Деревянная ферма крыши — это структурный каркас из бревен, предназначенный для перекрытия пространства над комнатой и обеспечения поддержки крыши. Фермы обычно располагаются на регулярных интервалах, соединенных продольными брусьями, такими как прогоны . Пространство между каждой фермой называется пролетом . [ 1]
Стропила имеют тенденцию к сплющиванию под действием силы тяжести, давя наружу на стены. Для больших пролетов и более тонких стен это может опрокинуть стены. Пары противоположных стропил изначально связывались вместе горизонтальной стяжной балкой, образуя сопряженные стропила. Но такие крыши были структурно слабыми и, не имея какой-либо продольной поддержки, они были склонны к раскачке, обрушению в результате горизонтального движения. Деревянные стропильные фермы были более поздним, средневековым развитием. [2] Стропильная ферма скреплена крест-накрест в устойчивый, жесткий блок. В идеале она уравновешивает все боковые силы друг против друга и давит только прямо вниз на опорные стены. На практике боковые силы могут возникать, например, из-за ветра, чрезмерной гибкости фермы или конструкций, которые не допускают небольших боковых перемещений концов фермы.
Верхние элементы фермы известны как верхний пояс , нижние элементы как нижний пояс, а внутренние элементы как перемычки. В историческом плотницком деле верхние пояса часто называются стропилами , а нижний пояс часто упоминается как анкерная балка . Существует два основных типа деревянных кровельных ферм: закрытые, в которых нижний пояс горизонтален и находится у подножия фермы, и открытые, в которых нижние пояса подняты, чтобы обеспечить больше открытого пространства, также известные как фермы с поднятым нижним поясом. [3]
Для описания стропильных крыш используется два понятия: закрытые и открытые.
Закрытая ферма:
Открытая ферма:
Ферма с цапфой имеет два главных стропила, затяжную балку и центральную вертикальную цапфу . [5] Самая простая из ферм, она обычно используется в сочетании с двумя угловыми стойками.
Король обычно находится под напряжением и требует довольно сложных соединений с балкой-затяжкой и основными стропилами. В варианте, известном как ферма с королевским болтом (стержнем), король заменяется металлическим болтом (стержнем), обычно из кованого железа.
Ферма с королевским столбом имеет два основных стропила и два вертикальных королевских столба . [5] Ферма с королевским столбом увеличивает пролет, а в сочетании с стыковыми соединениями в более длинных элементах увеличивает полезный пролет для ферм этих типов. Как и в случае с королевским столбом, королевские столбы могут быть заменены железными прутьями и, таким образом, называться фермой с королевским столбом. Эта ферма часто известна как палладианская (палладианская ферма) в Италии, так как ее часто использовал архитектор эпохи Возрождения Андреа Палладио . [6] [a] Иногда палладианскую ферму определяют как составную ферму с королевским столбом и фермой с королевским столбом в одной сборке. [7]
Ферму с королевской стойкой и ферму с королевской стойкой можно объединить, используя растягивающую балку фермы с королевской стойкой в качестве связующей балки для фермы с королевской стойкой, расположенной выше. [8] Такие комбинации известны как составные фермы.
Liegender Stuhl — ферма немецкого происхождения; немецкое название используется в Америке . Эта ферма встречается в некоторых зданиях XVIII и XIX веков, где немцы поселились в США. Дословный перевод — «лежачий стул», «лежа» означает, что верхние пояса наклонены или наклонены (и стул в смысле опоры, в данном случае столба или фермы). [9] Плотники в Нидерландах также использовали эту ферму, где она пишется как liggende stoel. [10]
Противоположностью является «Stehender Stuhl» — распространенный тип стропильной фермы, в котором простые вертикальные стойки заменяют более сложную опорную конструкцию на изображении (выделена синим цветом).
Не имея стяжной балки, [11] арочная ферма (арочная распорка) [12] придает более открытый вид внутренней части крыши. Основные стропила соединены хомутовой балкой, поддерживаемой парой арочных распорок, которые придают жесткость конструкции и помогают передавать вес крыши вниз через основные стропила на опорную стену. Двойная арочная ферма [12] имеет вторую пару арочных распорок ниже, от стропила к блоку или внутреннему подоконнику: эта форма называется крышей вагона, люльки, бочки или туннеля из-за этого цилиндрического вида. [13]
Крыша с балками-молотами стала кульминацией развития арочно-упорной фермы, позволив перекрывать большие пространства. Крыша с балками-молотами Вестминстерского зала в Лондоне, спроектированная Хью Херландом и установленная между 1395 и 1399 годами, была крупнейшим деревянным кровельным пространством в средневековой Европе, охватывая расстояние чуть более 20 метров (66 футов). [14] Она считается лучшим примером фермы с балками-молотами в Англии. [15]
Фермы с балками-молотами могут иметь одну балку-молот или несколько балок-молотов. Ложная крыша с балками-молотами (ферма) имеет два определения: 1) На балке-молоте нет стойки-молота [16] [17] , как иногда встречается в арочных фермах [18] или; 2) Балка-молот присоединяется к стойке-молоту вместо того, чтобы стойка-молот приземлялась на балку-молот. [19]
Ножничная ферма получила свое название из-за формы, напоминающей пару ножниц. Две определяющие характеристики ножничной фермы: 1) соединение, где проходят нижние пояса (шарнир пары ножниц), должно быть прочно соединено и 2) стропильные ноги (верхний пояс) должны приземляться на нижние пояса. Если нижние пояса соединяются с нижней стороной верхних поясов, то сборка называется «ножничной распоркой» [20], а не ножничной фермой.
Было доказано, что постоянные конструкции распорок могут улучшить боковую устойчивость ферм крыши , особенно с поясами j. Непрерывные боковые распорки могут предотвратить негативные эффекты боковых сил, будучи диагонально установленными для укрепления пояса . Однако существуют переменные эффекты постоянных распорок на стенке фермы, учитывая, что длина пояса будет определять количество мест расположения распорок. [21]
Сборные деревянные фермы имеют преимущества при строительстве зданий за счет точности машинной сборки и, как правило, требуют меньше древесины. [22] Однако это не учитывает изменения в конструкции, зависящие от конкретного участка, которые требуют индивидуальной конструкции фермы.
Проблемы обслуживания деревянных ферм не ограничиваются новыми строительными проектами. Визуальная оценка может использоваться для проведения оценки состояния исторических ферм. Это, наряду с испытаниями на несущую способность, может использоваться для определения наилучших возможных решений по ремонту старых систем ферм. Металлические пластины и правильный материал того периода могут использоваться для ремонта, хотя 100% восстановление материала может быть затруднительным, если деревянная ферма испортилась. Деревянные фермы MPC (Metal Plate Connected) обычно изготавливаются из строганной древесины (пиломатериалов), а не из древесины (круглых столбов). [23]
Самые ранние деревянные ферменные соединения состояли из соединений «паз-шип» и, скорее всего, изготавливались на строительной площадке вместе со столбами. Поскольку большинство ранних ферм изготавливались из невыдержанных столбов , последующая усадка приводила к образованию трещин в соединениях «паз-шип» . Кроме того, соединения «паз-шип» в старых фермах располагались в самой слабой точке столба, что ускоряло разрушение. Многие из ранних конструкций соединений ферм предполагали структурное поведение под нагрузкой. Вот почему отверстия сверлились немного не по центру, что позволяло штифту естественным образом стягивать столбы вместе под действием силы тяжести. [24]
Примечания
Цитаты
Библиография