах штата. Для получения дополнительной информации см. Раздел NCSL «Выбор здорового урожая» и веб-страницу общественных садов.

Калифорния

AB 551 (2013 ) позволяет округу или городу создавать зоны стимулирования городского сельского хозяйства (UAIZ) с целью поддержки местного производства продуктов питания.Уполномочивает города и округа заключать контракты с землевладельцами, которые соглашаются ограничить использование своей земли минимум на пять лет для мелкомасштабного сельскохозяйственного производства. Затем землевладельцы оценивают свою землю по более низкой ставке, исходя из средней стоимости орошаемых пахотных земель на акр в Калифорнии. Город или округ, в котором действует программа UAIZ, может установить правила реализации и управления программой, включая оценку платы для покрытия стоимости программы и платы за отмену при досрочном расторжении контракта.Для получения дополнительной информации см. Бюллетень действий NCSL «Здоровые сообщества» по закону за 2013 год.

После принятия AB 551 в 2013 году наблюдательный совет округа Лос-Анджелес принял предложение об учреждении окружной программы UAIZ, которая начала прием заявок в мае 2016 года.

Колорадо

SB 106 (2010) создал Консультативный совет по продовольственным системам для разработки рекомендаций, способствующих развитию местной продовольственной экономики. Рекомендации могут включать изучение местных и региональных усилий по развитию местной продовольственной экономики путем выявления нормативных и политических барьеров и укрепления местной инфраструктуры и предпринимательства, а также для определения потенциального воздействия местной продовольственной экономики на экономическое развитие в Колорадо или на доступ к другим продуктам питания и экономические темы.

Округ Колумбия

B 158 (2015) предусматривает не более 400 000 долларов США в 2016 году и 350 000 долларов США в каждом последующем финансовом году для реализации Программы городского сельского хозяйства и садов, Инициативы по аренде земли для городских фермерских хозяйств и снижения налога на недвижимость для сельскохозяйственных нужд в городах. .

B 677 (2015) уполномочивает мэра создать Программу производства продуктов питания и городских садов, которая составит исчерпывающий список свободных участков в городе для использования в качестве городских садов путем добровольного пожертвования и согласованного соглашения.Программа также будет поощрять «пожертвование и возделывание пустующих участков для использования в Программе производства продуктов питания и городских садов».

B 967 (2013) учредила рабочую группу для разработки плана создания системы коммерческого распределения свежих и здоровых продуктов в небольших магазинах. В рабочую группу должны входить представители городских фермерских хозяйств и общественных садов, и они будут давать рекомендации мэру и совету. Этот закон также учредил две программы по расширению доступа к здоровой пище в районах с низким уровнем доходов.

Гавайи

HB 560 (2013) уполномочивает Гавайскую корпорацию по финансированию и развитию жилищного строительства предоставлять стимулы для развития жилищных проектов, включающих программы городского садоводства. Требует, чтобы Гавайский университет при Колледже тропического сельского хозяйства и людских ресурсов Маноа проконсультировался по вопросам передовой практики.

Иллинойс

HB 3990 (2009) ставит цель, чтобы к 2020 году 20 процентов всех продуктов питания, закупаемых государственными агентствами и государственными учреждениями, составляли местные фермерские хозяйства или продукты питания.Законопроект устранил барьер для покупки продуктов местного производства, отдав предпочтение продуктам местного производства. Законопроект также создал местный совет по продовольствию, фермам и рабочим местам, чтобы помочь местным фермерским и продовольственным предпринимателям выявлять и обеспечивать ресурсы и оборудование для расширения проектов и создания инфраструктуры и использования государственных земель для выращивания местных продуктов питания, среди прочего.

HB 1300 (2007) , или Закон штата Иллинойс о пищевых продуктах, фермах и рабочих местах, учредил Целевую группу по местным и органическим продуктам питания и сельскому хозяйству.Целевая группа разработает политику и рекомендации по финансированию для расширения местных и экологически чистых продовольственных систем. Целевая группа изучит возможности для увеличения местного производства продуктов питания, выявит правовые препятствия для местного производства продуктов питания, сохранит самобытность земель и возможности приобретения для местного и органического сельского хозяйства в пригородных и городских районах, а также определит средства для расширения программ обучения городскому сельскому хозяйству, среди прочего. .

Канзас

SB 280 (2015) вносит поправки в закон о налоге на имущество, включая оценку «земли, предназначенной для сельскохозяйственного использования.«Если на участке есть земля, предназначенная для сельскохозяйственных целей, и земля, используемая для пригородных жилых площадей, сельских или фермерских участков, оценщик округа должен определить количество участка, используемого для сельскохозяйственных целей, и его стоимость и соответственно оценить его как землю, предназначенную для сельскохозяйственные цели.

Луизиана

HB 840 (2010) учредил Совет Луизианы по устойчивой местной продовольственной политике для рассмотрения ряда мер политики, включая анализ того, как лучше всего продвигать городские и приусадебные сады, оценку воздействия устойчивого местного производства продуктов питания на экономическое развитие, определение местные и региональные усилия, которые предоставляют информацию и обучение предпринимателям и местным фермерам, которые стремятся использовать возможности устойчивого местного продовольственного экономического развития, а также определение и разработку решений нормативных и политических барьеров, которые, среди прочего, препятствуют устойчивой местной продовольственной экономике.

HB 761 (2015) позволяет политическим подразделениям создавать городские сельскохозяйственные зоны стимулирования (УАИЗ), чтобы обеспечить контакты с землевладельцами для сельскохозяйственного использования пустующих, неулучшенных или зараженных земель. Срок контракта должен быть не менее трех лет. Ограничение на собственность должно быть не менее 3000 квадратных футов, но не более трех акров. Жилье запрещено на территории УАИЗ. С землевладельцев могут взиматься сборы для покрытия расходов на выполнение контрактов и управление ими.

Мэриленд

SB 191 (2016) предоставляет грант в размере 150 000 долларов Совету директоров American Communities Trust, Inc. на приобретение, планирование, проектирование и строительство продовольственного хаба, включая строительство продовольственного буфета в городских условиях. ферма, кухонный инкубатор, предприятие по распределению продуктов питания, предприятие по производству продуктов питания и общественные места, расположенные в городе Балтимор.

HB 1062 (2010) уполномочивает мэра и городской совет города Балтимора или руководящий орган округа или муниципальной корпорации предоставлять налоговый кредит в счет налога на имущество округа или муниципальной корпорации, взимаемого с указанной городской сельскохозяйственной собственности.

Миннесота

SB 3018 (2016) создает ассигнования в размере 10 235 000 долларов в первый год и 10 235 000 долларов во второй год для программы роста сельского хозяйства, исследований и инноваций. Уполномоченный должен делать ежегодные отчеты о достижениях и ожидаемых достижениях в следующих областях: развитие городского сельского хозяйства; содействие запуску, модернизации или расширению других начинающих и переходных хозяйств; внутрихозяйственные исследования и демонстрации устойчивого сельского хозяйства; развитие или расширение пищевых хабов.

SB 5a (2015) предписывает уполномоченному по сельскому хозяйству встретиться с заинтересованными сторонами для разработки предложения по эффективному и действенному развитию городского сельского хозяйства в городах Миннесоты. Определяет городское сельское хозяйство как «производство сельскохозяйственных растений, птицы или скота на государственной или частной собственности в пределах города».

Миссури

HB 2006 (2016) предоставляет 50 000 долларов в виде гранта на проект общественного сада в северо-восточной части округа с населением более 950 000 человек.Создает конкурсные гранты для инновационных сельскохозяйственных проектов, которые продвигают городское, пригородное и нетрадиционное сельское хозяйство.

HB 1848 (2010) учредил Объединенный комитет по городскому сельскому хозяйству. Комитет должен изучить и дать рекомендации относительно воздействия городских фермерских кооперативов, вертикального земледелия и устойчивых сообществ, а также изучить различные тенденции в городском сельском хозяйстве, в том числе; существующие услуги, ресурсы и возможности; затронутые сообщества; а также любое необходимое законодательство, политики или нормативные акты.Комитет должен проводить собрания, чтобы получить мнение общественности.

HB 542 (2013) установленные городские сельскохозяйственные зоны (УАЗ), определяемые как «зона (зоны), в которых находится организация или лицо, которое выращивает продукты или другую сельскохозяйственную продукцию, разводит или обрабатывает скот или птицу или продает как минимум 75 процентов местных или выращенных продуктов питания ». Любое физическое или юридическое лицо может подать заявку в муниципалитет на разработку УАЗа на загрязненном участке земли. Налоги на недвижимость не могут облагаться никаким УАЗом в течение 25 лет после выполнения требований заявки, за исключением суммы, не превышающей сумму налога, подлежащего уплате в течение предыдущего календарного года, в котором УАЗ был указан.Требует, чтобы производитель УАЗ оплачивал оптовые цены на воду, потребляемую на территории зоны, и платил 50 процентов стандартной стоимости за подключение к источнику воды, если услуги водоснабжения предоставляются муниципалитетом. Требует, чтобы любые поступления от местного налога с продаж, за вычетом 1 процента, удерживаемого директором Департамента доходов, от продажи сельскохозяйственной продукции, проданной на УАЗе, переводились во вновь созданный Фонд городской сельскохозяйственной зоны. Школьные округа могут обращаться к Государственному казначею за деньгами для разработки учебной программы по городским методам ведения сельского хозяйства под руководством службы распространения знаний Университета Миссури и сертифицированного профессионального инструктора по сельскому хозяйству.

Небраска

LB 699 (2016) позволяет муниципалитетам устанавливать приоритеты в использовании недвижимого имущества, передаваемого земельным банком. Такое ранжирование должно учитывать наиболее эффективное и наилучшее использование, которое, по возможности, принесет наибольшую пользу сообществу. Приоритеты могут включать, но не ограничиваются, использование для городской сельскохозяйственной деятельности, включая создание общественных садов.

> Нью-Джерси

AB 2859 (2011) разрешает продажу и аренду ненужной государственной собственности некоммерческим организациям для садоводства и городского сельского хозяйства.Освобождает такие городские фермы от налогообложения собственности и разрешает таким некоммерческим организациям продавать свежие фрукты и овощи на арендованной земле, за пределами арендованной земли или на том и другом при определенных условиях.

AB 3688 (2011) создает пилотную программу New Jersey Fresh Mobiles Initiative. Пилотная программа будет действовать в одном или нескольких муниципалитетах, выбранных министром сельского хозяйства, жители которых имеют ограниченный доступ к питательным продуктам через супермаркеты, продуктовые магазины и фермерские рынки, которые соглашаются участвовать в программе.Министерство сельского хозяйства должно указать на своем веб-сайте муниципалитеты, выбранные для участия, и районы поставок поставщиков, а также время, в течение которых новые мобильные продавцы будут доступны для жителей сообщества.

Северная Каролина

SB 1067 (2009) создал Консультативный совет по устойчивому местному питанию, чтобы помочь построить местную продовольственную экономику. Совет может рассмотреть возможность продвижения городских садов и садов на заднем дворе и проанализировать потенциальное влияние производства устойчивых местных продуктов питания на экономическое развитие в штате, препятствия на пути к устойчивой местной продовольственной экономике и вопросы, касающиеся укрепления местной инфраструктуры и предпринимательских усилий, связанных с устойчивая местная продовольственная экономика, среди прочего.Совет должен ежегодно сообщать о выводах и рекомендациях.

Оклахома

HB 2774 (2010) , также известный как Закон о сертифицированных здоровых сообществах Оклахомы, создал Консультативный комитет по сертифицированным здоровым сообществам штата Оклахома. Критерии соответствия критериям включают создание общественных садов и стимулов, а также поддержку фермерских рынков.

Техас

HB 2994 (2011) уполномочил Совет директоров Управления по финансированию сельского хозяйства Техаса создать программу поддержки городских фермерских микропредприятий.Программа предоставляет ссуды, которые расширяют, обновляют, улучшают или создают новые программы микропредприятий городских ферм. Городские фермы должны находиться в собственности собственников и располагаться на территориях с населением 500 000 человек.

Юта

SB 122 (2012) позволяет земельным участкам в округе Солт-Лейк-Сити от двух до пяти акров оцениваться по более низким ставкам собственности, если земля используется для выращивания сельскохозяйственных культур для продажи с прибылью, если производство превышает 50 процентов средняя производительность на аналогичной земле.Этот закон также предусматривал отмену некоторых преимуществ более низкой ставки налога на имущество, когда или если земля продается для застройки.

Вашингтон

HB 1115 (2015) предусматривает ассигнования в размере 307 000 долларов исключительно на городскую ферму и водно-болотные угодья Рейнир-Бич.

Дополнительные ресурсы

Будущее молочного животноводства проверено в округе Браун

ЗЕЛЕНАЯ ЗАЛИВКА — Округ Браун, где находится третий по величине город Висконсина, может показаться маловероятным полигоном для испытаний будущего молочного животноводства.

Нижняя часть реки Фокс протекает через центр графства — водораздел с одними из самых интенсивных промышленных предприятий в штате.

Но есть и сельское хозяйство, в том числе большая концентрация крупных животноводческих хозяйств, которые меняют облик молочного животноводства, поскольку тяжелые времена вытесняют многих мелких фермеров из бизнеса.

Начиная с озера Виннебаго, водораздел представляет собой настоящий сток из городов и ферм, который впадает в экологически хрупкие воды Фокса и, в свою очередь, Зеленого залива озера Мичиган.

Это необходимо исправить. Регулирующие органы хотят меньше грязи и сажи, навоза, удобрений и всего остального, что стекает с земли, чтобы все это не загрязняло залив.

Прогнозируемая стоимость ремонта повреждений составляет сотни миллионов долларов на ближайшие десятилетия — для одного водораздела, одного из многих, которые не соответствуют стандартам качества воды штата Висконсин.

«Общественность должна понять, что вы можете испортить систему в течение 100 лет — вы никогда не повернете время вспять; и вы не собираетесь быстро повернуть это вспять », — сказал Вэл Кламп, декан Школы пресноводных наук Университета Висконсин-Милуоки.

СПЕЦИАЛЬНЫЙ ОТЧЕТ: Dairyland in Distress

Школа использует свое исследовательское судно Neeskay, чтобы доставить студентов и преподавателей в Грин-Бей для изучения условий, включая «мертвые зоны» залива, где летом уровень кислорода в некоторых районах резко падает. почти до нуля.

Сезон низкого содержания кислорода в заливе — измеряется с первого дня низких показаний до последнего, но где более высокие уровни могут сообщаться между ними — колеблется от 12 дней до более чем трех месяцев за последние три десятилетия.

По данным Государственного департамента природных ресурсов, на сельское хозяйство приходится почти половина основного загрязнителя — фосфора, попадающего в речной бассейн.

Он поступает в виде почвы, коммерческих удобрений и сжиженного навоза, от которых стебли кукурузы и других культур взлетают ввысь, но наносят ущерб, когда их слишком много и они смываются в водные пути.

Несмотря на то, что Грин-Бей содержит менее 2% общего объема воды в озере Мичиган, он представляет собой одну треть всего стока питательных веществ, который попадает в озеро, что способствует ускорению цветения водорослей и наносит ущерб экологии залива.

Округ Браун занял пятое место в Висконсине по размеру крупного рогатого скота и телят с 125000 голов в 2018 году, согласно данным Министерства сельского хозяйства США.

20 мегаферм округа, известных как предприятия по концентрированному кормлению животных, или CAFO, занимают второе место в штате по данным DNR. В среднем по уезду в CAFO насчитывается 1 617 дойных коров, 598 телок и 648 телят.

Средний размер молочной фермы в Висконсине составляет около 150 коров.

И все же округ Браун имеет самую маленькую земельную базу среди крупнейших округов животноводства.

«Я действительно думаю, что это серьезная проблема для системы», — сказал Кевин Ферманич из UW-Green Bay, который изучает влияние наземных практик на залив.

«Достаточно ли у нас земли, подходящей для & mldr; вносят навоз, который создают все эти дойные коровы? »

После прогресса, некоторые неудачи

Федеральный закон о чистой воде 1972 года требовал, чтобы фабрики и очистные сооружения сточных вод, известные как «точечные» источники, устанавливали оборудование, ограничивающее сброс того, что они сбрасывают в воду.Предприятия и городские системы канализации регулируются государственным разрешением.

«Промышленность вложила миллиарды долларов — бумажные фабрики, сыроварни», — сказал Джордж Мейер, исполнительный директор Федерации дикой природы Висконсина и бывший секретарь DNR.

«Государство потратило 3 миллиарда долларов & mldr; муниципалитеты должны были разделить расходы на установку очистных сооружений ».

Но защита вод от так называемого неточечного загрязнения является более сложной задачей.

Города обязаны контролировать ливневые стоки; CAFO должны следовать планам в отношении того, как и где они вносят навоз; а в некоторых случаях требования штата и округа ограничивают разбрасывание навоза на небольших фермах.

Но регулирование того, что отводится от земли, просто меньше.

«Я помню, как в то время я говорил, что примерно через 20 лет мы об этом позаботимся», — сказал Мейер, который руководил отделом правоприменения ДНР в течение 10 лет и служил секретарем с 1993 по 2001 год при республиканских властях. администрации.

«Это займет больше времени, потому что мы имеем дело с городскими стоками и стоками с хозяйств, а источников больше, и это сложнее».

Но, несмотря на улучшения в соответствии с Законом о чистой воде, количество озер, рек и ручьев, не отвечающих стандартам качества воды, растет.

Осложнения, связанные с изменением климата

Изменение климата также усложняет проблему.

Климатические модели для Висконсина и Верхнего Среднего Запада показали, что более высокие температуры помогают удерживать большие объемы влаги в атмосфере, что приводит к увеличению частоты и интенсивности дождей и снега, которые могут смывать загрязняющие вещества в водные пути.

Ферманич из UW-Green Bay сказал, что последние два года более влажные, чем обычно, условия ухудшили сток почвы в северо-восточном Висконсине.

По данным Национальной метеорологической службы, количество осадков в городе Грин-Бей в этом году превышает норму более чем на 18 дюймов при почти 47 дюймах.

«Я думаю, что мы потеряли некоторый прогресс за последние два года», — сказал Ферманич.

Питательный рацион для бассейна

Как и другие интенсивно используемые воды в штате, нижняя часть Фокса и южная оконечность Грин-Бей не соответствуют государственным стандартам по фосфору и другому загрязнителю, общему количеству взвешенных твердых частиц.

DNR разработало план по снижению уровня фосфора, вызывающего водоросли, на 60% в течение следующих 20 лет, фактически переведя бассейн на питательную диету, пытаясь ограничить попадание в воду.

Одна из целей — повысить уровень растворенного кислорода.

Под влиянием таких факторов, как ветер, осадки и водные течения, уровень кислорода в Грин-Бей, доступный для водных организмов, колеблется из года в год. Но тенденция очевидна.

Согласно данным, собранным Школой пресноводных наук UWM, количество дней мертвой зоны увеличивается.

В 2018 году исследователи насчитали 22 дня, когда условия считались мертвой зоной на ключевой станции мониторинга в южной части залива.С 1987 года он занимает 4-е место по показаниям растворенного кислорода ниже 2 миллиграммов на литр.

Мертвые зоны образуются, когда растения и водоросли, питаемые питательными веществами, умирают и опускаются на дно. По мере разложения растворенный в воде кислород расходуется.

«Мы можем решить эту проблему», — сказал Кламп из UWM. «Но это сложный вопрос. И это касается того, что происходит в водоразделе ».

Коалиция групп в районе Грин-Бей оценивает затраты на сокращение доли фосфора с ферм, смываемой в бассейн, в 280–340 млн долларов в течение следующих 20 лет.

Для контекста стоимость ремонта в 2003 году на Lambeau Field составила 295 миллионов долларов.

Но кто будет платить — не совсем понятно. Ожидается, что фермеры покроют часть затрат. Так будут и налогоплательщики.

«В системе Грин-Бей я воодушевлен больше, чем когда-либо, — сказал Кламп. «Я думаю, что агропромышленное сообщество действительно понимает природу проблемы».

Смета расходов на очистку основана на пятилетнем пилотном проекте муниципального района канализации Грин-Бей на 15-мильном Серебряном ручье, который течет через другой ручей в Грин-Бей.

Во время программы агрономы и фермеры экспериментировали с рядом стратегий:

Посадка покровных культур для предотвращения эрозии, строительство водно-болотных угодий для удержания воды, создание полос травы вдоль водных путей для улавливания загрязняющих веществ и вспашка полей там, где меньше почвы беспокойство.

Результат: В Сильвер-Крик обнаруживается меньше фосфора.

Район канализации Грин-Бей, также известный как NEW Water, нуждается в государственном разрешении на сброс очищенных отходов в залив и сталкивается с требованием DNR для снижения содержания фосфора более чем на 9000 фунтов в год.

Для достижения этого уровня району может потребоваться 100 миллионов долларов на модернизацию систем очистки.

Итак, чиновники изучают другой подход, при котором вместо НОВАЯ вода — и ее клиенты — платят, чтобы помочь фермерам внедрить более эффективные методы снижения содержания фосфора.

В нынешнем виде, если фермеры соглашаются применять методы управления стоком с полей, они могут участвовать в государственной программе, покрывающей 70% затрат.

DNR сообщает, что запросы фермеров о разделении затрат обычно превышают сумму доступного государственного финансирования.Но количество запросов снизилось за последние два года из-за спада молочной продукции.

Джефф Смадд, директор экологических программ NEW Water, сказал, что помощь в обеспечении более эффективных методов ведения сельского хозяйства в двух ключевых притоках реки Фокс — Ашваубенон и Голландец обойдется примерно в 38 миллионов долларов в течение 20 лет.

Это намного меньше, чем 100 миллионов долларов на модернизацию очистных сооружений.

И он удерживал бы примерно вдвое больше фосфора из водных путей, всего около 19 000 фунтов.

Смудде называет накопленные усилия фермеров «эффектом снежного кома».

«Мы можем добиться большего, работая в водоразделе», — сказал он.

Эндрю Моллика из сотрудников Milwaukee Journal Sentinel способствовал написанию этого отчета.

Серия Dairyland in Distress производится при поддержке Пулитцеровского центра. Официальные лица организации не играли никакой роли в отчетности, редактировании или презентации проекта. Серия Dairyland in Distress производится при поддержке Пулитцеровского центра.Центр, некоммерческая организация, поддерживающая проекты глубокой журналистики, не принимала участия в составлении отчетов, редактировании или презентации проекта.

Об этой серии

Эта история является частью продолжавшейся год работы Milwaukee Journal Sentinel и USA TODAY NETWORK-Wisconsin по изучению тяжелого положения молочной промышленности штата.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.