Фермы строительные конструкции: их конструкция, свойства, разновидности и схема

Ферма (конструкция) — это… Что такое Ферма (конструкция)?

Фе́рма (фр. ferme, от лат. firmus прочный), в строительной механике стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой после замены её жёстких узлов шарнирными. В элементах фермы, при отсутствии расцентровки стержней и внеузловой нагрузки, возникают только усилия растяжения-сжатия. Фермы образуются из прямолинейных стержней, соединенных в узлах.[1]

ферма 1

Ферма состоит из элементов: пояс, стойка, раскос, шпренгель (опорный раскос).

ферма 2

ферма ж/д моста, используемая в конструкции антенны.

Содержание

История

Классификация

Фермы классифицируют по следующим признакам:

  • Характер очертания внешнего контура
    • Параллельные пояса
    • Ломаные пояса
    • Полигональные пояса
    • Треугольные пояса
  • Тип решётки
    • Треугольная
    • Раскосная
    • Полураскосная
    • Ромбическая
  • Тип опирания
    • Балочный
    • Арочный
    • Консольный
    • Балочно-консольный
  • Назначение
    1. ферма Пратта (с жатыми стойками и растянутыми раскосами)
    2. ферма Уорренна (с решёткой из треугольников)
    3. Бельгийская (треугольная) ферма
    4. ферма с перекрёстными подкосами
    5. ферма под верхний свет
    • Подстропильные
    • Мостовые
    • Крановые
    • Башенные
  • Материал исполнения
    • Деревянные
    • Металлические (стальные и алюминиевые)
    • Железобетонные
    • Из полимерных материалов

Область применения

Фермы широко используются в современном строительстве, в основном для перекрытия больших пролётов: мосты, стропильные системы промышленных зданий, спортивные сооружения.Так же данная конструкция может использоваться специалистами при производстве различных видов павильонов, сценических конструкций, тентов и подиумов.

Принцип действия

Если произвольным образом скрепить на шарнирах несколько стержней, то они будут беспорядочно крутиться вокруг друг друга, и подобная конструкция будет, как говорят в строительной механике, «изменяемой», то есть если на неё надавить, то она сложится, как складываются стенки спичечного коробка. Совсем другое дело, если Вы составите из стерженьков обычный треугольник. Теперь, сколько бы Вы ни давили, конструкция сможет сложиться, только если сломать один из стержней, или оторвать его от других. Это конструкция уже «неизменяемая». Конструкция фермы содержит в себе эти треугольники. И стрела башенного крана и сложные опоры, все они состоят из маленьких и больших треугольников.

Важно знать, что так как любые стержни лучше работают на сжатие-растяжение, чем на излом, то нагрузку к ферме следует прикладывать в точках соединения стержней.

Фактически стержни фермы обычно соединяют между собой не через шарниры, а жёстко. То есть, если взять два любых стержня и отрезать их от остальной конструкции, то они не будут вращаться относительно друг друга. Однако, в простейших расчётах этим пренебрегают и считают, что шарнир имеется.

Принцип расчёта ферм вырезанием узлов

Существует огромное количество способов расчёта ферм, как простых, так и сложных. Один из самых простых — расчёт вырезанием узлов. Данный способ подходит для простейших плоских ферм и применяется для обучения студентов ВТУЗов.

Для расчёта фермы все силы, действующие на ферму, сводят к её узлам. После того, как определены силы, действующие на ферму, считают реакции опор фермы. После того, как реакции определены, берут любой узел, в котором встречаются только 2 стержня и приложены какие-либо силы. Мысленно обрезают остальную часть фермы и получают узел, в котором встречаются несколько известных сил (например, реакции опор) и две неизвестных силы — те усилия, которые действуют в необрезанных нами стержнях фермы. Находят неизвестные усилия в стержнях, составляя уравнения равенства сил по любым двум осям. Далее, зная эти усилия, вырезают следующий узел и т. д., пока не будут найдены усилия во всех стержнях.

Примеры

См. также

Примечания

  1. Дарков А.В. Строительная механика. — М.: Высшая школа, 1986. — 607 с.: ил.

Ссылки

это что такое? Строительная конструкция

Самое распространенное значение слова «ферма» – сельскохозяйственное предприятие, предназначенное для животноводства. Но сейчас речь не о месте ведения подсобного хозяйства. Здесь собрана вся информация о вероятно древнейшей строительной конструкции, которая до сих пор актуальна в современной жизни. Она имеет широкое применение в строительстве, особенно в конструировании мостов и спортивных сооружений.

ферма это

Ферма – это система, состоящая из стержней, которая остается геометрически неизменной при смене ее жестких узлов шарнирными. К ней также относятся и шпренгельные балки, которые представлены комбинацией из двух- или трехпролетной неразрезанной балки и подпружной тяги.

Где используется?

Как уже упоминалось, ферма в строительстве является незаменимым элементом. С ее помощью строители облегчают конструкцию сооружения и уменьшают расход необходимых материалов. Без использования фермы не обходится строительство мостов, стадионов, ангаров, а также декоративных сооружений, таких как павильоны, сцены, подиумы и т.д.

При проектировке корпуса корабля, самолета, тепловоза расчет прочности происходит таким же способом, как и расчет нагрузки на ферму.

Классификация

Ферма – это конструкция, состоящая из стержней, которые связаны между собой в узлах и образуют статически неизменную систему. Классификация ферм может быть проведена по множеству свойств.

русская ферма

По грузоподъемности конструкции

  • Легкие. В них используется одностенчатое сечение. Легкие фермы чаще всего используются в промышленном строительстве.
  • Тяжелые. Тяжелые фермы применяются в конструкции башенных кранов, спортивных стадионов и т.д. В них используются стержни более сложного сечения, нежели в легких. Как правило, они состоят из двух-трех частей из-за большой расчетной длины и возлагаемой на них нагрузки. Чаще всего используют двухстенчатое сечение с двухплоскостным узловым сопряжением.

По общим признакам

  • По назначению. По назначению фермы бывают башенные, мостовые, крановые, фермы покрытия, опорные конструкции и т.д.
  • По типу материала. Дерево, сталь, алюминий, железобетон и т.д. – из всего этого может быть изготовлена строительная ферма. Это существенное достоинство данной системы. Также можно комбинировать несколько видов материала.
  • По особенностям конструкции. Существуют разнообразные типы сечения, типы решетки, виды опорных конструкций, а также типы поясов строительной конструкции фермы.

По пространственному признаку

  • Плоские. Фермы берут на себя вертикальную нагрузку, т.к. х стержни располагаются в одной плоскости.
  • Пространственные. Распределяют нагрузку по всей своей площади. Пространственная ферма образована из множества плоских ферм, объединённых между собой особыми способами.

про ферму

По типу

  • Балка Виренделя.
  • Ферма Уоррена.
  • Ферма Пратта.
  • Ферма Больмана.
  • Ферма Финка.
  • Треугольная ферма.
  • Кингпост.
  • Ферма с перекрестными подкосами.
  • Решетчатая городская конструкция.
  • Ферма под верхний свет.

Особенности конструкции

Классификация фермы по особенности конструкции достаточно обширна. Далее каждая из особенностей будет рассмотрена более детально.

Типы сечения

Поперечное сечение в строительной ферме выполнено из прокатных профилей. Оно может быть в виде:

  • Уголка (одиночного или двойного).
  • Трубы (круглой или квадратной).
  • Швелера.
  • Тавра или двутавра.

большая ферма

Типы пояса

Очертания пояса могут быть представлены в виде:

  • Трапеции. Его достоинство заключается в том, что такой вид пояса ужесточает рамный узел, соответственно, вместе с ним увеличивается и жесткость здания.
  • Треугольника. Такой вид пояса используют для балочных и консольных систем. Он имеет массу недостатков, таких как нерациональный расход металла при распределении нагрузки, сложность опорного узла и т.д.
  • Параболы. Данный пояс является самым трудоемким. Поэтому сегментные фермы используются очень редко.
  • Многоугольника. Полигональные фермы применяются чаще, чем сегментные. Т.к. в них перелом в узлах конструкции не так ощутим.
  • Параллельных поясов. Чаще всего используются для покрытия промышленных зданий. Они имеют идентичную схему узлов, равные по размеру элементы решетки, также они обладают повторяемостью элементов и деталей.

Типы решетки

Существуют шесть типовых вариантов решетки:

  • Треугольная.
  • Ромбическая.
  • Шпренгельная.
  • Крестовая.
  • Раскосая.
  • Полураскосая.

Типы опоры

Существуют 5 видов опорных конструкций. Для того чтобы выбрать опорный узел, нужно знать схему расчёта. От нее зависит, будет ли опорный узел шарнирным или жестким. Виды опор:

  • Балочная или консольная.
  • Арочная.
  • Вантовая.
  • Рамная.
  • Комбинированная.

ферма в строительстве

Принцип действия

Уникальность этой конструкции заключается в ее «неизменности» под воздействием внешних факторов. Нагрузка на эту систему бывает достаточно большая. Ферма представляет собой множество объединённых в одну конструкцию треугольников. Нагрузка в них сосредоточена в месте соединения узлов, т.к. стержни лучше проявляют свои свойства в процессе сжатия-растяжения, а не на излом. В современном строительстве чаще всего используют жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Из этого следует, что при отделении одного из них от цельной конструкции они останутся в неизменном по отношению друг к другу положении.

Принцип расчета ферм вырезанием углов

Этот способ расчета ферм является самым простым. Данный способ преподают во многих технических учебных заведениях.

Ферма – это конструкция, нагрузка на которую сосредоточена в ее узлах. Следовательно, нужно рассчитать все внешние факторы, которые будут являться нагрузкой на узлы. Затем — вычислить реакцию опоры и найти узел, в котором присутствуют 2 стержня с приложенной на них силой. Условно необходимо отделить всю остальную часть фермы и получить узел, в котором будет несколько известных значений и 2 неизвестных. Затем нужно составить равенство по двум осям и рассчитать неизвестные значения. Таким же образом выделяют следующий узел, и так до тех пор, пока ферма не будет рассчитана.

Основные типы ферм

  • Балка Виренделя – это система, где все ее части образуют прямоугольные отверстия и тем самым соединяются в жесткую раму. Она по своей конструкции не подходит под строгий термин «фермы», т.к. в этой балке отсутствует пара сил. Ее разработал бельгийский инженер Артур Вирендель. Но т.к. эта конструкция достаточно массивна, ее редко можно встретить в современной архитектуре.

ферма это конструкция

  • Ферма Уоррена. Это упрощенная версия конструкции Пратта-Хова. Она работает по принципу сжатия-растяжения. Чаще всего выполнена из стального проката.
  • Ферма Пратта. Патент на данное сооружение принадлежит отцу и сыну из Бостона. Калеб Пратт и Томас Уилсон были двумя инженерами. Они использовали сжатые части по вертикали, а растянутые — по горизонтали. Поэтому нагрузка одинаково хорошо распределяется как сверху, так и снизу.
  • Ферма Больмана имеет достаточно сложную и неудобную конструкцию. Свою популярность в США данное сооружение получило из-за политических достоинств ее создателя. Изобретатель красноречиво говорил про ферму, пусть даже и не все соответствовало действительности. Больман сумел продвинуть свое изобретение с помощью американского правительства, которое порой принуждало градостроителей использовать данную конструкцию при проектировке мостов. Среди обладателей патентов строительных ферм есть немало наших соотечественников, но еще ни одна «русская» ферма не продвигалась в массы столь оригинальным способом.
  • Ферма Финка является упрощенной версией фермы Больмана. Он просто укоротил все ее элементы и тем самым сделал ее более эффективной. Также она имеет схожесть с конструкцией фермы Пратта. Она отличается от нее лишь отсутствием нижней балки.
  • Треугольная ферма. Также ее называют «бельгийской». Это современная конструкция, которая представлена в виде треугольников со шпренгелями.
  • Кингпост — самый простой вариант фермы. Он представляет собой пару опор, опирающихся на вертикальную балку.
  • Решётчатая городская структура была создана для замены огромных деревянных мостов. Она достаточно проста по своей конструкции. Для нее применяют обычные деревянные доски, присоединённые друг к другу под углом, которые, в свою очередь, образуют решетку.
Строительные металлические фермы. Особенности конструкций

Металлические строительные фермы выгодно отличаются от железобетонных и деревянных, так как они:

  • намного прочнее железобетонных при существенно меньшей массе, что позволяет снизить требования к элементам фундамента и несущей способности колонн;
  • способны эффективно работать при сжимающих и растягивающих нагрузках;
  • намного долговечнее деревянных при более высоких показателях допустимой нагрузки, стойкости к воздействию влаги и бактерий;
  • могут использоваться для перекрытия пролётов протяжённостью более ста метров.

Все фермы металлические состоят из верхнего и нижнего поясов, раскосов, опорных раскосов и стоек. По способности воспринимать нагрузки они могут быть разделены на два основных типа:

  • плоские – рассчитанные на восприятие только вертикальных нагрузок и отличающиеся максимальной простотой конструкции;
  • пространственные – представляющие собой объёмную конструкцию, легко противостоящую вертикальным и горизонтальным нагрузкам.

Такие металлоконструкции в Новосибирске можно заказать из швеллера, тавра, двутавра, уголка, круглой, овальной или прямоугольной трубы. Как правило, выбор определяется требованиями к несущей способности и внешнему виду.

Материалы для металлических ферм

Максимально эффективны фермы из металла при возведении зданий с большими пролётами. Это могут быть крытые спортивные арены, выставочные павильоны, цеха производственных предприятий, ангары. В большинстве случаев основной действующей на ферму нагрузкой является её собственный вес, поэтому к марке и сортаменту используемого металла предъявляются особые требования.

Основными критериями подбора марки металла и сортамента служат:

  • температура окружающей среды, так как у многих конструкционных сталей при температурах ниже минус 50°С снижаются характеристики;
  • агрессивность окружающей среды – этот критерий особенно важен при проектировании металлических ферм для предприятий химической и металлургической отраслей;
  • внешний вид законченной конструкции и простота её обслуживания – этот критерий учитывается при разработке перекрытий для спортивных сооружений, выставочных и концертных залов, торгово-развлекательных центров.

Так как металлические фермы собираются из однотипных деталей в заводских условиях, то им можно придать любую форму. В массовом производстве получение заготовок даже со сложной геометрией кромок не представляет больших трудностей, а применение сварочных автоматов гарантирует стабильно высокое качество криволинейных швов.

Отличительные особенности стальных ферм

Заказать металлоконструкции в Новосибирске можно для плоских и объёмных ферм любого типа, отличающихся:

  • формой наружного контура с параллельным, треугольным, ломаным или полигональным расположением поясов;
  • типом решётки – ромбические, раскосные, полураскосные, треугольные, шпренгельные;
  • способом закрепления – консольные, балочные, арочные и комбинированные;
  • назначением – мостовые, крановые, стропильные, подстропильные, башенные.

Для большинства проектов параметры стальной фермы могут быть подобраны среди большого количества типовых решений, но для уникальных сооружений их нужно проектировать с нуля.

Что такое ферма в строительстве?

Фермы. Область применения. Классификация. Конструкции ферм.

Фермой называют решетчатую конструкцию из стержней, соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию.

Если нагрузка приложена в узлах, а оси элементов фермы пересекаются в одной точке (центре узла), то жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. Тогда все стержни фермы испытывают только осевые усилия (растяжение или сжатие). Благодаря этому металл в фермах используется более рационально, чем в балках, и они экономичнее балок по расходу материала, но более трудоемки в изготовлении, поскольку имеют большое число деталей. С увеличением перекрываемых пролетов и уменьшением нагрузки эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками растет.

По материалу различают фермы стальные, деревянные, ж/бетонные

Стальные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортерных галереях, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т.д.

Фермы бывают плоскими и пространственными.

Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении. Каждая грань такого бруса представляет собой плоскую ферму. Примером пространственного бруса может служить башня или мачта

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек.

Расстояние между узлами пояса называют панелью (d), расстояние между опорами — пролетом (L), расстояние между осями (или наружными гранями) поясов — высотой фермы (hф).

 

Соединения элементов в узлах осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим или с помощью узловых фасонок. Для того чтобы стержни ферм работали в основном на осевые усилия, а влиянием моментов можно было пренебречь, элементы ферм следует центрировать по осям.

В зависимости от назначения, архитектурных требований и схемы приложения нагрузок фермы могут иметь самую разнообразную конструктивную форму. Их можно классифицировать по следующим признакам: статической схеме, очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах, величине усилия в элементах.

По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые.

В покрытиях зданий, мостах, транспортерных галереях и других подобных сооружениях наибольшее применение нашли балочные разрезные системы. Они просты в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных опорных узлов.

При числе перекрываемых пролетов два и более применяют неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Но как во всяких внешне статически неопределимых системах, в неразрезных фермах усложняется монтаж таких конструкций. Консольные фермы используют для навесов, башен, опор воздушных линий электропередач. Рамные системы экономичны по расходу стали, имеют меньшие габариты, однако более сложны при монтаже. Их применение рационально для большепролетных зданий. Применение арочных систем, хотя и дает экономию стали, приводит к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Их применение диктуется в основном архитектурными требованиями. В вантовых фермах все стержни работают только на растяжение и могут быть выполнены из гибких элементов, например стальных тросов. Растяжение всех элементов таких ферм достигается выбором очертания поясов и решетки, а также созданием предварительного напряжения. Работа только на растяжение позволяет полностью использовать высокие прочностные свойства стали, поскольку снимаются вопросы устойчивости. Вантовые фермы рациональны для большепролетных перекрытий и в мостах.

 

В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на треугольные (а,б), арочные (д), полигональные (е), трапецеидальные (в), с параллельными поясами (г).

Очертание поясов ферм в значительной степени определяет их экономичность. Теоретически наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой это будет сегментная (арочная) ферма с параболическим поясом (д). Однако криволинейное очертание пояса повышает трудоемкость изготовления, поэтому такие фермы в настоящее время практически не применяют.

Более приемлемым является полигональное очертание с переломом пояса в каждом узле (е).

Стропильная ферма — выбор схемы

Оно достаточно близко соответствует параболическому очертанию эпюры моментов, не требует изготовления криволинейных элементов. Такие фермы иногда применяют для перекрытия больших пролетов и в мостах, т.е. в конструкциях, поставляемых на строительную площадку «россыпью» (из отдельных элементов). Для ферм покрытий обычных зданий, поставляемых на монтаж, как правило, в виде укрупненных отправочных элементов из-за усложнения изготовления эти фермы в настоящее время не применяют. Вы их можете встретить только в старых сооружениях, построенных до 50-х годов.

Фермы трапецеидального очертания (в) , хотя и не совсем соответствуют эпюре моментов, имеют конструктивные преимущества, прежде всего за счет упрощения узлов. Кроме того, применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий рамный узел, что повышает жесткость каркаса.

Фермы с параллельными поясами по своему очертанию далеки от эпюры моментов и по расходу стали не экономичны.

Однако равные длины элементов решетки, одинаковая схема узлов, наибольшая повторяемость элементов и деталей и возможность их унификации способствует индустриализации их изготовления. Благодаря этим преимуществам фермы с параллельными поясами стали основными для покрытия зданий.

Фермы треугольного очертания рациональны для консольных систем, а также для балочных систем при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы).

Системы решетки

Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузок, очертания поясов и конструктивных требований. Так, во избежание изгиба пояса места приложения сосредоточенных нагрузок следует подкреплять элементами решетки. Для обеспечения компактности узлов угол между раскосами и поясом желательно иметь в пределах 30…50°.

Для снижения трудоемкости изготовления ферма должна быть по возможности простой с наименьшим числом элементов и дополнительных деталей.

Треугольная система решетки имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. Если опорный раскос идет от нижнего опорного узла фермы к верхнему поясу, то его называют восходящим. При направлении раскоса от опорного узла верхнего пояса к нижнему — нисходящим. В местах приложения сосредоточенных нагрузок (например, в местах опирания прогонов кровли) можно установить дополнительные стойки или подвески. Эти стойки служат также для уменьшения расчетной длины пояса. Стойки и подвески работают только на местную нагрузку.

Недостатком треугольной решетки является наличие длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного расхода стали для обеспечения их устойчивости.

 

 

В раскосной системе решетки все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки — другого. Так, в фермах с параллельными поясами при восходящем раскосе стойки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем — наоборот. Очевидно, при проектировании ферм следует стремиться, чтобы наиболее длинные элементы были растянуты, а сжатие воспринималось короткими элементами. Раскосная решетка более металлоемка и трудоемка по сравнению с треугольной, так как общая длина элементов решетки больше и в ней больше узлов. Применение раскосной решетки целесообразно при малой высоте ферм и больших узловых нагрузках.

Шпренгельную решетку применяют при внеузловом приложении сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу, а также при необходимости уменьшения расчетной длины пояса. Она более трудоемка, но в результате исключения работы пояса на изгиб и уменьшения его расчетной длины может обеспечить снижение расхода стали.

Если нагрузка на ферму может действовать как в одном, так и в другом направлении (например, ветровая нагрузка), то целесообразно применение крестовой решетки.

 

Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью; эти системы применяют в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней. Они рациональны при большой высоте ферм и работе конструкций на значительные поперечные силы.

Возможна в одной ферме комбинация различных типов решетки.

По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые. В конструкциях, изготовленных до 50-х годов, применялись также клепаные соединения. Основными типами ферм являются сварные. Болтовые соединения, как правило, на высокопрочных болтах применяют в монтажных узлах.

Железобетонные фермы и некоторые тяжелые стальные фермы могут выполняться без раскосов с жесткими узлами.

Высоту ферм принимают h= (1/5 – 1/4)L, высоту ферм с параллельными поясами и трапецеидальных ферм — h= (1/6 – 1/8)L. Наклон раскосов составляет 350 – 450.

 

Стальные фермы.

В зависимости от пролета и величины действующей нагрузки условно различают легкие фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей (при усилиях в стержнях N<500кН и пролетом до 50 метров) и тяжелые фермы с элементами составного сечения (N >500кН), способные перекрывать пролеты до 100 метров. Легкие стальные фермы разработаны для пролетов 18, 24, 30, 36 метров с унифицированным размером панелей 3 м, высотой 2,25м, 2,4м, 3,15 метра (с учетом габаритов грузов, перевозимых ж/д транспортом).

Пространственную жесткость обеспечивают постановкой горизонтальных и вертикальных связей. Также в обеспечении жесткости участвуют прогоны и плиты перекрытия.

 

 

Предыдущая21222324252627282930313233343536Следующая


Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 3432;


ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Фермы. Классификация ферм. Компоновка ферм. Элементы ферм. Типы сечений стержней легких и тяжелых ферм

Фермой называется геометрически неизменяемая решетчатая конструкция, работающая на изгиб, элементы которой шарнирно соединены в узлах и работают на осевое растяжение или сжатие при узловом нагружении.

Допущение об идеальной шарнирности узлов противоречит действительной конструкции фермы, но довольно точно отражают фактическую работу ее элементов.

Расчет фермы по шарнирной схеме допускается, когда отношение высоты сечения к длине элемента не превышает 1/10 в конструкциях, эксплуатируемых при t ≥ -40°С, и 1/15 при t < -40°C.

Фермы по сравнению с балками более экономичны по затрате металла.

Область применения ферм весьма обширна. Они используются в покрытиях зданий и сооружений для поддержания кровли (стропильные фермы), радио- и телебашнях, опорах линий электропередач, конструкциях пролетных строений мостов, подъемных кранов и т.д.

Классификация ферм

Фермы состоят из верхнего и нижнего поясов, соединенных между собой решеткой из раскосов и стоек. Расстояние между узлами решетки фермы называется панелью; расстояние между ее опорами – пролетом. Фасонка – деталь фермы, выполненная из листа для соединения стержней фермы в узле.

Разнообразие областей применения и конструктивных решений ферм позволяет классифицировать их по различным признакам:

по назначению– фермы мостов, покрытий (стропильные и подстропильные), транспортных эстакад, грузоподъемных кранов, гидротехнических затворов и других сооружений.

по очертанию поясов:

 

— с параллельными поясами

 

 

-трапециидальная

 

 

— арочные

 

 

-треугольные

— с треугольной решеткой

 

 

— с треугольной решеткой и дополнительными стойками

 

 

— с раскосной решеткой.

 

 

Очертание поясов зависит главным образом от назначения фермы и принятой конструктивной схемы сооружения по системе решетки:

Решетки специальных типов:

 

— со шпренгельной решеткой

 

 

— крестовая

 

 

— ромбическая

 

 

— полураскосная.

 

Система решетки зависит от схемы приложения нагрузки и специальных требований к ферме. Наиболее проста треугольная решетка. Дополнительные стойки ставят в тех случаях, когда в месте их расположения прикладываются сосредоточенные силы или когда хотят уменьшить длину панели верхнего сжатого пояса.

Особенностью раскосной решетки является то, что все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки – противоположного; при восходящем направлении раскосов стойки растянуты, а при нисходящем – сжаты.

Шпренгельная решетка применяется при более частом приложении сосредоточенных сил к верхнему поясу.

Фермы с крестовой решеткой применяются обычно при двусторонней нагрузке. Крестовые раскосы проектируют их гибких элементов или тяжей; они воспринимают только растягивающие усилия, а при сжатии выключаются из работы. Благодаря этому фермы с крестовой решеткой рассчитываются как статически определимые системы.

Ромбическая и полураскосная решетка обладают повышенной жесткостью и применяются в конструкциях с большими поперечными силами

по виду статической схемы – фермы разрезные, неразрезные, консольные.

— по значению наибольших усилий в элементах фермы

легкие – пролетом l до 50 м и с усилием в поясах Nmax ≤ 5000 кн,

тяжелые – с усилием в поясах Nmax > 5000 кн,

по конструктивному решению – обычные, комбинированные и с предварительным напряжением.

 

Компоновка ферм

В задачу компоновки фермы входят определение ее рациональной схемы с учетом ряда требований: экономичности по затрате металла, простоты изготовления, транспортабельности, требований унификации и типизации. Эти требования часто противоречат между собой, поэтому нужно найти оптимальное решение, наилучшим образом удовлетворяющее одновременно комплексу требований.

Масса фермы зависит от отношения ее высоты к пролету. Усилия в поясах фермы возникают главным образом от изгибающего момента, а в решетке – от поперечной силы.

Чем больше высота фермы, тем меньше усилия в поясах и их масса, но с увеличением высоты фермы увеличивается длина элементов решетки и ее масса. Условно минимального расхода металла отвечает равенство массы поясов и массы решетки вместе с фасонками, что достигается при h≈1/5 L (в балке масса поясов приблизительно равна массе стенки).

Столь большая высота неудобна при транспортировке. Ферму пришлось бы доставлять на строительную площадку отдельными элементами (россыпью) и собирать на месте монтажа.

Дополнительные затраты времени и средств при этом не окупаются экономией металла.

На практике стремятся к тому, чтобы при монтаже производилась только укрупнительная сборка фермы их двух половин (отправочных марок). Поэтому размеры фермы не должны выходить за пределы железнодорожного габарита (по вертикали 3,8 м, по горизонтали -3,2 м). Наиболее удобными в изготовлении являются фермы с параллельными поясами. Одинаковые длины стержней поясов и решетки, одинаковое решение промежуточных узлов и минимальное количество поясных стыков создают условия для максимально возможной унификации конструктивных схем и делают такие фермы индустриальными. Благодаря преимуществам в изготовлении фермы с параллельными поясами постепенно вытесняют фермы трапецеидального очертания.

При компоновке фермы одновременно с выбором системы решетки устанавливают размеры панелей фермы, размеры которых должны отвечать оптимальному углу наклона раскосов. Из конструктивных соображений – рационального очертания фасонки в узле и удобства крепления раскосов – желателен угол, близкий к 45°.

Посредством унификации геометрических схем ферм и типизации конструктивной формы можно стандартизировать конструктивные детали ферм и перейти на массовое их изготовление с помощью специализированных станков и приспособлений.

В настоящее время унифицированы геометрические схемы стропильных ферм производственных зданий (18, 24, 30, 36 м), мостов, радиомачт, радиобашен, опор ЛЭП.

В основу унификации стропильных ферм с рулонной кровлей положены модуль пролета производственных зданий и панель m=3 м, уклон кровли i=1,5 %, высота ферм на опоре 3150 мм по наружным краям поясов, треугольная решетка с возможностью добавления шпренгеля при кровельных плитах шириной 1,5 м.

В фермах больших пролетов (более 36 м), а также в фермах из алюминиевых сплавов или из высокопрочных сталей возникают большие прогибы.

Провисание ферм предотвращается устройством строительного подъема, т.е. изготовлением ферм с обратным выгибом, который под действием нагрузки погашается, в результате чего ферма принимает проектное положение.

 

Расчет ферм. Определение нагрузок. Определение усилий в стержнях фермы. Расчетные длины стержней ферм. Обеспечение общей устойчивости ферм в системе покрытия. Выбор типа сечения стержней.

 

Расчет ферм выполняют в такой последовательности:

1) определяют нагрузку на ферму;

2) вычисляют узловые нагрузки;

3) определяют расчетные усилия в стержнях фермы методом строительной механики;

4) подбирают сечения стержней;

5) рассчитывают соединения стержней, узлы и детали.

 

ФЕРМЫ строительных конструкций | изготовление и монтаж ферм металлоконструкций


 В современной строительной индустрии для облегчения возводимых конструкций и удешевления проектов часто применяются металлические фермы. Это несущие металлоконструкции, обладающие повышенной жесткостью и степенью надёжности.


 Они используются при сооружении кровли торговых, складских и промышленных помещений, а также в строительстве гаражей, дач, бассейнов, стадионов и других видов объектов общественного и социального назначения.



 Преимущества металлических ферм:

  • высокая прочность;
  • простота изготовления;
  • долговечность;
  • быстрота монтажа и демонтажа;
  • повышенная устойчивость к различным климатическим условиям;
  • сейсмостойкость;
  • экономия денежных средств;
  • снижение себестоимости объекта;
  • быстрая оборачиваемость средств.


 Ширина пролётов таких конструкций может быть 18,24,30,36 м.


 Фермы бывают:

  • стропильные;
  • с параллельными поясами – плоские;
  • арочного, треугольного и консольного типа.


 Лёгкие фермы применяются для перекрытий, кровлей построек и навесов. Изготавливаются из высокосортной стали. Они имеют нормативный запас прочности и поэтому не деформируются под воздействием нагрузок.  Имеют различные направления применения. От навесов до сооружения массивных строительных объектов.


 Стропильные фермы применяются, в основном, при индивидуальном строительстве, а также для перекрытия пролётов промышленных помещений, залов и мостов.


 Изготавливаются из труб — гнутых вальцованных (профильных) или горячекатаных. Данная конструкция придаёт строящемуся объекту особую изысканность, воздушность и техническую законченность проекта.


 В производстве плоских ферм с параллельными поясами используются высокопрочный уголок из сортовой стали или вальцованная труба.


 Составляющие данных конструкций лежат в одной плоскости, воспринимая имеено её нагрузки.


 Форма арочных и треугольных ферм соответствует их названию. Выполняются они из вальцованных (профильных) труб и предназначаются для строительства объектов специфических архитектурных решений.


 Консольные фермы применяются при возведении различных башен, опор ЛЭП и навесов.




«КРОНВЕРК» — это не только высокотехнологичное сертифицированное производство, но и профессиональное проектирование, доставка готовой продукции заказчику и квалифицированный монтаж всех видов металлоконструкций.


 Наши специалисты помогут заказчику правильно подобрать необходимый вид продукции, выполненный по типовым проектам или разработать чертежи для индивидуального заказа.


 Подробную информацию Вы можете получить по телефону.

Основы расчёта ферм: ручной и машинный счёт

 Что такое фермаФермами называют плоские и пространственные стержневые конструкции с шарнирными соединениями элементов, загружаемые исключительно в узлах. Шарнир допускает вращение, поэтому считается, что стержни под нагрузкой работают только на центральное растяжение-сжатие. Фермы позволяют значительно сэкономить материал при перекрытии больших пролётов.

Основные элементы ферм

Рисунок 1

Фермы классифицируются:

  • по очертанию внешнего контура;
  • по виду решётки;
  • по способу опирания;
  • по назначению;
  • по уровню проезда транспорта.

Также выделяют простейшие и сложные фермы. Простейшими называют фермы, образованные последовательным присоединением шарнирного треугольника. Такие конструкции отличаются геометрической неизменяемостью, статической определимостью. Фермы со сложной структурой, как правило, статически неопределимы.

Для успешного расчёта необходимо знать виды связей и уметь определять реакции опор. Эти задачи подробно рассматриваются в курсе теоретической механики. Разницу между нагрузкой и внутренним усилием, а также первичные навыки определения последних дают в курсе сопротивления материалов.

Рассмотрим основные методы расчёта статически определимых плоских ферм.

Способ проекций

На рис. 2 симметричная шарнирно-опёртая раскосная ферма пролётом L = 30 м, состоящая из шести панелей 5 на 5 метров. К верхнему поясу приложены единичные нагрузки P = 10 кН. Определим продольные усилия в стержнях фермы. Собственным весом элементов пренебрегаем.

Расчет простейшей фермы

Рисунок 2

Опорные реакции определяются путём приведения фермы к балке на двух шарнирных опорах. Величина реакций составит R (A) = R (B) = ∑P/2 = 25 кН. Строим балочную эпюру моментов, а на её основе — балочную эпюру поперечных усилий (она понадобится для проверки). За положительное направление принимаем то, что будет закручивать среднюю линию балки по часовой стрелке.

Балочная схема и эпюры

Рисунок 3

Метод вырезания узла

Метод вырезания узла заключается в отсечении отдельно взятого узла конструкции с обязательной заменой разрезаемых стержней внутренними усилиями с последующим составлением уравнений равновесия. Суммы проекций сил на оси координат должны равняться нулю. Прикладываемые усилия изначально предполагаются растягивающими, то есть направленными от узла. Истинное направление внутренних усилий определится в ходе расчёта и обозначится его знаком.

Рационально начинать с узла, в котором сходится не более двух стержней. Составим уравнения равновесия для опоры, А (рис. 4).

F (y) = 0: R (A) + N (A-1) = 0

F (x) = 0: N (A-8) = 0

Очевидно, что N (A-1) = -25кН. Знак «минус» означает сжатие, усилие направлено в узел (мы отразим это на финальной эпюре).

Условие равновесия для узла 1:

F (y) = 0: -N (A-1)N (1−8)∙cos45° = 0

F (x) = 0: N (1−2) + N (1−8)∙sin45° = 0

Из первого выражения получаем N (1−8) = —N (A-1)/cos45° = 25кН/0,707 = 35,4 кН. Значение положительное, раскос испытывает растяжение. N (1−2) = -25 кН, верхний пояс сжимается. По этому принципу можно рассчитать всю конструкцию (рис. 4).

Последовательный расчет

Рисунок 4

Метод сечений

Ферму мысленно разделяют сечением, проходящим как минимум по трём стержням, два из которых параллельны друг другу. Затем рассматривают равновесие одной из частей конструкции. Сечение подбирают таким образом, чтобы сумма проекций сил содержала одну неизвестную величину.

Проведём сечение I-I (рис. 5) и отбросим правую часть. Заменим стержни растягивающими усилиями. Просуммируем силы по осям:

F(y) = 0: R(A) — P + N(9−3)

N(9−3) = P — R(A) = 10 кН — 25 кН = -15 кН

Стойка 9−3 сжимается.

Метод сечений. Способ моментной точки.

Рисунок 5

Способ проекций удобно применять в расчётах ферм с параллельными поясами, загруженными вертикальной нагрузкой. В этом случае не придётся вычислять углы наклона усилий к ортогональным осям координат. Последовательно вырезая узлы и проводя сечения, мы получим значения усилий во всех частях конструкции. Недостатком способа проекций является то, что ошибочный результат на ранних этапах расчёта повлечёт за собой ошибки во всех дальнейших вычислениях.

Способ моментной точки

Способ моментной точки требует составлять уравнение моментов относительно точки пересечения двух неизвестных сил. Как и в методе сечений, три стержня (один из которых не пересекается с остальными) разрезаются и заменяются растягивающими усилиями.

Рассмотрим сечение II-II (рис. 5). Стержни 3−4 и 3−10 пересекаются в узле 3, стержни 3−10 и 9−10 пересекаются в узле 10 (точка K). Составим уравнения моментов. Суммы моментов относительно точек пересечения будут равняться нулю. Положительным принимаем момент, вращающий конструкцию по часовой стрелке.

m(3) = 0: 2d∙R(A) — d∙P — h∙N(9−10) = 0

m(K) = 0: 3d∙R(A) — 2d∙P — d∙P + h∙N(3−4) = 0

Из уравнений выражаем неизвестные:

N(9−10) = (2d∙R(A) — d∙P)/h = (2∙5м∙25кН — 5м∙10кН)/5м = 40 кН (растяжение)

N(3−4) = (-3d∙R(A) + 2d∙P + d∙P)/h = (-3∙5м∙25кН + 2∙5м∙10кН + 5м∙10кН)/5м = -45 кН (сжатие)

Способ моментной точки позволяет определить внутренние усилия независимо друг от друга, поэтому влияние одного ошибочного результата на качество последующих вычислений исключено. Данным способом можно воспользоваться в расчёте некоторых сложных статически определимых ферм (рис. 6).

Способ моментной точки

Рисунок 6

Требуется определить усилие в верхнем поясе 7−9. Известны размеры d и h, нагрузка P. Реакции опор R(A) = R(B) = 4,5P. Проведём сечение I-I и просуммируем моменты относительно точки 10. Усилия от раскосов и нижнего пояса не попадут в уравнение равновесия, так как сходятся в точке 10. Так мы избавляемся от пяти из шести неизвестных:

m(10) = 0: 4d∙R(A) — d∙P∙(4+3+2+1) + h∙O(7−9) = 0

O(7−9) = -8d∙P/h

Аналогично можно рассчитать остальные стержни верхнего пояса.

Признаки нулевого стержня

Нулевым называют стержень, в котором усилие равно нулю. Выделяют ряд частных случаев, в которых гарантированно встречается нулевой стержень.

  • Равновесие ненагруженного узла, состоящего из двух стержней, возможно только в том случае, если оба стержня нулевые.
  • В ненагруженном узле из трёх стержней одиночный (не лежащий на одной прямой с остальными двумя) стержень будет нулевым.

Признаки нулевого стержня

Рисунок 7

  • В трехстержневом узле без нагрузки усилие в одиночном стержне будет равно по модулю и обратно по направлению приложенной нагрузке. При этом усилия в стержнях, лежащих на одной прямой, будут равны друг другу, и определятся расчётом N(3) = -P, N(1) = N(2).
  • Трехстержневой узел с одиночным стержнем и нагрузкой, приложенной в произвольном направлении. Нагрузка P раскладывается на составляющие P’ и P» по правилу треугольника параллельно осям элементов. Тогда N(1) = N(2) + P’, N(3) = -P».

Признаки нулевого стержня

Рисунок 8​

  • В ненагруженном узле из четырёх стержней, оси которых направлены по двум прямым, усилия будут попарно равны N(1) = N(2), N(3) = N(4).

Пользуясь методом вырезания узлов и зная правила нулевого стержня, можно проводить проверку расчётов, проведённых другими методами.

Расчёт ферм на персональном компьютере

Современные вычислительные комплексы основаны на методе конечного элемента. С их помощью осуществляют расчёты ферм любого очертания и геометрической сложности. Профессиональные программные пакеты Stark ES, SCAD Office, ПК Лира обладают широким функционалом и, к сожалению, высокой стоимостью, а также требуют глубокого понимания теории упругости и строительной механики. Для учебных целей и подойдут бесплатные аналоги, например Полюс 2.1.1.

В Полюсе можно рассчитывать плоские статически определимые и неопределимые стержневые конструкции (балки, фермы, рамы) на силовое воздействие, определять перемещения и температурное воздействие. Перед нами эпюра продольных усилий для фермы, изображённой на рис. 2. Ординаты графика совпадают с полученными вручную результатами.

Эпюра продольных усилий

Рисунок 9

Порядок работы в программе Полюс

  • На панели инструментов (слева) выбираем элемент «опора». Размещаем помещаем элементы на свободное поле кликом левой кнопки мыши. Чтобы указать точные координаты опор, переходим в режим редактирования, нажав на значок курсора на панели инструментов.
  • Двойной клик по опоре. Во всплывающем окне «свойства узла» задаём точные координаты в метрах. Положительное направление осей координат — вправо и вверх соответственно. Если узел не будет использоваться в качестве опоры, установите флажок «не связан с землёй». Здесь же можно задать приходящие в опору нагрузки в виде точечной силы или момента, а также перемещения. Правило знаков такое же. Удобно разместить крайнюю левую опору в начале координат (точка 0, 0).
  • Далее размещаем узлы фермы. Выбираем элемент «свободный узел», кликаем по свободному полю, точные координаты прописываем для каждого узла в отдельности.
  • На панели инструментов выбираем «стержень». Кликаем на начальном узле, отпускаем кнопку мышки. Затем кликаем на конечном узле. По умолчанию стержень имеет шарниры на двух концах и единичную жёсткость. Переходим в режим редактирования, двойным кликом по стержню открываем всплывающее окно, при необходимости изменяем граничные условия стержня (жёсткая связь, шарнир, подвижный шарнир для опорного конца) и его характеристики.
  • Для загружения ферм используем инструмент «сила», нагрузка прикладывается в узлах. Для сил, прикладываемых не строго вертикально или горизонтально, устанавливаем параметр «под углом», после чего вводим угол наклона к горизонтали. Альтернативно можно сразу ввести значение проекций силы на ортогональные оси.
  • Программа считает результат автоматически. На панели задач (вверху) можно переключать режимы отображения внутренних усилий (M, Q, N), а также опорных реакций (R). Результатом будет эпюра внутренних усилий в заданной конструкции.

В качестве примера рассчитаем сложную раскосную ферму, рассмотренную в методе моментной точки (рис. 6). Примем размеры и нагрузки: d = 3м, h = 6м, P = 100Н. По выведенной ранее формуле значение усилия в верхнем поясе фермы будет равно:

O(7−9) = -8d∙P/h = -8∙3м∙100Н/6м = -400 Н (сжатие)

Эпюра продольных усилий, полученная в Полюсе:

Эпюра продольных усилий

Рисунок 10

Значения совпадают, конструкция смоделирована верно.

Список литературы

  1. Дарков А. В., Шапошников Н. Н. — Строительная механика: учебник для строительных специализированных вузов — М.: Высшая школа, 1986.
  2. Рабинович И. М. — Основы строительной механики стержневых систем — М.: 1960.

Что такое ферменная конструкция? (с картинками)

Любую конструкцию, в которой используются фермы, можно назвать конструкцией фермы. Фермы представляют собой треугольные или пирамидальные формы, которые используются в конструкции зданий, чтобы сделать их более устойчивыми, чем конструктивные элементы с углами 90 градусов. Мосты, платформы, башни и дома являются распространенными типами ферменных конструкций.

A system of trusses makes up the International Space Station.

Систему ферм составляет Международная космическая станция.Конструкции

часто используют фермы из-за дополнительной поддержки и прочности, которые они обеспечивают. Треугольные формы особенно устойчивы, потому что длина сторон ног и мера углов должны коррелировать, что затрудняет потерю треугольников своей формы.Фермы способны противостоять силе большого веса по сравнению с прямоугольными конструкциями, выполненными из тех же материалов, потому что сила, направленная вниз к углу треугольника, может легко распространяться по всей форме. Эти особенности треугольников делают конструкцию фермы общей в технике и архитектуре.

A roof truss provides support for a roof.

Ферма крыши обеспечивает поддержку для крыши.

Мост — это общий тип ферменной конструкции. Многие мосты используют ряд простых ферм как часть их конструкции, по бокам, снизу или на башнях, чтобы удерживать мост на стратегических интервалах. Отдельные башни фермы также распространены.В этом типе конструкции фермы используется серия двух или трехмерных ферм, чтобы придать башне большую устойчивость и сделать ее менее склонной к изгибу при достижении большей высоты. Электрические башни, опоры моста или строительные леса могут быть сконструированы как опорные башни.

В домах фермы обычно используются при строительстве кровли и пола.В кровле ферма может использоваться для каркаса крыши, в то время как в настиле ферма может использоваться для создания платформы. Многие большие открытые платформы также могут быть построены с использованием ферм. Можно использовать двух- или трехмерные фермы для поддержания устойчивости конструкции, когда она движется к середине, в сторону от опорных стоек, которые ее удерживают. В то время как большие платформы могут все еще нуждаться в дополнительных опорах, использование ферменной рамы позволяет сделать их больше с меньшим количеством вертикальных опор.

Один специализированный тип ферменной конструкции известен как интегрированная ферменная конструкция.Эта система ферм состоит из множества частей, которые были собраны для формирования Международной космической станции (МКС). На космической станции есть специализированные фермы, которые содержат солнечные батареи, энергосистемы и грузовые отсеки.

Roof trusses are generally made from two by four stock.

Фермы крыши обычно делаются из двух на четыре склада.,

строительство | История, типы, примеры и факты

Строительство , также называемое Строительство зданий , методы и промышленность, связанные со сборкой и монтажом конструкций, прежде всего те, которые используются для обеспечения кровом.

Строительство многоквартирных домов Строительство многоквартирных домов в Кембридже, Англия. Эндрю Данн

Строительство — древняя человеческая деятельность. Это началось с чисто функциональной потребности в контролируемой среде для смягчения воздействия климата.Построенные убежища были одним из средств, с помощью которых люди могли приспособиться к широкому разнообразию климатических условий и стать глобальным видом.

Приюты для людей поначалу были очень просты и, возможно, длились всего несколько дней или месяцев. Однако со временем даже временные структуры превратились в такие изысканные формы, как иглу. Постепенно стали появляться более прочные конструкции, особенно после появления сельского хозяйства, когда люди стали долго оставаться на одном месте. Первые приюты были жилищами, но позже другие функции, такие как хранение продуктов и церемония, были размещены в отдельных зданиях.Некоторые сооружения стали иметь как символическое, так и функциональное значение, обозначив начало различия между архитектурой и строительством.

История строительства отмечена рядом тенденций. Одним из них является увеличение долговечности используемых материалов. Ранние строительные материалы были скоропортящимися, такими как листья, ветви и шкуры животных. Позднее использовались более долговечные природные материалы, такие как глина, камень и древесина, и, наконец, синтетические материалы, такие как кирпич, бетон, металлы и пластик.Другой — квест для зданий с большей высотой и размахом; это стало возможным благодаря разработке более прочных материалов и знаниям о том, как материалы ведут себя и как использовать их с большей выгодой. Третья важная тенденция связана со степенью контроля над внутренней средой зданий: стало возможным все более точное регулирование температуры воздуха, уровней света и звука, влажности, запахов, скорости воздуха и других факторов, влияющих на комфорт человека. Еще одной тенденцией является изменение энергии, доступной для процесса строительства, начиная с мышечной силы человека и заканчивая мощным механизмом, используемым сегодня.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Современное состояние строительства сложное. Существует широкий спектр строительных продуктов и систем, которые нацелены в первую очередь на группы типов зданий или рынков. Процесс проектирования зданий является высокоорганизованным и опирается на исследовательские учреждения, которые изучают свойства и характеристики материалов, должностные лица кодекса, которые принимают и обеспечивают соблюдение стандартов безопасности, а также специалисты по проектированию, которые определяют потребности пользователей и проектируют здания для удовлетворения этих потребностей.Процесс строительства также высоко организован; в него входят производители строительных изделий и систем, мастера, которые их собирают на строительной площадке, подрядчики, которые нанимают и координируют работу мастеров, и консультанты, специализирующиеся в таких аспектах, как управление строительством, контроль качества и страхование.

Строительство сегодня — это значительная часть индустриальной культуры, проявление ее разнообразия и сложности и мера владения природными силами, которые могут создавать разнообразную искусственную среду для удовлетворения разнообразных потребностей общества.В этой статье сначала прослеживается история строительства, а затем рассматривается его развитие в настоящее время. Для обработки эстетических соображений проектирования зданий, см. архитектуры. Для дальнейшей обработки исторического развития, см. искусство и архитектура, Анатолийский; искусство и архитектура, арабский язык; искусство и архитектура, египтянин; искусство и архитектура, иранские; искусство и архитектура, месопотамский; искусство и архитектура, сиро-палестинцы; архитектура, африканская; искусство и архитектура, океанический; архитектура, западная; искусство, среднеазиатский; искусство восточноазиатское; исламское искусство; искусство, коренной американец; искусство, южно-азиатское; искусство, Юго-Восточная Азия.

История строительства

Первобытное здание: каменный век

Охотники-собиратели позднего каменного века, которые перемещались по обширной территории в поисках пищи, построили самые ранние временные укрытия, которые появляются в археологических записях. Раскопки в ряде мест в Европе, датируемые до 12000 г. до н.э., показывают круглые кольца из камней, которые, как считается, являются частью таких укрытий. Они могли иметь грубые грубые хижины, сделанные из деревянных столбов, или утяжелять стены палаток из шкур животных, предположительно поддерживаемых центральными столбами.

Палатка иллюстрирует основные элементы экологического контроля, которые касаются строительства. Палатка создает мембрану, чтобы пролить дождь и снег; холодная вода на коже человека поглощает тепло тела. Мембрана также снижает скорость ветра; Воздух над кожей человека также способствует потере тепла. Он контролирует теплопередачу, не пропуская горячие лучи солнца и удерживая нагретый воздух в холодную погоду Это также блокирует свет и обеспечивает визуальную конфиденциальность. Мембрана должна поддерживаться против сил гравитации и ветра; структура необходима.Мембраны шкур прочные на растяжение (напряжения, создаваемые растягивающими силами), но полюсы должны быть добавлены для сжатия (напряжения, создаваемые силами уплотнения). Действительно, большая часть истории строительства — это поиск более сложных решений тех же самых основных проблем, которые палатка должна была решить. Палатка продолжает использоваться в настоящее время. Палатка для коз Саудовской Аравии, монгольская юрта с ее разборной деревянной рамой и войлочными покрытиями, а также вигвам из индейцев с несколькими опорами для удочек и двойной мембраной — более изысканные и элегантные потомки грубых укрытий ранних охотников-собирателей.

Сельскохозяйственная революция, датируемая примерно 10 000 г. до н.э., дала мощный толчок строительству. Люди больше не путешествовали в поисках игры и не следовали за своим стадом, а оставались в одном месте, чтобы ухаживать за своими полями. Жилища стали более постоянными. Археологические записи скудны, но на Ближнем Востоке найдены остатки целых деревень круглых жилищ, называемых толой, стены которых сделаны из упакованной глины; все следы крыш исчезли. В Европе tholoi были построены из сухого камня с куполообразными крышами; до сих пор сохранились примеры (более поздней конструкции) этих улья в Альпах.В более поздних ближневосточных tholoi появился прямоугольный вестибюль или вестибюль, прикрепленный к основной круглой камере — первые примеры прямоугольной формы в здании. Еще позже круговая форма была отброшена в пользу прямоугольника, поскольку жилища были разделены на большее количество комнат и больше жилищ было размещено вместе в поселениях. Tholoi отметил важный шаг в поисках долговечности; они были началом каменной кладки.

Доказательства композитного строительства из глины и дерева, так называемый метод плетения и мазания, также встречаются в Европе и на Ближнем Востоке.Стены были сделаны из маленьких саженцев или тростников, которые легко резались каменными инструментами. Их вбивали в землю, связывали сбоку растительными волокнами, а затем оштукатуривали влажной глиной для придания дополнительной жесткости и защиты от атмосферных воздействий. Крыши не сохранились, но сооружения, вероятно, были покрыты сырой соломой или связанными тростниками. Встречаются как круглые, так и прямоугольные формы, обычно с центральными очагами.

Более тяжелые деревянные постройки также появились в культурах неолита (новый каменный век), хотя трудности с вырубкой больших деревьев каменными инструментами ограничивали использование значительных пиломатериалов до рам.Эти рамки обычно были прямоугольными в плане, с центральным рядом колонн для поддержки гребня и соответствующими рядами колонн вдоль длинных стен; стропила бежали от гребня до балок стены. Поперечная устойчивость рамы была достигнута за счет погружения колонн глубоко в землю; гребень и стропила были затем привязаны к колоннам растительными волокнами. Обычным кровельным материалом была солома: сухие травы или тростник, связанные между собой небольшими пучками, которые, в свою очередь, были привязаны друг к другу к светлым деревянным столбам, расположенным между стропилами.Горизонтальные соломенные крыши плохо пропускают дождь, но, если они расположены под правильным углом, дождевая вода стекает до того, как она успеет просочиться. Примитивные строители вскоре определили уклон крыши, который пролил бы воду, но не солому. В стенах этих каркасных домов использовались многие типы заполнителей, в том числе глина, плетень и мазня, кора дерева (одобренная американскими индейцами лесного массива) и солома. В Полинезии и Индонезии, где такие дома все еще строятся, они поднимаются над землей на сваях для безопасности и сухости; Кровля часто изготавливается из листьев, а стены в основном открыты, чтобы обеспечить естественное движение воздуха.Еще один вариант каркаса был найден в Египте и на Ближнем Востоке, где древесные породы были заменены пучками тростника.