Арочная ферма
Использование: в строительстве при сооружении большепролетных покрытий зданий. Полезная модель решает задачу повышения несущей способности и жесткости фермы. Арочная ферма состоит из выпуклого верхнего пояса 1, провисающего нижнего пояса 2, двух объединяющих пояса V-образных стоек 3, ветви которых закреплены общим узлом к нижнему поясу, а концами - к верхнему поясу, и перекрестных тяжей 9, 10 в средней части фермы, концы которых закреплены в узлах 6, 7 примыкания к поясам 1, 2 обращенных к середине фермы ветвей 5 стоек 3. При этом тяжи 9, 10 могут быть снабжены натяжными устройствами 11, например винтовыми стяжками. Перекрестные тяжи 9, 10 при односторонней нагрузке препятствуют перекосу фермы, повышая ее жесткость, снижая гибкость верхнего пояса 1 и повышая его устойчивость, что в итоге повышает несущую способность фермы.
Полезная модель относится к области строительства и может быть применена при сооружении большепролетных покрытий спортивных и других зданий.
Известна арочная ферма, состоящая из выпуклого верхнего пояса, прямого нижнего пояса и объединяющих пояса параллельных стоек-подвесок [1]. Однако сжатый верхний пояс такой фермы имеет высокую гибкость, так как подвески-стойки не напряжены, не могут стабилизировать положение верхнего пояса, а между поясами и стойками образуются четырехугольники, являющиеся изменяемыми от перекоса фигурами, что особенно проявляется при односторонней нагрузке. В результате снижается жесткость фермы, происходит искажение ее формы, а из за высокой гибкости возможна потеря устойчивости верхнего пояса. Это в конечном итоге снижает несущую способность фермы.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является арочная ферма, состоящая из выпуклого верхнего пояса, провисающего нижнего пояса и двух объединяющих пояса V-образных стоек, ветви которых закреплены общим узлом к нижнему поясу, а концами - к верхнему поясу [2].
Провисающая форма нижнего пояса обуславливает обжатие (преднапряжение) стоек, благодаря которому стабилизируется положение верхнего пояса, а V-образная форма стоек позволяет за счет изменения длины участков нижнего пояса в каких-то пределах регулировать перераспределение моментов в верхнем поясе. Кроме того, в опорных зонах фермы между поясами и ветвями стоек образуются неизменяемые фигуры - треугольники. Это уменьшает гибкость верхнего пояса, повышает его устойчивость и несколько повышает жесткость и несущую способность фермы.
Однако у этой фермы при односторонней нагрузке (например, снеговой) возможен перекос средней зоны, так как там между стойками и поясами образуется четырехугольник, являющийся изменяемой фигурой. Это повышает гибкость верхнего пояса, увеличивает возможность потери им устойчивости, снижает
жесткость фермы, слабо противостоит искажению ее формы и в конечном итоге снижает жесткость и несущую способность фермы.
Полезная модель решает задачу повышения несущей способности и жесткости фермы.
Для этого арочная ферма, состоящая из выпуклого верхнего пояса, провисающего нижнего пояса и двух объединяющих пояса V-образных стоек, ветви которых закреплены общим узлом к нижнему поясу, а концами - к верхнему поясу, согласно полезной модели снабжена перекрестными тяжами в средней части фермы, концы которых закреплены в узлах примыкания к поясам обращенных к середине фермы ветвей стоек. При этом тяжи могут быть снабжены натяжными устройствами, например винтовыми стяжками.
Перекрестные тяжи преобразуют изменяемую фигуру - четырехугольник в средней части фермы между стойками и поясами в неизменяемые фигуры - треугольники, что устраняет возможность перекоса средней части фермы, уменьшает ее деформации и увеличивает жесткость. При этом уменьшается гибкость верхнего пояса и повышается его устойчивость, что ведет к повышению несущей способности фермы. Натяжные устройства тяжей позволяют создать их преднапряжение, что делает возможным в пределах преднапряжения воспринимать ими сжимающие усилия, это также повышает жесткость и несущую способность фермы.
На фиг.1 показана схема фермы. Арочная ферма состоит из выпуклого верхнего пояса 1, соединенного с ним на опорах 12 провисающего нижнего пояса 2 и двух V-образных стоек 3, объединяющих пояса 1 и 2. V-образные стойки 3 состоят из ветвей 4, обращенных к опорам, и ветвей 5, обращенных к середине фермы. Ветви 4 и 5 стойки 3 общим узлом 6 закреплены к нижнему поясу 2, а концами 7 и 8 примыкают к верхнему поясу 1 и закреплены к нему, например шарнирно, образуя здесь узлы примыкания. В средней части фермы между обращенными к середине фермы ветвями 5 стоек 3 установлены перекрестные тяжи 9 и 10, которые закреплены одним концом к общим узлам 6 ветвей 4 и 5, а другим концом - к узлам 7 примыкания ветвей 5 к верхнему поясу 1. Тяжи 9 и 10 снабжены
натяжными устройствами 11, например винтовыми стяжками. Концы фермы установлены на опоры 12, например колонны.
Заявляемая арочная ферма работает следующим образом. Основными нагрузками на ферму являются вес покрытия и вес снегового покрова. При нагрузке от веса кровли и снега верхний пояс 1 работает на сжатие с изгибом, нижний пояс 2 - на растяжение, стойки 3 - на сжатие, тяжи 9 и 10 - на растяжение. При этом перекрестные тяжи 9 и 10 разбивают четырехугольник между поясами 1, 2 и обращенными к середине фермы ветвями 5 стоек 3 на треугольники, делая его неизменяемым, в результате повышается жесткость фермы, в плоскости фермы снижается гибкость верхнего пояса 1 и уменьшается опасность потери им устойчивости, что повышает несущую способность фермы. При наиболее опасной для арочных ферм односторонней нагрузке, например снеговой на одном скате, перекосу фермы препятствует один из перекрестных тяжей 9 или 10, в зависимости от того, с какой стороны приложена нагрузка. Тяжи 9 и 10 могут быть предварительно натянуты устройствами 11, в этом случае при односторонней нагрузке они оба препятствуют перекосу фермы, при этом усилие растяжения в одном из тяжей 9, 10 увеличивается, а в другом - уменьшается. В любом случае, перекрестные тяжи 9 и 10 препятствуют перекосу фермы, повышая ее жесткость и несущую способность.
По сравнению с прототипом заявляемая арочная ферма имеет повышенные жесткость и несущую способность.
Источники информации
1. Васильев А.А. Металлические конструкции. - М.: Стройиздат, 1968, с.321, рис.ХII.9.
2. Пространственные конструкции зданий и сооружений (исследование, расчет, проектирование и применение). Сб. статей, вып.9 / MOO "Пространственные конструкции" / под ред. В.В.Шугаева и др. - М.: ООО "Девятка принт", 2004, с.163 (прототип).
1. Арочная ферма, состоящая из выпуклого верхнего пояса, провисающего нижнего пояса и двух объединяющих пояса V-образных стоек, ветви которых закреплены общим узлом к нижнему поясу, а концами - к верхнему поясу, отличающаяся тем, что снабжена перекрестными тяжами в средней части фермы, концы которых закреплены в узлах примыкания к поясам обращенных к середине фермы ветвей стоек.
2. Арочная ферма по п.1, отличающаяся тем, что тяжи снабжены натяжными устройствами, например винтовыми стяжками.
