Фермой называют систему стержней (обычно прямолинейных), соединенных между собой в узлах и, создающие геометрически неизменную конструкцию.
Если нагрузка приложена в узлах, а оси элементов фермы пересекаются в одной точке (центре узла), то жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. Тогда все стержни фермы испытывают только осевые усилия (растяжение или сжатие). Благодаря этому металл в фермах используется более рационально, чем в балках, и они экономичнее балки по расходу материала, но более трудоемки в изготовлении, поскольку имеют большое число деталей. С увеличением пролетов, перекрывающиеся и уменьшением нагрузки эффективность ферм по сравнению с балками растет.
Стальные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортерных галереях, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т.д.
Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.
Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложено только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении. Каждая грань такого бруса является плоской фермой. Примером пространственного бруса может служить башенная конструкция.
Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и играть, состоящие из раскосов и стоек.
Расстояние между узлами пояса называют панелью (d), расстояние между опорами - пролетом (l), расстояние между осями (или внешними гранями) поясов - высотой фермы (hф).
Пояса ферм работают в основном на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); играть ферм воспринимают в основном поперечную силу, выполняя функцию стенки сплошной балки.
Соединение элементов в узлах осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим. Для того чтобы стержни ферм работали в основном на осевые усилия, а влиянием моментов можно было пренебречь, элементы ферм следует центрировать по осям, проходящих через центры притяжения. В зависимости от назначения, архитектурных требований и схемы приложения нагрузок фермы могут иметь самую разнообразную конструктивную форму. Их можно классифицировать по следующим признакам: статической схеме, контура поясов, системе решетки, способа соединения элементов в узлах, величине усилия в элементах. По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные.
В зависимости от контура поясов фермы подразделяют на сегментных, полигональных, трапецеидальных, с параллельными поясами и треугольные.
Контур поясов ферм в значительной степени определяет их экономичность. Теоретически наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюры моментов. Для однопролетного балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой это будет сегментная ферма с параболическим поясом. Однако криволинейный контур пояса повышает трудоемкость изготовления, поэтому такие фермы в настоящее время практически не применяют.
Для снижения трудоемкости изготовления ферма должна быть по возможности простой с наименьшим числом элементов и дополнительных деталей.
Треугольная система решетки имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов. Различают фермы по восходящей и нисходящей опорными раскосами. Если опорный розкис идет от нижнего опорного узла фермы к верхнему поясу, то его называют восходящим. При направлении раскосые от опорного узла верхнего пояса к нижнему - нисходящим. В местах приложения сосредоточенных нагрузок (например, в местах опирания прогонов кровли) можно установить дополнительные стойки или подвески. Эти стойки служат также для уменьшения расчетной длины пояса. Стойкие и подвески работают только на местное нагрузки.
Недостатком треугольных решетки является наличие длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного расхода стали для обеспечения их устойчивости.
В системе раскосые решетки все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки - другого. Так, в фермах с параллельными поясами при восходящем раскосые стойки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем - наоборот. Очевидно, при проектировании ферм следует стремиться, чтобы наиболее длинные элементы были растянуты, а сжатие воспринималось короткими элементами. Играть раскосые более металлоемкие и трудоемкие по сравнению с треугольной, так как общая длина элементов решетки больше и в ней больше узлов. Применение решеток раскосые целесообразно при малой высоте ферм и больших узловых нагрузках. Эффективность ферм может быть повышена при создании в них предварительного напряжения.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
