К распространенным типам ферм относятся стальные фермы, железобетонные фермы, предварительно напряженные железобетонные фермы, деревянные фермы, композитные фермы из стали и дерева, а также композитные фермы из стали и бетона. Фермы классифицируются по форме на треугольные, трапециевидные, многоугольные, параллельно-хордовые и фермы с открытой решеткой. При выборе типа фермы необходимо всесторонне учитывать назначение, материал, способ опирания и условия строительства. Цель состоит в минимизации затрат материалов и труда, необходимых для изготовления и монтажа, при одновременном выполнении требований к эксплуатации.

 

 

Классификация ферм

Структурная классификация 
Треугольная ферма: При равномерно распределенной узловой нагрузке по пролету осевые усилия в верхнем и нижнем поясах максимальны на концах и постепенно уменьшаются к середине пролета; осевые усилия в стержнях решетки имеют обратный характер. Из-за большой разницы внутренних усилий в элементах пояса треугольные фермы не очень эффективны в использовании материала и часто используются в кровельных фермах для черепичных крыш. 
Трапециевидная ферма: По сравнению с треугольными фермами, напряжение в элементах улучшено, и она может легче удовлетворять технологическим требованиям некоторых промышленных предприятий при использовании в кровельных фермах. Если верхний и нижний пояса трапециевидной фермы параллельны, это параллельно-хордовая ферма. Напряжение в элементах немного хуже, чем у трапециевидной фермы, но количество типов элементов решетки значительно уменьшено. Они часто используются в мостах и причалах. 
Многоугольная ферма: Также известна как ломано-линейная ферма. Узлы верхнего пояса расположены на параболе второго порядка. Если верхний пояс арочный, изгибающий момент, создаваемый меж узловой нагрузкой, может быть уменьшен, но изготовление более сложное. При равномерно распределенных нагрузках форма фермы похожа на диаграмму изгибающего момента простого балочного моста, поэтому распределение осевых усилий в верхнем и нижнем поясах равномерное, а осевое усилие в элементах решетки мало, что приводит к наиболее экономичному использованию материала. Это распространенный тип фермы в строительстве. 
Ферма с открытой решеткой: В основном использует форму многоугольной фермы с прямыми линиями между узлами верхнего пояса и без диагональных элементов решетки, соединенных только с верхним и нижним поясами вертикальными элементами решетки. Распределение осевых усилий аналогично многоугольной ферме, но изгибающий момент на конце элемента значительно меняется при асимметричных нагрузках. Преимущество состоит в том, что меньше элементов пересекаются в узлах, что упрощает монтаж и изготовление.

Классификация продукции 
1. Неразборная ферма: Наиболее прочный тип фермы, высоко повторно используемый, единственный недостаток - более высокая стоимость транспортировки. Продукция выпускается в квадратных и круглых трубах. 
2. Складная ферма: Главное преимущество - низкая стоимость транспортировки, с немного меньшей повторной используемостью. Продукция выпускается в квадратных и круглых трубах. 
3. Бабочка ферма: Наиболее художественный тип фермы, с уникальной и красивой формой. 
4. Ферма с шаровыми шарнирами: Также известна как шаровая рама, имеет красивую форму и хорошую прочность, а также является самым дорогим типом фермы. 
 

Требования к фермам 
Достаточная прочность - отсутствие разрушения или пластической деформации; достаточная жесткость - отсутствие чрезмерной упругой деформации; достаточная устойчивость - отсутствие обрушения из-за внезапного изменения равновесной формы; хорошие динамические характеристики - сейсмостойкость и ветростойкость. Требования к проектированию ферм: Должны быть элементы, удовлетворяющие требованиям; должны быть хорошие соединители, включая заклепки, штифты и сварные соединения. Это включает в себя тип фермы, размер и материал элементов, но сначала статический анализ.

Выбор формы 
С механической точки зрения, когда форма фермы похожа на диаграмму изгибающего момента простого балочного моста, распределение осевых усилий в элементах верхнего и нижнего пояса равномерное, осевое усилие в элементах решетки мало, и использование материала наиболее экономичное; с точки зрения материала и изготовления, деревянные фермы изготавливаются в виде треугольников, стальные фермы используют трапециевидные или параллельно-хордовые формы, а железобетонные и предварительно напряженные железобетонные фермы предпочтительно многоугольные или трапециевидные. Отношение высоты к пролету фермы обычно составляет 1/6～1/12, а конкретные правила приводятся в руководствах по проектированию и спецификациях. Фермы имеют широкий спектр применения. При выборе формы фермы необходимо всесторонне учитывать назначение, материал, способ опирания и условия строительства. Принцип выбора оптимальной формы заключается в минимизации затрат материалов и труда, необходимых для изготовления и монтажа, при одновременном выполнении требований к эксплуатации.

Расчетные моменты 
Фермы, используемые в строительстве зданий, обычно подвергаются только статическим расчетам; для динамических нагрузок, таких как ветер, землетрясение, движущиеся транспортные средства и работающие машины, они преобразуются в эквивалентные статические нагрузки, умноженные на динамический коэффициент для расчета; для специальных и важных ферм, подверженных динамическим нагрузкам, таких как мосты большого пролета и крылья самолетов, необходимо проводить динамический анализ в соответствии с динамическими нагрузками (см. Нагрузки). 
Плоские фермы обычно рассчитываются по идеальным шарнирно-стержневым фермам, т.е. предполагается, что нагрузки прикладываются к узлам фермы (если нагрузки прикладываются между узлами, их можно преобразовать в узловые нагрузки по простому балочному мосту), и все элементы фермы находятся в одной плоскости, центроидальные оси элементов лежат на прямой линии, а узлы являются свободно вращающимися шарнирными соединениями. Для статически определимых ферм в идеальном состоянии осевые усилия элементов можно принять за неизвестные, а осевые растягивающие или сжимающие усилия элементов при известных нагрузках можно получить с помощью статических или графических методов (см. Статический анализ стержневых конструкций). 
Узлы инженерных ферм обычно представляют собой узлы с определенной жесткостью, а не идеальные шарнирные соединения. Напряжения изгиба и осевые напряжения, вызванные влиянием жесткости узла, называются вторичными напряжениями. При расчете вторичных напряжений необходимо учитывать осевую деформацию элементов, и это можно решить методом гиперстатических конструкций или методом конечных элементов. 
Пространственные фермы состоят из нескольких плоских ферм. Нагрузки можно разложить на составляющие в той же плоскости, что и ферма, и рассчитать как плоские фермы, или рассчитать с помощью метода конечных элементов для пространственных шарнирно-стержневых систем. 
В соответствии с материалом, используемым для элементов фермы, и внутренними усилиями, полученными из расчета, следует выбрать соответствующее сечение, чтобы обеспечить общую жесткость и устойчивость фермы, а также прочность и местную устойчивость каждого элемента, чтобы удовлетворить требованиям эксплуатации. 
Общая жесткость фермы обеспечивается путем контроля максимального вертикального прогиба фермы, который не должен превышать допустимого прогиба; внеплоскостная жесткость плоской фермы мала и должна обеспечиваться системой опор. Системы опор включают опору верхнего пояса, опору нижнего пояса, вертикальную опору и фермы 
 

 

Распространенные типы ферм включают стальные фермы, железобетонные фермы, предварительно напряженные железобетонные фермы, деревянные фермы, композитные фермы сталь-дерево и композитные фермы сталь-бетон. Фермы классифицируются по форме на треугольные, трапециевидные, многоугольные, фермы с параллельными поясами и фермы открытого сечения. При выборе типа фермы необходимо всесторонне учитывать назначение, материал, способ опирания и условия строительства. При соблюдении требований к эксплуатации следует минимизировать затраты материалов и труда на изготовление и монтаж.