Чем отличается балка от фермы

Чем отличается балка от фермы

Балки и фермы представляют собой основные виды безраспорных плоскостных конструкций.

Балки являются наиболее простыми несущими конструкциями и эффективно используются до достижения перекрываемого ими пролета определенной величины. Для железобетона этот предельный рациональный пролет составляет примерно 8м для металлических—15 м, для Деревянных— 12 м. Если пролет превышает указанные величины, целесообразно перейти на использование ферм: Хотя изготовление ферм и несколько сложнее, чем изготовление балок, но зато они обладают меньшей массой, что существенно влияет на расход материалов как для самих ферм, так и для опор и фундаментов, на которые фермы опираются. В то время как у балок материал распределен по всему их сечению, у ферм он сосредоточен только в верхнем и нижнем поясах, в стойках и раскосах, которые эти пояса соединяют. Поэтому в отличие от балок, работающих на изгиб целым своим сечением, все элементы решетки фермы работают только на сжатие и растяжение, т. е. материал используется полнее, чем у балки.

Схемы балок и ферм, которые наиболее часто применяются при покрытии одноэтажных зданий увеличенных пролетов. У каждой схемы указан материал, из которого данная конструкция изготовляется, оптимальные пролеты L и примерное отношение высоты конструкции h к пролету L. В тех случаях, когда указаны две величины отношения h/L, меньшую высоту конструкции следует принять там, где конструкция расставлена с шагом не более 6 м, большую высоту — там, где шаг конструкции превышает 6 м и, как правило, принимается 12 м. Интенсивность загружения тоже следует учитывать при определении высоты конструкции.

Рамные конструкции по сравнению с балочными более экономичны по расходу металла и обладают большей жесткостью. Рамы могут быть либо сплошного (как правило, двутаврового) или коробчатого сечения либо сквозные. При сплошном сечении рамы более технологичны в изготовлении и более надёжны в эксплуатации – поэтому они получили наибольшее распространение. Сплошностенчатые рамы применяются при пролётах не превышающих 50-60 м. При пролётах 80-120 м рамы конструируют сквозного сечения.

Арочные покрытия зачастую используются в зданиях гражданского назначения а так же в зданиях где отсутсвует тяжелое крановое оборудование. Арочные системы становятся существенно экономичнее рамных при пролётах 80м и более.

Выбор конструктивного решения делается на основе вариантного проектирования, сравнения технико-экономических показателей, оценки архитектурно-композиционных достоинств вариантов в целях выбора оптимального решения.

Арочные покрытия обычно монтируют из двух-трех шарнирных металлических арок с затяжкой. Арки собирают в зависимости от пролета и массы из двух-трех элементов в проектном положении на передвижных монтажных опорах, оборудованных домкратами для выверки конструкций. После проектного закрепления стыковых соединений опоры опускают и передвигают на новую позицию.

Трехшарнирные арки можно собирать из двух полуарок и блоков в виде двух полуарок, скрепленных прогонами. Трехшарнирные арки собирают на передвижной центральной опоре, движущейся с помощью стяжек по рельсам. После закрепления арок в шарнире верхнюю телескопическую часть опоры опускают на высоту, допускающую свободный проход опоры под затяжкой, и лебедками передвигают на новую позицию.

Следует заметить, что минимальная высота балок и ферм при современных высокопрочных строительных материалах ограничивается не столько несущей способностью конструкции, сколько ее допускаемыми прогибами под максимальными нагрузками. Поэтому произвольное уменьшение высоты конструкции, относительно того, что применяется на практике, без дополнительных расчетов недопустимо.

В промышленных зданиях наибольшее распространение получили плоскостные безраспорные конструкции (стропильные конструкции). В первую очередь к ним относятся балки и фермы, имеющие длину равную ширине пролета здания. Эти конструкции устанавливают по длине здания с определенным шагом, называемым шагом стропильных конструкций. При шаге стропильных конструкций равном шагу колонн конструкции покрытия опирают на колонны каркаса.

В тех случаях, когда шаг стропильных конструкций меньше шага колонн, для опирания стропильных конструкций в промежутках между колоннами устанавливают дополнительные конструкции (также в виде балок или ферм), называемые подстропильными конструкциями.

Выбор конструкции покрытия зависит от размеров перекрываемого пролета, технологических требований, температурно-влажностных условий, наличия агрессивных сред и других факторов.

Так, применение балок (сплошностенчатых конструкций) наиболее целесообразно при пролетах не более 18 м. Однако возможно использование балок из железобетона при пролетах до 21 м для и стальных балок при пролетах до 30 м.

Железобетонные балки чаще всего имеют тавровое сечение при пролетах ≤ 12 м и двутавровое при больших пролетах.

Стальные балки чаще всего выполняют из прокатных или сварных двутавров.

При больших пролетах могут применяться балки с гофрированной стенкой, а при высоком уровне нагрузок двустенчатые балки и т.д.

Читайте также:  Расчет гигакалорий на отопление по объему

При пролетах 24 м и более рекомендуется применять решетчатые конструкции в виде железобетонных или стальных ферм. Это позволяет в значительной степени сократить расход материала, так как балки и фермы работают на изгиб, их несущая способность зависит от величины момента инерции, а применение ферм позволяет его увеличить за счет увеличения высоты конструкции.

Из железобетонных ферм чаще всего применяют безраскосные фермы для скатного или малоуклонного покрытия. Возможно также применение ферм с параллельными поясами и сегментных раскосных ферм.

При необходимости, фермы и балки опирают на подстропильные конструкции.

Стальные фермы могут иметь различные очертания. Их выполняют из прокатных или гнутосварных профилей: уголков, широкополочных тавров, широкополочных двутавров, швеллеров, замкнутых гнутосварных труб прямоугольного сечения, электросварных труб и др.

С параллельными поясами

Полигональные и др.

Применение ферм целесообразно при пролетах до 60 м, так как высота ферм обычно составляет 1/6 – 1/10 L.

Перекрывать пролёты до 100 и более метров позволяют арочные конструкции. Арка – это криволинейный брус, очерченный по окружности или по параболе. В сечениях арки возникают и продольные усилия, и поперечные силы, и изгибающие моменты, однако величина момента значительно меньше, чем в фермах или балках.

Арки могут быть сплошными и решётчатыми, распорными и безраспорными (арки с затяжками). В арках с затяжкой распор воспринимается затяжкой, которая располагается в уровне верха колонн или под полом. При отсутствии затяжки для восприятия распора приходится устраивать очень развитые фундаменты.

К плоскостным распорным конструкциям относятся также рамные конструкции.

В последние годы довольно широко применяют конструкции типа «плита на пролет» в виде крупноразмерных плит шириной 3 м и длиной 18 или 24 м. Эти плиты могут быть плоскими, двускатными или криволинейного очертания П, Т и 2Т – образного сечения. Плиты укладывают в направлении пролета на подстропильные балки, укладываемые на колонны вдоль здания.

Происхождение термина «ферма» берет начало от латинского firmus, то есть «прочный, крепкий».

Фермой называется система стержней соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию. При узловой нагрузке жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции, и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. В этом случае все стержни ферм испытывают только растягивающие или сжимающие осевые усилия.

Фермы экономичнее балок по расходу стали, но более трудоемки в изготовлении. Эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками тем больше, чем больше пролет и меньше нагрузка.

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.

Плоские фермы воспринимают нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении их связями. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, воспринимающий нагрузку в любом направлении (рис.9.1).

Рис. 9.1. Плоская (а) и пространственная (б) фермы

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек (рис. 9.2). Соединение элементов в узлах осуществляется путем непосредственного примыкания одних элементов к другим (рис 9.3,а) или с помощью узловых фасонок (рис. 9.3,б). Элементы ферм центрируются по осям центра тяжести для снижения узловых моментов и обеспечения работы стержней на осевые усилия.

Рис. 9.2. Элементы ферм

1 – верхний пояс; 2 – нижний пояс; 3 – раскосы; 4 – стойки

Рис. 9.3. Узлы ферм: а – с непосредственным примыканием элементов; б – на фасонках

Расстояние между соседними узлами поясов называется панелью (dв – панель верхнего пояса, dн – нижнего), а расстояние между опорами – пролетом (/).

Пояса ферм работают на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функции стенки балки.

Знак усилия (минус – сжатие, плюс – растяжение) в элементах решетки ферм с параллельными поясами можно определить, если воспользоваться “балочной аналогией”.

Стальные фермы широко применяются во многих областях строительства; в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортных эстакадах, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т. д.

Фермы имеют разную конструкцию в зависимости от назначения, нагрузок и классифицируются по различным признакам:

по статической схеме – балочные (разрезные, неразрезные, консольные);

по очертанию поясов – с параллельными поясами, трапециевидные, треугольные, полигональные, сегментные (рис. 9.5);

Рис.9.4. Системы ферм: а – балочная разрезная; б – неразрезная; в,е – консольная; г – арочная; д – рамная;

Читайте также:  Посадка хвойных деревьев весной

по системе решетки – треугольная, раскосная, крестовая, ромбическая и др. (рис.9.6);

по способу соединения элементов в узлах – сварные, клепанные, болтовые;

Рис. 9.5. Очертания поясов ферм: а – сегментное; б – полигональное; в – трапецеидальное; г – с параллельными поясами; д-и – треугольное

по величине максимального усилия – легкие – одностенчатые с сечениями из прокатных профилей (усилие N 300кН).

Промежуточными между фермой и балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем или раскосами либо аркой (сверху). Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающий момент в балке и повышают жесткость системы (рис.9.4,^). Комбинированные системы просты в изготовлении (имеют меньшее число элементов) и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижными нагрузками.

Эффективность ферм комбинированных систем можно повысить, создав в них предварительное напряжение.

В фермах подвижных крановых конструкций и покрытий больших пролетов, где уменьшение веса конструкции дает большой экономический эффект, применяют алюминиевые сплавы.

Рис. 9.6. Системы решетки ферм

а – треугольная; б – треугольная с дополнительными стойками; в – раскосная с восходящими раскосами; г – раскосная с нисходящими раскосами; д – шпренгельная; е – крестовая; ж – перекрестная; и – ромбическая; к – полу раскосная

Арки также как и рамные относятся к распорным конструкциям, т. е. для них характерно наличие горизонтальной составляющей опорной реакции (распора).

Арки используются в качестве основных несущих конструкций зданий различного назначения. Их применяют в покрытиях промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий пролетом от 12 до 70 м. В зарубежном строительстве с успехом применяют арки пролетом до 100 м и более.

По статической схеме арки разделяют на трехшарнирные и двухшарнирные без ключевого шарнира:

Рисунок 1 – Трехшарнирная и двухшарнирная арка

По схеме опирания их делят на арки с затяжками, воспринимающими распор и на арки без затяжек, распор которых передается на опоры.

Рисунок 2 – Арка без затяжки и с затяжкой

Затяжки изготовливают в большинстве случаев из арматуры или профильной стали. Возможно применение деревянных клееных затяжек, в условиях химически агрессивных сред, где металл будет корродировать.

Классификация арочных покрытий по статической схеме По статической схеме арки подразделяются на трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные. Наиболее распространенными являются двухшарнирные арки: они достаточно просты в изготовлении и монтаже, нечувствительны к неравномерным вертикальным смещениям опор, а напряжения от изменения температуры в них несущественны. Трехшарнирные арки, как статически определимые системы, безразличны к осадкам опор и температурным воздействиям, однако, устройство шарнира в ключе осложняет как конструкцию самих арок, так и решение кровельного покрытия. Бесшарнирные арки обладают преимуществами большей жесткости и меньшего расхода металла, вместе с тем они связаны с устройством более мощных опор и требуют обязательного расчета на прогнозируемую разность осадок опор и температурные воздействия (рис.1) [5]. Рис. 1. Типы арок по статической работе: а) трехшарнирная, б) двухшарнирная, в) бесшарнирная

конструкции арки делятся на:

1) цельные (только треугольной формы);

Рисунок 5 – Арка из фермы (l=30…60 м, f=l/3…l/2)

3) арки из балок на пластинчатых нагелях (Деревягина)

4) кружальные арки, состоящие из двух или более рядов косяков, соединенных между собой нагелями

Рисунок 6 – Кружальная арка

5) арки с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях

Рисунок 7 – Арка с перекрестной дощатой стенкой (l=20…40 м, f≥l/6)

6) клееные арки (дощатоклееные и клеефанерные)

По форме оси арки делят на:

– треугольные из прямых полуарок

Рисунок 3

– сегментные, оси полуарок располагаются на общей окружности

– стрельчатые, состоящие из полуарок, оси которых располагаются на двух окружностях, смыкающихся в ключе под углом.

Здравствуйте, наши читатели, коллеги, партнеры.

Ранее, мы говорили уже с Вами о строительных (стропильных) фермах и балках, как несущих и опорных конструкциях.

Сегодня попробуем разобраться, когда, где и какой вид лучше применять при строительстве объекта.

Повторно отметим тот факт, что классификация, как ферм, так и балок весьма обширна. И каждый подвид имеет, как преимущества, так и недостатки. Поэтому, однозначного приоритета в выборе нет. Следовательно, мы не можем однозначно сказать, что строительные балки лучше или хуже строительных ферм, но мы можем определить целесообразность применения той или иной строительной технологий, относительно определенных общих данных.

1 Балки однозначно проще монтировать.

2 Они применяются при необходимости сохранить подвижность конструкции.

Читайте также:  Коллаж на тему семья своими руками

3 Также, их целесообразно применять при строительстве малогабаритных объектов.

Из недостатков следует отметить довольно высокую нагрузку самого строения.

Фермы – сложнее в монтировании, но за счет более равномерного распределения нагрузок, требуют меньших затрат материалов, а значит – тем самым облегчают конструкцию и соответственно еще способствуют экономии бюджета.

Однако, фермы больше подходят для возведения крупногабарита, а также – фермы, в основе своей,- статичны и не в состоянии обеспечить подвижность конструкции. Если таковая понадобится.

Использование их при малом габарите, может являться не целесообразным при необходимости ускорения процесса.

Опять же, обращаем Ваше внимание, что решение по поводу реализации того или иного метода выполнения перекрытий принимается, исходя из особенностей и нужд строительного проекта.

То есть – правильно составленного КМ, КМД, АР, КЖ, ППР.

Куда обращаться? Думаю, Вы в курсе…

«Лукаринвест» – Все лучшее в нас, мы отдаем Вам!

Балки и фермы представляют собой основные виды безраспорных плоскостных конструкций.

Балки являются наиболее простыми несущими конструкциями и эффективно используются до достижения перекрываемого ими пролета определенной величины. Для железобетона этот предельный рациональный пролет составляет примерно 18 м для металлических—15 м, для деревянных— 12 м- Если пролет превышает указанные величины, целесообразно перейти на использование ферм. Хотя изготовление ферм и несколько сложнее, чем изготовление балок, но зато они обладают меньшей массой, что существенно влияет на расход материалов как для самих ферм, так же для опор и фундаментов, на которые фермы опираются. В то время как у балок материал распределен, но всему их сечению, у ферм он сосредоточен только в верхнем и нижнем поясах, в стойках и раскосах, которые эти пояса соединяют. Поэтому в отличие от балок, работающих на изгиб целым

своим сечением все элементы решетки фермы работают только на сжатие и растяжение, т. е. материал используется полнее, чем у балки.

На рис. XII.7 изображены схемы балок и ферм, которые наиболее часто применяются при покрытии одноэтажных зданий увеличенных пролетов. У каждой схемы указан материал, из которого данная конструкция изготовляется, оптимальные пролеты L и примерное отношение высоты конструкции h к пролету L. В тех случаях, когда указаны две величины отношения h/L, меньшую высоту конструкции следует принять там, где конструкция расставлена с шагом не более 6 м, большую высоту — там, где шаг конструкции превышает 6 м и, как правило, принимается 12 м. Интенсивность загружения тоже следует учитывать при определении высоты конструкции.

Следует заметить, что минимальная высота балок и ферм при современных высокопрочных строительных материалах ограничивается не столько несущей способностью конструкции, сколько ее допускаемыми прогибами под максимальными нагрузками. Поэтому произвольное уменьшение высоты конструкции, относительно того, что применяется на практике,

без дополнительных расчетов недопустимо.

Железобетонные балки заводского изготовления для пролетов 12, 15, 18 м получили наибольшее распространение благодаря экономному расходу металла, простоте монтажа и соответствия таких балок противопожарным нормам. Разработано несколько типов балок для горизонтальных и скатных с небольшим уклоном (до 1:5) покрытий . Сечение таких балок принимается прямоугольным (при L

Стальные фермы обычно применяют при пролетах 12. 18 м и выше (рис. XII.11). Очертание стальных ферм может быть достаточно разнообразно, однако чаще всего применяются фермы трапециевидные двускатные, с параллельными поясами и др.

Обладая большой жесткостью в своей плоскости, металлические фермы имеют совершенно недостаточную жесткость из этой плоскости; поэтому установленные с определенным шагом фермы должны быть надежно раскреплены в направлениях, нормальных к их плоскостям. В верхнем поясе фермы раскрепляются железобетонными плитами покрытия, привариваемыми к узлам верхнего пояса. В нижнем поясе и в вертикальной плоскости над опорами фермы раскрепляются металлическими связями (рис. ХН.12).

Помимо стали фермы могут быть также выполнены и из алюминиевых сплавов. Такие фермы имеют сравнительно небольшой вес, учитывая, что масса алюминиевых сплавов не превышает 2,7 т/м3 (у стали 7,85 т/м3). Кроме того, алюминиевые сплавы обладают коррозиестойкостью и не становятся хрупкими при температурах ниже — 50 °С (недостаток стальных конструкций при их применении на Севере). Однако прочность алюминиевых сплавов в 2. 3 раза ниже, чем у стали, а их цена выше, С учетом этих особенностей применение конструкций из алюминиевых сплавов в обычных условиях целесообразно только при больших пролетах или в северных районах с низкими температурами или в некоторых других условиях.

Дата добавления: 2016-04-14 ; просмотров: 6099 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector