Металлическая ферма – это система прямых стержней, соединенных в узлах в жесткую (геометрически неизменяемую) конструкцию. Ее основными элементами являются верхний и нижний пояса, образующие общий контур, и решетка, которая состоит из стержней, закрепленных вертикально (стоек) и наклонно (раскосов).
Строительные фермы из металлоконструкций широко применяется для устройства крыши складов, изготовления ангаров, торговых центров, строительных комплексов и других промышленных зданий, где необходимо перекрытие больших пролетов. Металлоконструкции можно придать различную форму в соответствии с формой кровли, величиной предполагаемой нагрузки и ее распределением. Стропильная ферма перекрывает поперечный пролет сооружения и опирается на его несущие элементы (стены, вертикальные металлические балки и т. п.). Она передает им нагрузку от кровельного покрытия. Если расстояние между колоннами в продольном направлении здания составляет более 12 м, то устанавливаются дополнительные фермы. Такие конструкции называются подстропильными и служат опорой для промежуточных стропильных. Оба вида металлических ферм отличаются по очертанию пояса и решетки, используемому прокатному профилю.
КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОПИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
По очертанию. Форма выбирается в соответствии с назначением здания, видом и распределением нагрузок, типом кровельного покрытия и условиями использования. В зависимости от очертания пояса фермы делятся:
- на треугольные. Используются при значительных уклонах кровли, а также в консольных и балочных металлоконструкциях с основной нагрузкой в середине пролета. Треугольные фермы допускают только шарнирное сопряжение с колонной или другой опорой, из-за чего поперечная жесткость всего здания снижается. Конструкция требует больших затрат металла, чем другие, из-за слишком длинных стрежней в средней части;
- с параллельными поясами. Они имеют одинаковые длины элементов и схемы узлов, повторяемые элементы и детали. Это позволяет унифицировать ферму и облегчить ее изготовление. Такие конструкции широко применяются в качестве стропильных и являются наиболее популярными в покрытиях зданий;
- сегментные. Криволинейный пояс полностью соответствует распределению и типу нагрузки, что позволяет получить ферму со значительной экономией материала. Однако производство такой конструкции является слишком трудоемким, поэтому ее изготавливают редко, обычно под заказ;
- полигональные. Очертания пояса такой металлической фермы почти полностью соответствуют распределению нагрузки. Это позволяет применять их в больших пролетах, тяжелых и мостовых конструкциях;
- трапецеидальные. Представляют собой компромисс между треугольным и параллельным очертанием пояса фермы, так как позволяют создать жесткое сопряжение с опорой. Узлы имеют более простую конструкцию, в середине пролета отсутствуют слишком длинные стержни.
По типу решетки. От нее зависит вес металлической фермы, ее внешний вид и трудоемкость производства. Решетка выбирается в зависимости от распределения нагрузки, очертания пояса и требований к конструкции.
Она может быть:
- треугольной. Применяется в металлических фермах с параллельными или трапецеидальными поясами. Иногда может иметь дополнительные стойки для повышения прочности конструкции;
- раскосной. Применение таких металлических решеток будет наиболее целесообразным в фермах малой высоты и при передаче по стойкам больших усилий. Конструкции могут иметь восходящие или нисходящие опорные раскосы. Изготовление ферм с такими решетками является более трудоемким, чем треугольных, и требует большего расхода материалов;
- шпренгельной. Применяется в том случае, когда необходимо уменьшить длину расчетного пояса конструкции. Требуется также, когда основная нагрузка приложена к верхней части фермы вне узлов. Шпренгельная решетка металлических конструкций сохраняет стандартное расстояние между прогонами и обеспечивает удобное поддержание отдельных элементов кровли. Такая ферма часто требует дополнительного расхода металла;
- ромбической и полураскосной. Обе решетки являются оптимальным выбором при значительных поперечных нагрузках. Применяются при сооружении мостов, мачт, башен, а также во всех конструкциях, требующих большой высоты ферм.
Выбор крестовой решетки целесообразен при наличии нагрузок, действующих в двух направлениях. В фермах с поясами из тавра часто используется перекрестный тип.
По сечению стержня. Выбор определяется назначением фермы, ее конструкцией, а также величиной, направлением и распределением нагрузок. Наиболее распространенными являются следующие:
- парные уголки. Применяются при изготовлении металлических ферм для зданий с пролетами 18–42 м. Могут использоваться во всех климатических зонах, хорошо сочетаются как с тяжелыми, так и легкими ограждающими конструкциями. Металлические парные уголки позволяют проектировать любые типы ферм, удобны для конструирования узлов. Требуют большого количества дополнительных деталей – накладок, косынок и т. п.;
- металлические трубы и прямоугольные гнутозамкнутые профили. Стержни являются полыми и отличаются только формой сечения. Рациональная форма профиля позволяет снизить общий вес изделия, позволяет легко соединять элементы решетки с поясами фермы.
Для стержней тяжелых металлических конструкций выбираются более мощные сечения: н-образные, швеллерные, двутавровые, коробчатые и трубчатые с толстыми стенками.