Деревянная ферма крыши — это деревянная конструкция, предназначенная для перекрытия пространства над комнатой и обеспечения поддержки крыши. Фермы обычно располагаются через равные промежутки времени и соединяются продольными брусьями, такими как прогоны . Пространство между каждой фермой называется пролетом . [1]
Стропила имеют тенденцию сплющиваться под действием силы тяжести, давя на стены наружу. Для больших пролетов и более тонких стен это может привести к опрокидыванию стен. Таким образом, пары противоположных стропил изначально были связаны друг с другом горизонтальной связующей балкой, образуя соединенные стропила. Но такие крыши были структурно слабыми и, не имея какой-либо продольной опоры, были склонны к расшатыванию и обрушению в результате горизонтального движения. Деревянные фермы крыши были более поздним, средневековым изобретением. [2] Ферма крыши скреплена поперечными связями в устойчивый, жесткий блок. В идеале он уравновешивает все боковые силы друг против друга и оказывает давление только прямо вниз на несущие стены. На практике могут возникнуть боковые силы; например, из-за ветра, чрезмерной гибкости фермы или конструкций, не допускающих небольших боковых перемещений концов фермы.
Верхние элементы фермы обычно называются верхним поясом , нижние элементы — нижним поясом, а внутренние элементы — перемычками. В исторических столярных изделиях верхние пояса часто называют стропилами , а нижний пояс часто называют связующей балкой . Существует два основных типа ферм деревянной крыши: закрытые, в которых нижний пояс горизонтален и находится у подножия фермы, и открытые, в которых нижние пояса приподняты, чтобы обеспечить больше открытого пространства, также известные как фермы с приподнятым нижним поясом. . [3]
Различие закрытого и открытого типа используется для описания стропильных крыш двумя способами.
Закрытая ферма:
Открытая ферма:
Ферма королевского столба состоит из двух основных стропил, связующей балки и центральной вертикальной королевской стойки . [5] Самая простая из ферм, обычно используется в сочетании с двумя угловыми стойками.
Королевский столб обычно находится под напряжением и требует довольно сложных соединений с соединительной балкой и основными стропилами. В варианте, известном как ферма с королевским болтом (стержнем), королевский столб заменяется металлическим болтом (стержнем), обычно из кованого железа.
Ферма с фермой имеет две основные стропила и две вертикальные стойки . [5] Ферма королевской стойки увеличивает пролет, а в сочетании с сращенными соединениями в более длинных элементах увеличивает полезный пролет ферм этих типов. Как и в случае с королевским столбом, королевские столбы можно заменить железными стержнями и, таким образом, назвать фермой из королевских стержней. Эта ферма часто известна как палладиана (палладианская ферма) в Италии, поскольку ее часто использовал архитектор эпохи Возрождения Андреа Палладио . [6] [a] Иногда палладианскую ферму определяют как составную ферму с фермой королевской стойки и королевской стойки в одной сборке. [7]
Ферму королевской стойки и ферму королевской стойки можно объединить, используя натяжную балку фермы королевской стойки в качестве связующей балки для фермы королевской стойки, указанной выше. [8] Такие комбинации известны как составные фермы.
Liegender Stuhl – ферма немецкого происхождения; немецкое название используется в Америке . Эта ферма встречается в некоторых зданиях 18-го и 19-го веков, где немцы поселились в США. Дословный перевод — «лежачий стул», что означает, что верхние пояса расположены под углом или наклонены (а в данном случае стул в смысле опоры). столб или ферму). [9] Плотники в Нидерландах также использовали эту ферму, где она пишется как liggende stoel. [10]
Противоположностью является «Stehender Stuhl», распространенный тип фермы крыши, в котором простые вертикальные стойки заменяют более сложную опорную конструкцию на изображении (выделена синим цветом).
Не имея связующей балки, [11] арочная ферма (арочная раскоса) [12] придает более открытый вид внутренней части крыши. Основные стропила соединены между собой балкой с воротником, поддерживаемой парой арочных раскосов, которые придают конструкции жесткость и помогают передавать вес крыши через основные стропила на несущую стену. Ферма с двумя арками [12] имеет вторую пару арочных связей внизу, от стропила до блока или внутреннего подоконника: из-за цилиндрического внешнего вида эту форму называют вагонной, люлькой, бочкой или туннельной крышей. [13]
Крыша с балками-молотами стала кульминацией развития арочных ферм, позволяющих перекрывать большие пространства. Крыша Вестминстер-холла в Лондоне, спроектированная Хью Херландом и установленная между 1395 и 1399 годами, была самым большим помещением с деревянной крышей в средневековой Европе, охватывающим расстояние чуть более 20 метров (66 футов). [14] Считается, что это лучший пример фермы-молота в Англии. [15]
Фермы с молотковой балкой могут иметь одну или несколько молотковых балок. Крыша с фальш-молотом (ферма) имеет два определения: 1) на молотковой балке нет молотковой стойки [16] [17], как иногда встречается в ферме с арочными раскосами [18] или; 2) Балка молотка соединяется со стойкой молотка вместо того, чтобы стойка молотка приземлялась на балку молотка. [19]
Ножничная ферма получила свое название из-за того, что по форме напоминает ножницы (ножницы). Двумя определяющими особенностями ножничной фермы являются: 1) стык, где проходят нижние пояса (шарнир ножниц), должен быть прочно соединен и 2) стропильные ноги (верхний пояс) должны приземляться на нижние пояса. Если нижние пояса соединяются с нижней стороной верхних поясов, говорят, что конструкция имеет «ножничные связи» [20], а не ножничную ферму.
Было доказано, что конструкции постоянных связей могут улучшить боковую устойчивость ферм крыши , особенно с J-поясами. Непрерывные боковые распорки могут предотвратить негативное воздействие боковых сил, поскольку они устанавливаются по диагонали для закрепления хорды . Однако влияние постоянных раскосов на стенку фермы различно, учитывая, что длина пояса будет определять количество мест раскосов. [21]
Сборные деревянные фермы дают преимущества при строительстве зданий благодаря точности машинного изготовления и, как правило, требуют меньшего количества древесины. [22] Однако это не учитывает изменения в конструкции конкретного объекта, которые требуют индивидуальной конструкции фермы.
Проблемы обслуживания деревянных ферм не ограничиваются новыми строительными проектами. Визуальную оценку можно использовать для оценки состояния исторических ферм. Это, наряду с испытаниями на несущую способность, можно использовать для определения наилучших возможных решений по ремонту старых ферменных систем. Для ремонта можно использовать металлические пластины и подходящий старинный материал, хотя 100% восстановление материала может быть затруднено, если деревянная ферма испортилась. Деревянные фермы MPC (Metal Plate Connected) обычно изготавливаются из обработанной древесины (пиломатериалов), а не из древесины (столбы из круглого дерева). [23]
Самые ранние соединения деревянных ферм состояли из шипо-пазовых соединений и, скорее всего, были изготовлены на строительной площадке из столбов. Поскольку большинство ранних ферм делались из необработанных столбов , последующая усадка приводила к растрескиванию в соединениях пазов и шипов . Кроме того, шипо-пазовые соединения в старых фермах располагались в самом слабом месте стойки, что ускоряло выход из строя. Большая часть ранних конструкций соединений ферм предполагала поведение конструкции под нагрузками. Вот почему отверстия были просверлены немного не по центру, что позволяло колышку естественным образом стягивать столбы вместе под действием силы тяжести. [24]
Примечания
Цитаты
Библиография