АРОЧНАЯ ФЕРМА

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).