Треугольная ферма пролётом 12 м из прямоугольных труб

2021 admin

Треугольная ферма пролётом 12 м из прямоугольных труб

Составляющие элементы конструкции фермы:

Ферма – это конструкция из прямолинейных элементов, соединенных между собой в узлах в прочную систему неизменяемой геометрической формы. Чаще всего встречаются плоские конструкции, но в больших нагруженных конструкциях применяют объемные (пространственные) фермы. Практически в частных домах фермы выполняют из дерева и металла. Из дерева изготавливают небольшие конструкции стропил, навесов, беседок. Зато прочный и высокотехнологичный металл – практически идеальный материал для несущих металлоконструкций.

Для изготовления сложных конструкций применяют прокат сплошного сечения и трубы. Профильные трубы (квадрат, прямоугольник) имеют большую устойчивость к смятию и изгибу, небольшие конструкции для дома монтируют без применения сварки с помощью краб-систем, поэтому для усадебных построек чаще всего используют именно профильную трубу.

Форму кровли принимаем треугольную двускатную – она самая простая в изготовлении и одновременно экономичная по расходу материалов. Угол наклона кровли принимаем 30° – при таком угле наклона на кровле не будет задерживаться снег и опавшие листья.

Что такое ферма

Вторая группа букв и цифр записывается через дефис и показывает:

Размеры и маркировка

Маркировка железобетонных ферм учитывает их тип, размеры, другие конструктивные особенности, отвечающие за их характеристики. Марки состоят из зашифрованных наборов букв и цифр по требованиям ГОСТ 23009.Первая группа цифр и букв показывает:

номер типоразмера;
тип ЖБИ;
длина, округленная до метра.

Вторая группа букв и цифр записывается через дефис и показывает:

числовой индекс несущей способности;
для предварительно напряженной арматуры ее класс;
тип применяемого бетона, только для конструкций из легких бетонов.

Третья группа указывается при необходимости и указывает на:

стойкость к агрессивным средам;
сейсмическим толчкам;
наличие дополнительных отверстий, закладных и т.д.

К примеру, ж/б ферма 3ФС длиной 18 м, с шестой несущей способностью, напрягаемой арматурой А600 из легкого бетона, с закладными будет маркироваться таким образом: 3ФС18-6А600Л-1.
Формы и типоразмеры различных железобетонных ферм, как стропильных, так и подстропильных, можно найти в таблицах:

Итак, всего есть три основных варианта изготовления фермы в зависимости от наклона крыши:

Этап III. Рассчитываем внутреннее напряжение ферм

Самое важное и ответственное задание – это правильно произвести расчет фермы из профильной трубы и подобрать нужный формат внутренней решетки. Для этого нам понадобится калькулятор или подобное ему другое программное обеспечение, а также некоторые табличные данные СНиПов, которые за это:

СНиП 2.01.07-85 (воздействия, нагрузки).
СНиП п-23-81 (данные по стальным конструкциям).

По возможности ознакомьтесь с этими документами.

Форма крыши и угол наклона

Ферма нужна для какой конкретно кровли? Односкатной, двускатной, купольной, арочная или шатровой? Самый простой вариант, конечно же, это изготовление стандартного односкатного навеса. Но и достаточно сложные фермы вы также способны рассчитать и изготовить самостоятельно:

Стандартная ферма состоит из таких важных элементов, как верхний и нижний пояс, стойки, раскосы и вспомогательные подкосы, которые еще называют шпренгелями. Внутри ферм располагается система решеток, для соединения труб используется сварные швы, клепки, специальные парные материалы и косынки.И, если вы собираетесь изготовить сложную по форме крышу, то такие фермы станут для нее идеальным вариантом. Их очень удобно изготавливать по шаблону прямо на земле, и только потом поднимать наверх.Чаще всего при строительстве небольшого дачного домика, гаража или бытовки применяются так называемые фермы полонсо – особая конструкция треугольных ферм, соединенных затяжками, и нижний пояс здесь выходит приподнятым.По сути, в этом случае, чтобы повысить высоту конструкции, нижний пояс делают ломаным, и он тогда составляет 0,23 от длины полета. Для внутреннего пространства помещения очень удобно.Итак, всего есть три основных варианта изготовления фермы в зависимости от наклона крыши:

от 6 до 15°;
от 15 до 20°;
от 22 до 35°.

В чем разница спросите вы? Например, если угол конструкции будет небольшой, всего до 15°, тогда фермы рационально делать трапециевидной формы. И при этом вполне можно уменьшить вес самой конструкции, беря в высоту от 1/7 до 1/9 от от общей длины полета.Т.е. руководствуйтесь таким правилом: чем меньше вес, тем больше должна быть высота фермы. А вот если мы вас будет иметь уже сложную геометрическую форму, тогда нужно выбрать другой тип фермы и решеток.

Виды ферм и формы крыши

Вот пример конкретных ферм для каждого вида крыши (односкатной, двускатной, сложной):

Давайте разберемся с видами ферм:

Треугольные фермы – классика изготовления основы для крутых скатов крыши или навесов. Сечение труб для таких ферм нужно подбирать с учетом веса кровельных материалов, а также эксплуатации самой постройки. Треугольные фермы хороши тем, что обладают простыми формы, просты в расчете и исполнении. Их ценят за подкровельное обеспечение естественным светом. Но отметим и недостатки: это дополнительные профили и длинные стержни в центральных сегментах решетки. А также здесь вам придется столкнуться с некоторыми сложностями при сварке острых опорных углов.
Следующий вид – полигональные фермы из профильной трубы. Они незаменимы при сооружении больших площадей. Сварка у них уже более сложной формы, а поэтому для облегченных конструкций их не проектируют. Зато такие фермы отличаются большей экономией металла и прочностью, что особенно хорошо для ангаров с большими пролетами.
Прочной считается также ферма с параллельными поясами. Отличается от других такая ферма тем, что у нее все детали – повторяющиеся, с одинаковой длиной стержней, поясов и решеток. То есть здесь минимум стыков, а поэтому рассчитывать и варить такую из профильной трубы проще всего.
Отдельный вид – это односкатная трапециевидная ферма с опорой на колонны. Такая ферма идеальна, когда необходима жесткая фиксация сооружения. У нее есть уклоны (раскосы) по боковым сторонам и отсутствуют длинные стержни верхней обрешетки. Подходит для крыш, которым особенно важна надежность.

Вот пример изготовления ферм из профильной трубы как универсального варианта, который подходит для любых садовых построек. Речь идет о треугольных фермах, и вы наверняка их уже видели много раз:

Треугольная ферма с ригелем тоже достаточно проста, и вполне подходит для строительства беседок и бытовки:

А вот арочные фермы в изготовлении уже намного сложнее, хотя и обладают рядом своих ценных преимуществ:

Главное ваша задача – центрировать элементы фермы из металла от центра тяжести по всем направлениям, говоря простым языком, минимизировать нагрузку и грамотно ее распределить.Поэтому выбирайте тот вид ферм, который подходит для этой цели больше. Кроме перечисленных выше, популярностью пользуются также ферма-ножницы, асимметричная, П-образная, двухшарнирная, ферма с параллельными поясами и мансардная ферма с опорами и без них. А также мансардный вид фермы:

Типы решеток и точечная нагрузка

Вам будет интересно узнать, что определенный дизайн внутренних решеток ферм подбирается вовсе не из эстетических соображений, а вполне практичных: под форму крыши, геометрию потолка и расчет нагрузок.Вам нужно спроектировать свою ферму таким образом, чтобы все силы сосредотачивались конкретно в узлах. Тогда в поясах, раскосах и шпренгелях изгибающих моментов не будет – они станут работать только на сжатие и растяжение. И тогда сечение таких элементов уменьшают до необходимого минимума, значительно при этом экономя на материале. И саму ферму ко всему вы спокойно можете сделать шарнирной.В противном случае, на ферму будут постоянно действовать распределенная по стержням сила, и появится изгибающий момент, в дополнение к общему напряжению. И здесь тогда важно грамотно просчитать максимальное изгибающее значения для каждого отдельного стержня.Тогда сечение таких стержней должно быть больше, чем если бы сама ферма была нагружена точечными силами. Подведем итог: фермы, на которых распределенная нагрузка действует равномерно, изготавливают из коротких элементов с шарнирными узлами.Давайте разберемся, в чем преимущество того или иного вида решетки в плане распределения нагрузки:

Треугольная система решетки всегда применяются в фермах с параллельными поясами и трапецеидальной ферме. Ее основное преимущество в том, что она дает самую маленькую суммарную длину решетки.
Раскосная система хороша при небольшой высоте ферм. Но расход материала на нее немалый, ведь здесь весь путь усилия идет через узлы и стержни решетки. А поэтому при проектировании важно заложить максимум стержней, чтобы длинные элементы оказались растянутыми, а стойки – сжатыми.
Еще один вид – шпренгельная решетка. Ее изготавливают в случае нагрузок верхнего пояса, а также тогда, когда нужно уменьшить длину самой решетки. Здесь преимущество в соблюдении оптимального расстояния между элементами всех поперечных конструкций, которое, в свою очередь, позволяет сохранить нормальное расстояние между прогонами, что будет практичным моментом для монтажа элементов кровли. Но создавать такой решетку своими руками – довольно трудоемкое занятие с дополнительным расходам металла.
Крестовидная решетка позволяет распределить нагрузку на ферму сразу в обоих направлениях.
Еще один вид решетки – перекрестная, где раскосы крепятся прямо к стенке фермы.
И, наконец полураскосная и ромбическая решетки, самая жесткая из перечисленных. Здесь взаимодействует сразу две системы раскосов.

Мы подготовили для вас иллюстрацию, где собрали все виды ферм и их решеток вместе:

Вот пример того, как изготавливают ферму с треугольной решеткой:

Изготовление фермы с раскосной решеткой выглядит так:

Нельзя сказать, что какой-то из видов ферм определенно лучше или хуже другого – каждый из них ценен меньшим расходом материалов, более легким весом, несущими способностями и методом крепления. Рисунок отвечает за то, какая схема нагрузок будет на нее действовать. И от выбранного типа решетки напрямую будет зависеть то, какой будет вес фермы, внешний вид и трудоемкость ее изготовления.Отметим еще такой необычный вариант изготовления фермы, когда она сама по себе становится частью или опорой для другой, деревянной:

Этап IV. Изготавливаем и устанавливаем фермыМы дадим вам несколько ценных советов, как самостоятельное без особых сложностей сварить такие фермы прямо у себя на участке:

Вариант первый: можно обратиться к заводу, и они сделают на заказ по вашему рисунку все нужные отдельные элементы, которые вам останется только сварить уже на месте.
Второй вариант: приобретите готовый профиль. Тогда вам останется только обшить фермы изнутри досками или фанерами, а в промежутке уложить по необходимости утеплитель. Но и обойдется этот способ, конечно же, дороже.

Вот, к примеру, хороший видео-урок, как удлинить трубу при помощи сварки и достичь идеальной геометрии:Вот также очень полезное видео, как отрезать трубу под углом 45°:Итак, теперь подходим непосредственно к сборке самих ферм. Справиться с этим вам поможет такая пошаговая инструкция:

Шаг 1. Сначала подготовьте фермы. Лучше их заранее сваривать прямо на земле.
Шаг 2. Установите вертикальные опоры для будущих ферм. Крайне важно, чтобы они были действительно вертикальными, поэтому проверьте их отвесом.
Шаг 3. Теперь возьмите продольные трубы и приварите их к опорным стойкам.
Шаг 4. Поднимите фермы и приварите их к продольным трубам. После этого все места соединения важно очистить.
Шаг 5. Готовый каркас покрасьте специальной краской, предварительно очистив и обезжирив его. Особое внимание при этом уделите местам соединения профильных труб.

С чем еще сталкиваются те, кто изготавливает такие фермы в домашних условиях? Во-первых, заранее продумайте опорные столики, на которых вы будете класть ферму. Далеко не лучший вариант бросить ее на землю – работать будет очень неудобно.Поэтому лучше поставить небольшие мосты-опоры, которые будут немного шире, чем нижний и верхний пояс фермы. Ведь вы будете вручную замерять и вкладывать между поясами перемычки, и важно, чтобы они не проваливались на землю.

Следующий важный момент: фермы из профильной трубы тяжеловаты на вес, а поэтом вам понадобится помощь минимум еще одного человека. Кроме того, не помешает подмога и в такой нудной и кропотливой работе, как зашкуривание металла перед варкой.Также в некоторых конструкциях приходится сочетать разные виды ферм, чтобы присоединить крышу к стене здания:

Еще учитывайте, что нарезать фермы вам нужно будет много, для всех элементов, а поэтому советуем вам либо приобрести, либо соорудить самодельный станок по типу того, что в нашем мастер-классе. Вот как он работает:Во так, шаг за шагом, вы составите чертеж, рассчитаете решетку фермы, сделаете заготовки и сварите конструкцию уже на месте. Причем у вас в расходе будут также и остатки профильных труб, поэтому, ничего не нужно будет выбрасывать – все это понадобится для второстепенных деталей навеса или ангара!Этап V. Зачищаем и окрашиваем готовые фермыПосле того, как вы установите фермы на их постоянное место, обязательно обработайте их антикоррозийными составами и окраски полимерными красками. Идеально подойдет для этой цели краска, которая отличается долговечностью и устойчивостью к ультрафиолету:

Вот и все, ферма из профильной трубы готова! Остаются только финишные работы по обшивке ферм изнутри отделкой и снаружи кровельным материалом:

Поверьте, изготовить металлическую ферму из профильной трубы для вас на самом деле не составит большого труда. Огромную роль играет грамотно составленный чертеж, качественная сварка фермы из профильной трубы и желание все сделать правильно и аккуратно.

Сфера использования ферм из профильной трубыДля того чтобы собрать ферму из профильной трубы необходимо использовать решетчатые стержни. Сам процесс является достаточно трудоемким, по сравнению с конструкциями, состоящими из сплошных балок, но также стоит обратить внимание на их экономичность. Именно парный материал используется для изготовления конструкции фермы, в то время как косынки выступают в качестве практичного и достаточно качественного материала с использованием клепок и сварки.Таким образом, можно перекрыть пролет практически любой длины, но не стоит забывать о необходимости проведения серьезных монтажных работ, которые потребуют немалого количества опыта и специфических знаний. Без правильно проведенных предварительных расчетов самих ферм из профильной трубы последует множество ошибок и последующих затрат.

Схема треугольного сооруженияЕсли все предыдущие условия были выполнены корректно и качество сварочных работ выполнено на должном уровне, необходимо установить конструкцию на заранее подготовленном месте и провести монтажные работы, направленные на верхнюю обвязку следуя заранее нанесенной разметке.Характерные преимущества несущих ферм из профильной трубы:

Большой срок службы;
Существенная экономия, как личного времени, так и средств;
Достаточно несущественный вес;
Материал позволяет возвести конструкцию практически любой формы;
Подобная конструкция рассчитана на существенные нагрузки постоянного типа;
Выносливость.

N 3-б = 5Q/(6sin α) = 5·190/(6·0.158) = 1002.2 кг (работает на растяжение)

Применение металлических ферм

Металлические фермы используются в строительстве для перекрытия больших пролетов. Они способны выдерживать большую нагрузку, поэтому незаменимы в масштабном строительстве, например, моста. В промышленных зданиях они помогают перекрыть огромные площади корпусов. При строительстве спортивных объектов о сохранности перекрытий и кровли тоже могут позаботиться металлические фермы.

Расчет металлической конструкции

Проводить расчет металлической фермы самостоятельно достаточно сложно. Начиная расчет кровли, необходимо знать количественную величину постоянной нагрузки на кровлю, дополнительной нагрузки, периодической нагрузки. К постоянной нагрузке относится вес конструкции и кровельного покрытия, к дополнительной – снеговые и ветровые нагрузки, к периодической – случайные факторы, например, землетрясение, если оно возможно в данной местности.В видео дополнительно говорится о расчетах металлических ферм:Сейчас довольно часто покупают уже готовые фермы, потому что при расчете нужно выбирать материал для конструкции, просчитывая нагрузку на каждую из частей. Ошибка может стоить всей конструкции.
Для самостоятельного расчета фермы необходимо запастись терпением, калькулятором и парой СНиПов: по стальным конструкциям, по нагрузкам и воздействиям .

Выбираем схему фермы.
- При уклоне от 22 до 30 градусов, лучше использовать треугольную ферму, её высота будет равна длине пролета, разделенной на пять.
- При угле наклона крыши от 15 до 22 градусов, высота конструкции будет равна одной седьмой части длины пролета.
- При уклоне, не превышающем 15 градусов, лучше использовать ферму в виде трапеции.
Выбираем размеры фермы.
Рассчитываем узлы конструкции.
- Необходимо нанести геометрическую схему отправочного элемента. Оси каждого стержня в данном узле должны сходиться в одной точке. Длина стержней определяется при помощи таблицы квадратов чисел.
- После нанесения узлов, нужно прочертить пояса и другие элементы решетки. Если узлы крепятся при помощи болтов, на чертеже необходимо учесть их присутствие.
- Обрезы элементов конструкции должны располагаться на расстоянии 4-5 сантиметров от кромки пояса фермы.
- Наносятся размеры швов. Их нужно располагать так, чтобы центральная линия каждого шва совпадала с центральной осью элемента, который прикрепляется этим швом.
- Количество размеров должно быть таким, чтобы по ним можно было построить шаблон фермы.

Имеется открытая площадка размерами 10х5 м возле дома и эту площадку хочется сделать закрытой, чтобы летом можно было пить чай на улице, не взирая на погодные условия, точнее взирая, но из-под надежного навеса, а еще чтобы можно было поставить машину под навес, сэкономив на гараже, да и вообще чтобы была защита от солнечного зноя в летний день. Вот только 10 метров — пролет большой и балку для такого пролета подобрать трудно, да и слишком массивной будет эта самая балка — скучно и вообще напоминает заводской цех. В таких случаях оптимальный вариант — сделать вместо балок фермы, а потом уже по фермам кидать обрешетку и делать кровлю. Само собой форма фермы может быть любой, но далее будет рассматриваться расчет треугольной фермы, как наиболее простой вариант. Проблемы расчета колонн для подобного навеса рассматриваются отдельно, расчет двух ферм с параллельными поясами или ригелей, на которые будут опирать фермы, здесь также не приводится.Пока предполагается, что фермы будут располагаться с шагом 1 метр, а нагрузка на ферму от обрешетки будет передаваться только в узлах фермы. Кровельным материалом будет служить профнастил. Высота фермы может быть теоретически любой, вот только если это навес, примыкающий к основному зданию, то главным ограничителем будет форма кровли, если здание одноэтажное, или окна второго этажа, если этажей больше, но в любом случае сделать высоту фермы больше 1 м вряд ли получится, а с учетом того, что надо делать еще и ригеля между колоннами, то и 0.8 м не всегда выйдет (тем не менее примем эту цифру для расчетов). На основании этих предположений уже можно конструировать ферму:Рисунок 272.1. Общая предварительная схема навеса по фермам.На рисунке 272.1 голубым цветом показаны балки обрешетки, синим цветом — ферма, которую следует рассчитать, фиолетовым цветом — балки или фермы, на которые опираются колонны, изменение цвета от светло-голубого к темно-фиолетовому в данном случае показывает увеличение расчетной нагрузки, а значит для для более темных конструкций потребуются более мощные профили. Фермы на рисунке 272.1 показаны темно-зеленым цветом из-за совершенно иного характера нагрузки. Таким образом расчет всех элементов конструкции по отдельности, как то:Балок обрешетки (балки обрешетки можно рассматривать как многопролетные балки , если длина балок будет около 5 м, если балки будут делаться длиной около 1 м, т.е. между фермами, тогда это обычные однопролетные балки на шарнирных опорах)Ферм кровли (достаточно определить нормальные напряжения в поперечных сечениях стержней, о чем речь ниже)Балок или ферм под фермами кровли (рассчитываются как однопролетные балки или фермы)никаких особых проблем не представляет. Однако целью данной статьи является показать пример расчета именно треугольной фермы, этим мы и займемся. На рисунке 272.1 можно рассмотреть 6 треугольных ферм, при этом на крайние (переднюю и заднюю) фермы нагрузка будет в 2 раза меньше, чем на остальные фермы. Это означает, что эти две фермы если есть стойкое желание сэкономить на материалах, следует рассчитывать отдельно. Однако из эстетических и технологических соображений лучше все фермы сделать одинаковыми, а это значит, что достаточно рассчитать все лишь одну ферму (показана на рис.272.1 синим цветом). В данном случае ферма будет консольной, т.е. опоры фермы будут располагаться не на концах фермы, а в узлах, показанных на рисунке 272.2. Такая расчетная схема позволяет более равномерно распределить нагрузки, а значит, и использовать для изготовления ферм профили меньшего сечения. Для изготовления ферм планируется использовать квадратные профильные трубы одного типа, а подобрать требуемое сечение профильной трубы поможет дальнейший расчет.Если балки обрешетки будут опираться сверху на узлы ферм, то нагрузку от навеса из профнастила и снега лежащего на этом профнастиле, можно считать сосредоточенной, приложенной в узлах фермы. Стержни фермы будут свариваться между собой, при этом стержни верхнего пояса скорее всего будут неразрезными длиной примерно 5.06 м. Однако будем считать, что все узлы фермы — шарнирные. Эти уточнения могут показаться незначительной мелочью, однако позволяют максимально ускорить и упростить расчет , по причинам, изложенным в другой статье. Единственное, что нам осталось определить для дальнейших расчетов, сосредоточенную нагрузку, но и это сделать не сложно, если профнастил или балки обрешетки уже рассчитаны. При расчете профнастила мы выяснили, что листы профнастила длиной 5.1-5.3 м представляют собой многопролетную неразрезную балку с консолью. Это означает, что опорные реакции для такой балки и соответственно нагрузки для нашей фермы будут не одинаковыми, однако изменения опорных реакций для 5 пролетной балки будут не такими уж и значительными и для упрощения расчетов можно считать, что нагрузка от снега, профнастила и обрешетки будет передаваться равномерно, как в случае с однопролетными балками. Такое допущение приведет только к небольшому запасу по прочности. В итоге мы получаем следующую расчетную схему для нашей фермы:

Рисунок 272.2 . Расчетная схема для треугольной фермы.На рисунке 272.2 а) представлена общая расчетная схема нашей фермы, расчетная нагрузка составляет Q = 190 кг , что вытекает из расчетной снеговой нагрузки 180 кг/м 2 , веса профнастила и возможного веса балки обрешетки. На рисунке 272.2 б) показаны сечения, благодаря которым можно рассчитать усилия во всех стержнях фермы с учетом того что ферма и нагрузка на ферму является симметричной и значит достаточно рассчитывать не все стержни фермы, а чуть больше половины. А чтобы не запутаться во многочисленных стержнях при расчете, стержни и узлы ферм принято маркировать. Маркировка, показанная на рис.272.2 в) означает, что у фермы есть:Стержни нижнего пояса: 1-а, 1-в, 1-д, 1-ж, 1-и;Стержни верхнего пояса: 2-а, 3-б, 4-г, 5-е, 6-з;Раскосы: а-б, б-в, в-г, г-д, д-е, е-ж, ж-з, з-и.Если будет рассчитываться каждый стержень фермы, то желательно составить таблицу, в которую следует внести все стержни. Затем в эту таблицу будет удобно вносить полученное значение сжимающих или растягивающих напряжений.Ну а сам расчет никаких особенных сложностей не представляет, если ферма будет свариваться из 1-2 видов профилей замкнутого сечения. Например, весь расчет фермы можно свести к тому, чтобы рассчитать усилия в стержнях 1-и, 6-з и з-и. Для этого достаточно рассмотреть продольные силы, возникающие при отсечении части фермы по линии IX-IX (рис. 272.2 г).Но оставим сладкое на третье, и посмотрим как это делается на более простых примерах, для этого рассмотрим

сечение I-I (рис. 272.2.1 д)

Если указанным образом отсечь лишнюю часть фермы, то нужно определить усилия только в двух стержнях фермы. Для этого используются уравнения статического равновесия. Так как в узлах фермы шарниры, то и значение изгибающих моментов в узлах фермы равно нулю, а кроме того, исходя из тех же условий статического равновесия сумма всех сил относительно оси х или оси у также равна нулю. Это позволяет составить как минимум три уравнения статического равновесия (два уравнения для сил и одно для моментов), но в принципе уравнений моментов может быть столько же сколько узлов в ферме и даже больше, если использовать точки Риттера. А это такие точки в которых пересекаются две из рассматриваемых сил и при сложной геометрии фермы точки Риттера не всегда совпадают с узлами фермы. Тем не менее в данном случае у нас геометрия достаточно простая (до сложной геометрии мы еще успеем добраться) и потому для определения усилий в стержнях достаточно имеющихся узлов фермы. Но при этом опять же из соображений простоты расчета обычно выбираются такие точки, уравнение моментов относительно которой позволяет сразу определить неизвестное усилие, не доводя дело до решения системы из 3 уравнений.Выглядит это примерно так. Если составить уравнение моментов относительно точки 3 (рис. 272.2.2 д), то в нем будут всего два члена, причем один из них уже известный:М 3 = -Ql /2 + N 2-a h = 0 ;N 2-a h = Ql/2 ;где l — расстояние от точки 3 до точки приложения силы Q/2, которое в данном случае и является плечом действия силы, согласно принятой нами расчетной схемы l = 1.5 м ; h- плечо действия силы N 2-a (плечо показано на рис. 272.2.2 д) синим цветом).При этом третий возможный член уравнения равен нулю, так как сила N 1-а (на рис. 272.2.2 д) показана серым цветом) направлена по оси, проходящей через точку 3 и значит плечо действия равно нулю. Единственное, что в этом уравнении нам неизвестно — это плечо действия силы N 2-а, впрочем определить его, владея соответствующими знаниями по геометрии, легко.Наша ферма имеет расчетную высоту 0.8 м и общую расчетную длину 10 м. Тогда тангенс угла α составит tgα = 0.8/5 = 0.16, соответственно значение угла α = arctgα = 9.09 о. И тогдаh = l sin αТеперь нам ничего не мешает определить значение силы N 2-a :N 2-a = Ql /(2lsin α) = 190/(2·0.158) = 601.32 кг Подобным же образом определяется значение N 1-а . Для этого составляется уравнение моментов относительно точки 2:М 2 = -Ql /2 + N 1-a h = 0; N 1-a h = Ql /2 N 1-a = Q/(2 tg α) = 190/(2·0.16) = 593.77 кг Проверить правильность вычислений мы можем, составив уравнения сил:ΣQ y = Q/2 — N 2-a sin α = 0; Q/2 = 95= 601.32·0.158 = 95 кг ΣQ x = N 2-a cos α — N 1-a = 0; N 1-a = 593.77 = 601.32·0.987 = 593.77 кг Условия статического равновесия выполняются и любое из уравнений сил, использованных для проверки, можно было использовать для определения усилий в стержнях. Вот, собственно и все, дальнейший расчет фермы — чистейшая механика, но на всякий случай рассмотрим еще

сечение II-II (рис. 272.2. e)

На первый взгляд кажется, что более простым будет уравнение моментов относительно точки 1 для определения силы N а-б , однако в этом случае потребуется для определения плеча силы сначала найти значение угла β. А вот если рассматривать равновесие системы относительно точки 3, то:М 3 = -Ql /2 — Ql /3 + N 3-б h = 0 ;N 3-б h = 5Ql /6 ;N 3-б = 5Q/(6sin α) = 5·190/(6·0.158) = 1002.2 кг (работает на растяжение)Ну а теперь все же определим значение угла β. Исходя из того, что известны все стороны некоего прямоугольного треугольника (нижний катет или длина треугольника — 1 м, боковой катет или высота треугольника — 0.16 м, гипотенуза — 1.012 м и даже угол α), то соседний прямоугольный треугольник с высотой 0.16 м и длиной 0.5 м будет иметь tgβ = 0.32 и соответственно угол между длиной и гипотенузой β = 17.744 о, полученный из арктангенса. И теперь проще составить уравнение сил относительно оси х :ΣQ x = N 3-б cos α + N а-б cos β— N 1-а = 0; N a-б = (N 1-а — N 3-б cos α)/cos β = (593.77 — 1002.2·0.987)/ 0.952 = — 415.61 кг В данном случае знак «-» показывает, что сила направлена в сторону, противоположную от той, которую мы приняли при составлении расчетной схемы. И тут пришло время поговорить о направлении сил, точнее, о том значении, которое в это направление вкладывается. Когда мы заменяем внутренние усилия в рассматриваемом поперечном сечении стержней фермы, то под силой направленной от поперечного сечения подразумеваются растягивающие напряжения, если сила направлена к поперечному сечению, то подразумеваются сжимающие напряжения. С точки зрения статического равновесия не важно какое направление силы принимать при расчетах, если сила будет направлена в противоположную сторону, то значит у этой силы будет знак минус. Однако при расчете важно знать, на какое именно усилие рассчитывается данный стержень. Для растягиваемых стержней принцип определения необходимого сечения простейший:При расчете стержней, работающих на сжатие, следует учитывать множество различных факторов и в общем виде формулу для расчета сжатых стержней можно выразить так:Примечание : расчетную схему можно составлять так, чтобы все продольные силы были направлены от поперечных сечений. В этом случае знак «-» перед значением силы, полученный при расчетах, будет показывать, что данный стержень работает на сжатие.Так результаты предыдущего расчета показывают, что в стержнях 2-а и 3-б возникают растягивающие напряжения, в стержнях 1-а и а-б — сжимающие усилия. Ну а теперь вернемся к цели нашего расчета — определению максимальных нормальных напряжений в стержнях. Как и в обычной симметричной балке, у которой максимальные напряжения при симметричной нагрузке возникают в сечении, наиболее удаленном от опор, в ферме максимальные напряжения возникают в стержнях наиболее удаленных от опор, т.е. в стержнях, отсекаемых сечением IX-IX.

сечение IX-IX (рис. 272.2. г)

М 9 = -4.5Q/2 — 3.5Q — 2.5Q — 1.5Q -0.5Q + 3V A — 4.5N 6-з sin α = 0 ;N 6-з = (15Q — 10.25Q)/(4.5sin α) = 4.75·190/(4.5·0.158) = 1269.34 кг (работает на сжатие)где V A = 5Q , определяются опорные реакции ферм все по тем же уравнениям равновесия системы, так как ферма и нагрузки симметричные, тоV A = ΣQ y /2 = 5Q ;так как горизонтальных нагрузок у нас пока не предусмотрено, то горизонтальная опорная реакция на опоре А будет равна нулю, поэтому H A показано на рисунке 272.2 б) светло фиолетовым цветом.плечи у всех сил в данном случае разные, а потому сразу подставлены числовые значения плеч в формулу.Чтобы определить усилие в стержне з-и, нужно сначала определить значение угла γ (на рисунке не показан). Исходя из того, что известны две стороны некоего прямоугольного треугольника (нижний катет или длина треугольника — 0.5 м, боковой катет или высота треугольника — 0.8 м, то tgγ = 0.8/0.5 = 1.6 и значение угла γ = arctgγ = 57.99 о. И тогда для точки 3h = 3sin γ = 2.544 м. Тогда:М 3 = — 1.5Q/2 — 0.5Q + 0.5Q + 1.5Q + 2.5Q — 1.5N 6-з sin α + 2.544N з-и = 0 ;N з-и = (1.25Q — 4.5Q + 1.5N 6-з sin α) /2.544 = (332.5 — 617.5)/2.544 = -112 кг И теперь проще составить уравнение сил относительно оси х :ΣQ x = — N 6-з cos α — N з-и cos γ + N 1-и = 0; N 1-и = N 6-з cos α + N з-и cos γ = 1269.34·0.987 — 112·0.53 = 1193.46 кг (работает на растяжение)Так как верхний и нижний пояса фермы будут из одного типа профиля, то тратить время и силы на расчет стержней нижнего пояса 1-в, 1-д и 1-ж, равно как и стержней верхнего пояса 4-г и 5-е нет необходимости. Усилия в этих стержнях будут явно меньше уже определенных нами. Если бы ферма была бесконсольной, т.е. опоры располагались на концах фермы, то усилия в раскосах также были бы меньше уже определенных нами, однако у нас ферма с консолями и потому воспользуемся еще несколькими сечениями, чтобы определить усилия в раскосах по приведенному выше алгоритму (подробности расчета не приводятся):N б-в = -1527.34 кг — работает на сжатие (сечение III-III, рис.272.2 ж), определялось по уравнению моментов относительно точки 1)N в-г = 634.43 кг — работает на растяжение (сечение IV-IV, рис.272.2 з), определялось по уравнению моментов относительно точки 1)N г-д = — 493.84 кг — работает на сжатие (сечение V-V, определялось по уравнению моментов относительно точки 1)Таким образом самыми загруженными у нас являются два стержня N 6-з = 1269.34 кг и N б-в = — 1527.34 кг. Оба стержня работают на сжатие и если вся ферма будет изготавливаться из одного типа профиля, то достаточно рассчитать один из этих стержней по предельным напряжениям и на основе этих расчетов подобрать необходимое сечение профиля. Однако тут все не так просто, на первый взгляд кажется, что достаточно рассчитать стержень N б-в, но при расчете сжатых элементов большое значение имеет расчетная длина стержня. Так длина стержня N 6-з составляет 101.2 см, в то время как длина стержня N б-в составляет 59.3 см. Поэтому, чтобы не гадать, лучше рассчитать оба стержня.

стержень N б-з

Расчет сжатых стержней ничем не отличается от расчета центрально сжатых колонн , поэтому далее приводятся только основные этапы расчета без подробных пояснений.по таблице 1 (см. ссылку выше) определяем значение μ = 1 (не смотря на то, что верхний пояс фермы будет из цельного профиля, расчетная схема фермы подразумевает шарнирное закрепление стержней в узлах фермы, поэтому более правильным будет принять вышеуказанное значение коэффициента).Принимаем предварительно значение λ = 90, тогда по таблице 2 коэффициент изгиба φ = 0.625 (для стали С235 прочностью R y = 2350 кгс/см 2 , определяется интерполяцией значений 2050 и 2450)