Обычная ферма - это жесткая конструкция, состоящая из геометрически неизменных треугольных элементов. Стержни в основном подвергаются осевому растяжению и давлению, и их конструктивная эффективность очень высока. Для нависающей и охватывающей темы пространственной структуры ферменная конструкция практически всемогуща.

Сегодня, начиная с исторического развития ферм, мы представим треугольные фермы, балочные фермы, пустотелые фермы, пространственные фермы и другие формы, а также соответствующие классические корпуса.

Еще две тысячи лет назад предки человека открыли принцип устойчивости треугольников и изобрели треугольные фермы, которые широко использовались для деревянных крыш старинных домов. Треугольные фермы, такие как балки и арки, являются наиболее важным методом преодоления препятствий в древних постройках.
Форма треугольной фермы соответствует диаграмме изгибающего момента сосредоточенной нагрузки в середине свободно опертой балки. Она более эффективна, чем балочная конструкция, и не создает нагрузки на опору, как арка.

Ранние треугольные фермы имели только 2 наклонных верхних пояса и 1 горизонтальный нижний пояс. Затем, основываясь на опыте, люди попытались добавить 3 стержня перемычки к положению средней точки пояса внутри треугольника и превратились в две основные формы фермы с одной стойкой (ферма KingPost) и ферма с двумя стойками (ферма QueenPost ).

Одностоечные и двухстоечные фермы крыши за долгую историю практически не изменились. До середины XIX века одна за другой появлялись различные современные формы ферм, такие как Howe, Fink, Warren, Pratt и т. Д. Материал ферм больше не ограничивается деревом, все больше и больше используется железо или сталь.

Среди длиннопролетных построек самым ранним из существующих является Московская конная гимназия, спроектированная и построенная Бетой Кру в 1818 году. Длина и ширина здания составляет 160х50 м, а пролет большой деревянной треугольной фермы устроен вдоль короткая сторона 50 метров и шаг 5,8 метра. Его пролет намного больше, чем у обычных зданий того же периода, а треугольные фермы заделаны трехслойными трапециевидными фермами, чтобы выдерживать огромную и неравномерную снеговую нагрузку.

Верхний пояс представляет собой переменное поперечное сечение, которое соответствует тенденции изменения осевого давления. Сверхдлинный нижний пояс выдерживает огромное растягивающее усилие и перекрывается двумя брусками в два слоя. Между каждой фермой также расположено множество соединительных элементов, которые плотно соединены болтами, образуя устойчивое целое. Конструкция фермы 200 лет назад повсюду воплощает творческий потенциал дизайнера.

Балочные фермы, также известные как фермы с параллельными поясами, - это форма, которая внезапно появилась в середине XIX века. В то время развивалась западная часть США, и спрос на железнодорожные мосты быстро рос. Деревянные мосты в то время были основным видом мостов, и в большинстве из них использовалась традиционная технология арочных мостов из Европы.

Арочный мост имеет большую несущую способность при равномерной нагрузке, но большая деформация возникает при неравномерной нагрузке поезда. Поэтому в деревянных мостах обычно используется комбинация арочного моста и усиленной жесткой рамы. После многократной практики было обнаружено, что до тех пор, пока усиливающий каркас сделан достаточно прочным, арку можно даже не устанавливать. Так одна за другой появлялись всевозможные новые фермы, и началась эра балочных ферм.

С изучением теории баланса сил, аналитических методов и графических методов к 1880-м годам инженеры овладели краткими и практичными методами проектирования ферм. При этом материалы постоянно улучшаются. Инженеры использовали чугун для компрессионных стержней и кованое железо для натяжных стержней, а затем заменили их сталью более высокого качества. Появляется все больше и больше крупнопролетных ферм, особенно в области мостов.

Мост Вайбайду в Шанхае - первый в Китае клепаный мост, полностью выполненный из стали. Он был открыт для движения 20 января 1908 года. Мост представляет собой проходную стальную ферму с простой опорой, с двумя отверстиями шириной 52,12 метра каждая, а на настиле моста проложен трамвайный путь.

Железнодорожный мост Форт-Бей, построенный в 1890 году, является шедевром той эпохи и вторым по длине многопролетным консольным мостом в мире. Мост строили 130 лет, и пассажирские и грузовые поезда ходят по сей день. Это важный этап в истории проектирования и строительства мостов.

Главный пролет моста составляет 520 м при общей длине 1620 м, что для того времени было беспрецедентным пролетом. Из-за сильного ветра ферма моста наклоняется внутрь.

Мост имеет в общей сложности 3 пилона, шесть консольных опор длиной 206 м, которые представляют собой статически определенную консольную балочную конструкцию моста. Между двумя консольными фермами главного пролета была возведена 120-метровая легкоопорная ферма.

Основной материал моста - сталь, которая многие годы подвергалась эрозии морским бризом и морской водой. Предотвращение коррозии очень важно. Настолько, что в Соединенном Королевстве есть поговорка «Покрасьте мост Форт», которая описывает работу, которую невозможно выполнить.

Чтобы объяснить принцип работы моста с консольной фермой, инженеры провели простое демонстрационное испытание, используя рычаг в качестве тяги фермы, а стальной стержень - в качестве тяги сжатия. часть). Три человека на картинке - проектировщик моста Джон Фаулер, Бенджамин Бейкер и технический директор Каяичи Ватанабе.

Какое-то время традиционная европейская арочная конструкция также начала сочетаться с фермами, и ферменная система положила начало быстрому развитию.
Павильон Paris Expo Machinery был спроектирован инженерами J · B.Krantz и Eifel и был завершен в 1867 году. В нем используется стальная трехшарнирная арка, а секция арки имеет форму решетчатой ​​фермы. Всего таких стальных арок 20, образующих огромное внутреннее пространство шириной 115 метров и длиной 420 метров.
Стальная трехшарнирная арка имеет максимальную высоту профиля 3,5 метра и ширину 0,75 метра. Эти гиганты сужаются по мере приближения к земле. Они почти сведены к точке, где встречаются с землей. Каждая точка имеет концентрированное давление 120 тонн, что является демонстрацией технических возможностей.

Что касается соединения стальных ферм, шарнирные соединения использовались в Соединенных Штатах в соответствии с теорией проектирования в первые дни, а жесткие соединения использовались в Европе из-за использования заклепочных соединений. С развитием сварочной техники все больше и больше ферм соединяют сварными швами, что делает узлы ферм более лаконичными и ловкими.