3. Выбор очертаний фермы

Теоретически наивыгоднейшим очертанием контура фермы является такое, при котором ее контур соответствует очертанию эпюры моментов. Например, при равномерно распределенной нагрузке и горизонтальном нижнем поясе верхний пояс очерчен по дуге параболы (рис. -), а при одном сосредоточенном грузе в пролете — треугольная ферма (рис. -). В этом случае усилия будут возникать только в поясах; в стержнях решетки усилия теоретически равны нулю. В действительности, вследствие некоторой неравномерности реальных нагрузок, конструктивных эксцентриситетов и других неизбежных факторов элементы решетки испытывают весьма незначительные усилия.

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.

Высота ферм в большинстве случаев определяется исходя из экономических требований и из условия жесткости. При этом используется такая же методика как при определении оптимальной и минимальной высоты сплошных балок.

Оптимальная высота ферм зависит от системы решеток: при раскосной решетке она примерно на 40% меньше, чем при треугольной решетке, и на 20% меньше оптимальной высоты ферм с треугольной решеткой и с дополнительными стойками; числа панелей (оптимальная высота фермы уменьшается при его увеличении).

Так для ферм с треугольной решеткой , для ферм с треугольной решеткой и дополнительными стойкамии для ферм с раскосной решеткой. Здесь n - число панелей.

В стропильных фермах наиболее часто применяются такие типы решеток: наиболее экономичная по расходу материала треугольная; с уменьшенной панелью - треугольная с дополнительными стойками или подвесками (при наличии подвесного потолка); при необходимости уменьшить высоту и воспринять более высокую нагрузку – раскосную решетку (см. рис.-).

В фермах с раскосной решеткой желательно иметь короткие сжатые стойки и длинные растянутые раскосы.

Наиболее рациональные углы наклона раскосов в фермах с треугольной решеткой и треугольной с дополнительными стойками – 45^о, а в фермах с раскосной – 35^о.

Рис. 19. Типы решеток

[http://prommetkon.ru/produkciya/fermy-stalnye]

Кроме основных типов решетки в фермах применяются еще специальные типы решеток: шпренгельная, крестовая, ромбическая и полураскосная.

Шпренгельная - применяется при большой высоте фермы для сохранения рационального угла наклона для раскосов (35-45^о) при уменьшении размеров панелей, что необходимо в двух случаях для обеспечения передачи нагрузки в узлах фермы и для уменьшения расчетных длин поясов в плоскости ферм (для обеспечения устойчивости сжатых стержней).

Крестовая - при работе фермы на двухстороннюю нагрузку и для обеспечения повышенной жесткости. К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов.

Весьма часто крестовую решетку проектируют из гибких стержней. При этом принимается, что работают только растянутые раскосы; сжатые же раскосы вследствие своей большой гибкости выключаются из работы и в расчетную схему не входят. Для того, чтобы заставить работать оба раскоса в раскосах создают предварительно растягивающие усилия. Это заставляет работать оба раскоса и тем самым увеличивается жесткость фермы.

Ромбическая - обладает повышенной жесткостью (по сравнению с обычными решетками) и уменьшает размер панелей (по сравнению с крестовой решеткой). Эта система применяется в связях, мостах, башнях, мачтах для уменьшения расчетной длины стержней.

Полураскосная - обладает большой жесткостью (благодаря двум системам раскосов) и уменьшенной панелью и особенно рациональна при работе конструкций на большие поперечные силы.

Рис. 20. Фото треугольной фермы

[http://kryshagid.ru/stropilnaya-sistema/metallicheskaya-ferma-iz-profilnoj-truby.html]

Рис. 21. Завод по производству лопастей ветротурбин Siemens [https://www.steelconstruction.info/Siemens_wind_turbine_blade_manufacturing_facility,_Hull]

Рис. 22. Завод во время стройки

[https://www.steelconstruction.info/Siemens_wind_turbine_blade_manufacturing_facility,_Hull]

Рис. 23. Прогоны между стропилами в крыше

[https://www.steelconstruction.info/Building_envelopes#Purlin_and_side_rail_options]

Рис. 24. Стропила и колонны

[https://www.steelconstruction.info/Building_envelopes#Purlin_and_side_rail_options]

Рис. 25. Часть пространственной алюминиевой фермы

[https://ra-grand-as.satu.kz/p15067836-ferma-konstruktsiya.html]