арочные металлические фермы покрытия зданий и сооружений спортивного назначения

Металлические конструкции покрытий представляют собой важный элемент в современном строительстве, обеспечивая прочность, легкость и долговечность различных сооружений. Эти конструкции используются для создания крыш, навесов и других покрытий, которые могут быть как временными, так и постоянными. Они находят применение в самых разных областях, включая спортивные комплексы, торговые центры, промышленные здания и жилые комплексы.
Одним из наиболее распространенных типов металлических конструкций покрытий являются арочные конструкции. Эти элементы имеют изогнутую форму, что позволяет эффективно распределять нагрузки по всей длине конструкции. Арочные конструкции могут быть выполнены из стальных или алюминиевых профилей, что обеспечивает им высокую прочность при относительно небольшом весе. Благодаря своей геометрии, арочные конструкции способны создавать просторные внутренние пространства без необходимости в дополнительных опорах, что делает их особенно привлекательными для спортивных арен и выставочных залов.
Еще одним важным типом металлических конструкций являются фермы. Фермы представляют собой системы стержней, соединенных в узлах, которые могут быть как плоскими, так и трехмерными. Они обеспечивают надежную поддержку для крыш и других покрытий, позволяя создавать большие пролетные пространства. Фермы могут быть выполнены из различных материалов, включая сталь и алюминий, и могут быть адаптированы под конкретные требования проекта. Их конструкция позволяет эффективно передавать нагрузки и минимизировать деформации, что делает их идеальными для использования в условиях значительных нагрузок.
Металлические конструкции покрытий также могут включать в себя тентовые и натяжные системы. Эти конструкции используют легкие материалы, такие как текстиль или полимерные мембраны, которые натягиваются на металлические каркасы. Тентовые конструкции обеспечивают защиту от атмосферных воздействий и могут быть использованы как для временных, так и для постоянных сооружений. Они часто применяются на спортивных мероприятиях, выставках и фестивалях, где требуется быстрое и легкое покрытие.
Кроме того, металлические конструкции покрытий могут быть использованы в сочетании с другими материалами, такими как стекло или композитные материалы. Это позволяет создавать современные и эстетически привлекательные здания, которые отвечают высоким требованиям по энергоэффективности и устойчивости к внешним воздействиям. Например, стеклянные фасады, поддерживаемые металлическими каркасами, становятся все более популярными в архитектуре, так как они обеспечивают естественное освещение и визуальную связь с окружающей средой.
В заключение, металлические конструкции покрытий играют ключевую роль в современном строительстве, обеспечивая надежность, долговечность и эстетическую привлекательность. Их разнообразие и возможность адаптации под конкретные требования проектов делают их незаменимыми в создании современных и функциональных зданий.


1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Фермой называется система стержней, соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию. При узловой нагрузке жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции, и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. В этом случае все стержни ферм испытывают только растягивающие или сжимающие осевые усилия [6].
Основные нормативные документы, которые регулируют изготовление, монтаж и эксплуатацию металлических ферм покрытия представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные нормативные документы, которые регулируют изготовление, монтаж и эксплуатацию металлических ферм покрытия.
Номер документа
Название документа
Краткое описание
ГОСТ 23118-99
"Металлические конструкции. Общие правила проектирования"
Устанавливает общие требования к проектированию металлических конструкций, включая фермы, с учетом прочности, жесткости и устойчивости.
ГОСТ 27751-88
"Фермы металлические. Общие технические условия"
Определяет требования к проектированию, изготовлению и контролю качества металлических ферм, включая их расчет на прочность и устойчивость.
СНиП 2.09.03-85
"Металлические конструкции"
Содержит нормы и правила проектирования металлических конструкций, включая фермовые покрытия, с учетом климатических и эксплуатационных условий.
СП 16.13330.2017
"Системы конструкций зданий и сооружений. Металлические конструкции"
Регламентирует проектирование и расчет металлических конструкций, включая фермы, с учетом современных требований и технологий.
РД 11-02-2006
"Методические указания по проектированию и расчету металлических конструкций"
Описывает методические подходы к проектированию и расчету металлических конструкций, включая фермовые покрытия, с примерами расчетов.
ГОСТ 27772-88
"Конструкции стальные. Методы испытаний"
Устанавливает методы испытаний стальных конструкций, включая фермы, для оценки их прочности, жесткости и устойчивости.
ГОСТ 12.2.007.0-75
"Оборудование и конструкции. Общие требования безопасности"
Определяет общие требования безопасности для оборудования и конструкций, включая металлические фермы, с акцентом на защиту от аварий и несчастных случаев.
СП 20.13330.2016
"Стальные конструкции. Правила проектирования"
Содержит правила проектирования стальных конструкций, включая фермы, с учетом различных факторов, таких как нагрузки и условия эксплуатации.
ГОСТ 9.014-78
"Защита изделий от коррозии. Общие требования"
Устанавливает требования к защите металлических конструкций от коррозии, что особенно важно для долговечности ферм.
ГОСТ 12.1.004-91
"Системы управления безопасностью. Общие требования"
Регламентирует требования по охране труда и безопасности при проектировании и эксплуатации электрических установок, включая металлические конструкции.
РД 34.21.122-87
"Правила устройства и безопасной эксплуатации конструкций"
Описывает правила устройства и безопасной эксплуатации конструкций, включая металлические фермы, с акцентом на предотвращение аварий.
СНиП 3.03.01-87
"Нагрузки и воздействия"
Устанавливает нормы по расчету нагрузок и воздействий на конструкции, включая металлические фермы, что критично для их проектирования.
ГОСТ 27773-88
"Конструкции стальные. Общие технические условия"
Определяет общие технические условия для проектирования и изготовления стальных конструкций, включая фермы, с акцентом на качество материалов.


Фермы экономичнее балок по расходу стали, но более трудоемки в изготовлении. Эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками тем больше, чем больше пролет и меньше нагрузка.
Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.

Рисунок 1 – Виды ферм

Плоские фермы воспринимают нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении их связями. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, воспринимающий нагрузку в любом направлении (рис. 1).

Рисунок 2 – Основные элементы ферм:
1 – верхний пояс; 2 – нижний пояс; 3 – раскосы; 4 - стойки

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек (рис. 2). Соединение элементов в узлах осуществляется путем непосредственного примыкания одних элементов к другим (рис. 3,а) или с помощью узловых фасонок (рис. 3,б). Элементы ферм центрируются по осям центра тяжести для снижения узловых моментов и обеспечения работы стержней на осевые усилия [9].


Рисунок 3 – Соединение элементов в узлах:
а – с непосредственным примыканием элементов; б – на фасонках

Расстояние между соседними узлами поясов называется панелью (dв – панель верхнего пояса, dн – нижнего), а расстояние между опорами– пролетом (l).
Пояса ферм работают на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функции стенки балки. Значение усилия (минус – сжатие, плюс – растяжение) в элементах решетки ферм с параллельными поясами можно определить, если воспользоваться “балочной аналогией”.
Стальные фермы широко применяются во многих областях строительства; в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортных эстакадах, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т. д.
Фермы имеют разную конструкцию в зависимости от назначения, нагрузок и классифицируются по различным признакам:
по очертанию поясов – с параллельными поясами, трапециевидные, треугольные, полигональные, сегментные (рис. 4);
по статической схеме – балочные (разрезные, неразрезные, консольные); арочные, рамные, комбинированные (рис. 5);
по системе решетки – треугольная, раскосная, крестовая, ромбическая и др. (рис. 6);
по способу соединения элементов в узлах – сварные, клепанные, болтовые;
по величине максимального усилия – легкие – одностенчатые с сечениями из прокатных профилей (усилие N 300кН) и тяжелые – двухступенчатые с элементами составного сечения ( N > 300кН).