Ферма представляет собой треугольную систему прямых взаимосвязанных конструктивных элементов. Чаще всего фермы используются в зданиях, где легко обеспечивается поддержка крыш, полов и внутренних нагрузок, таких как коммуникации и подвесные потолки. Основными причинами использования ферм являются:
- Длинный пролет
- Небольшой вес
- Уменьшенный прогиб (по сравнению с простыми элементами)
- Возможность выдерживать значительные нагрузки.
Однако наказанием является увеличение затрат на изготовление.
В статье описываются альтернативные формы ферм, где и почему могут быть уместны разные формы, а также вводятся соображения по проектированию. В первую очередь обсуждаются фермы с шарнирными соединениями, а также фермы Vierendeel с жесткими соединениями.
Содержание
[вверх] Определение фермы
Ферма – это, по сути, треугольная система (обычно) прямых взаимосвязанных конструктивных элементов; иногда его также называют открытой балкой. Отдельные элементы соединены в узлах; соединения часто предполагаются номинально штифтовыми. Внешние силы, приложенные к системе, и реакции опор обычно приложены к узлам. Когда все элементы и приложенные силы находятся в одной плоскости, система является плоской или двухмерной фермой.
Основная сила в каждом элементе фермы – это осевое растяжение или сжатие.
[вверх] Использование ферм в зданиях
Фермы используются в самых разных зданиях, в основном там, где требуются очень длинные пролеты, например, в терминалах аэропортов, ангарах для самолетов, на крышах спортивных стадионов, зрительных залах и других зданиях для отдыха. Фермы также используются для перевозки тяжелых грузов и иногда используются в качестве транспортных конструкций. Эта статья посвящена типовым одноэтажным промышленным зданиям, где фермы широко используются для выполнения двух основных функций:
- Чтобы нести нагрузку на крышу
- Для обеспечения горизонтальной устойчивости.
Два типа общей компоновки конструкции типового одноэтажного дома показаны на рисунке ниже.
Продольная устойчивость обеспечивается поперечной ветровой балкой и вертикальными поперечными связями (синие)
Без продольной ветровой балки.
Боковая устойчивость обеспечивается продольной ветровой балкой и вертикальными связями в фронтонах (синий цвет)
Продольная устойчивость обеспечивается поперечной ветровой балкой и вертикальными связями (зеленый цвет). Вертикальные связи обычно предусмотрены на обоих возвышениях.
В первом случае (слева) боковая устойчивость конструкции обеспечивается рядом рам, образованных фермой и колоннами; соединения между фермой и колоннами обеспечивают устойчивость к общему изгибающему моменту. Нагрузки на портальную конструкцию воздействуют на прогоны и боковые поручни.
Во втором случае (справа) каждая ферма и две колонны, между которыми она проходит, составляют простую конструкцию; соединение между фермой и колонной не сопротивляется общему изгибающему моменту, и две базы колонн закреплены штифтами. Распорки в обоих направлениях необходимы на верхнем уровне простой конструкции; это достигается с помощью продольной ветровой балки, которая передает поперечные силы ветра на боковые стены на вертикальные связи в фронтонных стенах. Продольная устойчивость обеспечивается ветровой балкой в кровле и вертикальными связями в возвышениях.
[вверх] Типы ферм
Фермы состоят из сборок растянутых и сжатых элементов. При гравитационных нагрузках верхний и нижний пояса фермы обеспечивают сопротивление сжатию и растяжению общему изгибу, а раскосы противостоят усилиям сдвига. Можно создать широкий спектр форм ферм. Каждый может различаться по общей геометрии и по выбору отдельных элементов. Некоторые из часто используемых типов показаны ниже.
[вверх] Ферма Пратта (ферма N)
Фермы Pratt обычно используются в зданиях с большими пролетами от 20 до 100 м в пролете. В обычной ферме Пратта диагональные элементы испытывают растяжение под действием гравитационных нагрузок. Этот тип ферм используется там, где преобладают гравитационные нагрузки (см. внизу слева). Показана альтернативная ферма Пратта (внизу справа), диагональные элементы которой растянуты для подъемных нагрузок. Этот тип фермы используется там, где преобладают подъемные нагрузки, что может иметь место в открытых зданиях, таких как ангары для самолетов.
Приступаем к установке стропильной фермы
Безопасно и успешно устанавливайте кровельные фермы из холодногнутой стали
Фермы из холодногнутой стали (CFS) — негорючий и универсальный вариант для коммерческих крыш. Гибкость их конструкции позволяет профессионалам создавать и проектировать экономичные и эстетически привлекательные альтернативы стержневым балкам и конструкционной стали. Превосходные характеристики прочности и веса холодногнутых стальных ферм обеспечивают очень хорошую пропускную способность в чистом виде.
Чтобы воспользоваться этими преимуществами, фермы должны быть установлены правильно и безопасно. Последствия неправильного обращения с ними, возведения, установки и крепления могут привести к обрушению конструкции или, что еще хуже, к серьезным травмам или смерти.
Отраслевое руководство по безопасной установке ферм CFS — это «Информация о безопасности холодногнутых стальных компонентов здания: Руководство по передовой практике обращения, установки, фиксации и крепления холодногнутых стальных ферм», подготовленное Советом по холодногнутой стали ( CFSC) Ассоциации компонентов строительных конструкций (SBCA) из Мэдисона, штат Висконсин. Книга была дополнена в 2011 году вставкой с изменениями, касающейся установки ферм CFS до 4 футов по центру и до 80 футов в длину.
«В книге подробно описаны обязанности проектировщика, контрольный список проектировщика здания для получения необходимой информации в строительной документации, безопасное хранение и обращение, надлежащий подъем, подъем и размещение, требуемые места крепления и крепления, материалы и соединения», — говорит Стэн Сиас, национальный менеджер по фермам с покрытием. промышленность, Simpson Strong-Tie, Плезантон, Калифорния. «Существует пошаговый процесс крепления первой фермы к земле или другой части конструкции и продвижения вперед. В руководстве рекомендуются безопасные допуски при установке (по вертикали и горизонтали), чтобы помочь с приемлемыми и успешными удерживающими и распорными системами».
Кроме того, Майк Нунан, вице-президент по маркетингу компании Cascade Manufacturing Co., Каскад, штат Айова, подчеркивает: «Если и есть что-то, о чем следует всегда помнить, так это тщательное изучение документов, касающихся надлежащего обращения с фермами и их закрепления, прежде чем начало установки. Кроме того, внимательно изучите план каркаса фермы, предоставленный поставщиком ферм».
Нижеследующее является общей информацией по установке холодногнутой стальной фермы крыши и ни в коем случае не должно интерпретироваться как исчерпывающая для всех установок CFS.
Управляемость
Большинство холодногнутых стальных ферм доставляются на рабочие площадки готовыми к установке, но с ними все равно нужно обращаться осторожно. Подрядчик несет ответственность за их надлежащее получение, разгрузку и хранение.
- Аккуратно снимите бандажи или металлические детали крепления, чтобы не повредить фермы и не допустить травм.
- Избегайте бокового изгиба фермы.
- Фермы могут быть разгружены непосредственно на земле во время доставки или временно храниться в контакте с землей после доставки.
- Если фермы должны храниться в горизонтальном положении более одной недели, поместите блокировку достаточной высоты под стопкой ферм на расстоянии от 8 до 10 футов по центру.
- Храните фермы под небольшим уклоном, чтобы обеспечить дренаж.
- Для ферм, хранящихся более одной недели, накройте пакеты для защиты от окружающей среды.
Крепления и ограничения
Чтобы обеспечить правильную и безопасную установку холодногнутых стальных ферм, требуются временные и постоянные связи. Во время строительства, до того, как все компоненты ферменной системы будут установлены, раскосы удерживают элементы в вертикальном, прямом и правильном положении. «Самый типичный крепежный материал, указанный и используемый на современном рынке, — это 1 1/2 дюйма на 20 калибров, — говорит Дэвид Данбар, PE, национальный менеджер по продажам, ITW TrusSteel, Орландо, Флорида. сами фермы становятся отраслевой нормой».
Стабилизатор может обеспечить боковое ограничение установки ферм из холодногнутой стали. «Стабилизатор защелкивается на элементах верхнего и нижнего пояса, обеспечивая необходимое крепление поясов фермы, а также обеспечивает правильное расстояние», — говорит Майк Пеллок, исполнительный вице-президент Aegis Metal Framing, Честерфилд, штат Миссури. «Стабилизаторы поставляются с пакет фермы».
Переменные установки
Первоначальным этапом установки металлической ферменной крыши является решение, с какого конца или места здания начать. «Этот момент имеет решающее значение, поскольку последующие фермы будут прикреплены к первой ферме с помощью боковых и диагональных элементов жесткости», — говорит Данбар. «Если крыша представляет собой вальмовую конструкцию, отправной точкой будет вальмовая балка №1. Если крыша представляет собой прямую А-образную раму, в качестве отправной точки обычно выбирается торцевая ферма».
Внутренние несущие стены и балки помогут поддерживать фермы, поскольку для удержания ферм в плоскости устанавливаются временные распорки. Леса обычно используются внутри здания на длиннопролетных фермах вместо внутренних несущих стен при монтаже.
Нунан считает, что различные типы ферм не так сильно влияют на установку, как длина пролета фермы. «Чем длиннее пролет, тем больше оборудования играет большую роль в установке. Если ферма имеет большие размеры, ее, возможно, придется собрать и отправить двумя частями, что потребует больше времени на установку».
Данбар соглашается с тем, что большие пролеты и более крутые скатные крыши требуют значительно большего времени на установку, но также и то, что более длинные и высокие пролеты ферм напрямую связаны с необходимостью большего количества элементов перемычки. «Более длинные элементы перемычки, как правило, означают необходимость большего количества распорок перемычки, — говорит он. — Большинство ферм, производимых сегодня, составляют стандартные фермы с опорными стойками и запатентованные системы стальных ферм».
Международный строительный кодекс признает, что возведение ферм высотой более 60 футов опасно по своей природе и представляет значительный риск для монтажников. Таким образом, «IBC (IBC 2009, Раздел 2303.4.1.3) требует привлечения зарегистрированного специалиста-проектировщика для проектирования временных монтажных ограничений и распорок, а также фиксированных и постоянных отдельных элементов фермы, — говорит Сиас.
По данным SBCA, этапы успешной установки ферм крыши CFS следующие:
- Сценические фермы.
- Поднимите первую отдельную ферму на место. Для длинных ферм потребуется распорка.
- Закрепите ферму на несущей опоре с помощью специального оборудования.
- Шуруповертом можно установить метизы на опору подшипника и крепежный материал.
- Для первой фермы ферма удерживается распорками к земле или внутренней части здания.
- Поднимите вторую ферму на место.
- Закрепите вторую ферму на несущей опоре с помощью специального оборудования.
- Прикрепите вторую ферму к первой ферме с помощью монтажных распорок, таких как стабилизатор или другой материал, на верхнем поясе, нижнем поясе и плоскости стенки в соответствии с предоставленными документами. Диагональное крепление имеет решающее значение.
- Повторите для следующих ферм.
Подъем и подключение
Краны и ножничные подъемники являются двумя наиболее часто используемыми машинами на строительной площадке для подъема холодногнутых стальных ферм на опору и их крепления. «Краны могут поднимать одну ферму за раз или заранее упакованный пучок ферм, поднимаемый к месту установки за один раз», — говорит Данбар. «Винты являются предпочтительным механическим соединением на любой рабочей площадке для соединения распорного материала с фермами, зажимами для соединения ферм с фермами и зажимами для крепления фермы к несущему элементу».
По словам Сиаса, для облегчения установки CFS системы Simpson Strong-Tie Quik Drive с автоматической подачей винтов оснащены такими функциями, как ленты для быстрой загрузки винтов и запатентованный механизм автоматического продвижения. Все подъемное оборудование должно соответствовать требованиям OSHA. При использовании крана SBCA рекомендует:
- Не перегружайте кран.
- Не полагайтесь на обвязку или металлические детали, используемые для крепления ферм в связке к подъемнику и перемещению связок на рабочей площадке.
- Точки подъема для подъема связок ферм разрешены в любом месте вдоль верхних поясов.
- Две точки подъема могут использоваться для связок с фермами до 45 футов.
- Используйте не менее трех точек подъема для связок с фермами длиной более 45 футов.
Хотя Сиас признает, что все вышеперечисленные процедуры установки важны, он подчеркивает важность правильного размещения (а также соединения и крепления) временных и постоянных боковых ограничений. «Это так же важно для работы конструкции, как и для безопасной установки». Пеллок соглашается, говоря: «Обрушение фермы во время установки почти всегда является результатом отсутствия или неправильной установки боковых и диагональных ограничений. Сделайте это правильно, и будет безопасная и успешная установка».
