21.06.2017
Гидроизоляция в комнате, где будет устанавливаться ванна или душ, должна быть качественной, ведь именно здесь возможны постоянные...


21.06.2017
Мрамор появляется в результате соединения известняка и доломита под воздействием перекристаллизации различных осадочных пород в...


21.06.2017
Трактор - это техника, без которой сложно представить выполнение дорожно-строительных, землеройных и других работ. Именно поэтому...


20.06.2017
При монтаже пластиковых окон немаловажным пунктом является оформление ее откосов. Для отделки проемов используется материал, из...


20.06.2017
Первые недели жизни малышу требуется на сон не менее 18 часов в сутки. Поэтому очень важно правильно организовать место для сна....


20.06.2017
Утепление или же преобразование лоджии собственными силами, как и при работе профессионалов, всегда начинается с робот по ее...


Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

09.07.2016

Типы ферм

Фермами называют геометрически неизменяемые решетчатые конструкции, жесткость узлов которых незначительно влияет на работу стержней и потому допускает рассматривать эти конструкции как шарнирно-стержневые системы.
Фермы образуют замкнутые, обычно пространственные геометрически неизменяемые фигуры, например: мосты, мачты, затворы гидротехнических сооружений и др. Для удобства расчета пространственные фигуры расчленяют на плоские. При этом следует учитывать связь в работе отдельных плоских элементов, составляющих пространственную фигуру, в результате которой эти элементы могут быть дополнительно нагружены или разгружены. В особо ответственных случаях пространственные фермы следует рассчитывать как пространственные шарнирно-стержневые системы или как эквивалентные сплошностенчатые оболочки.
Различают фермы: двухопорные (разрезные), многоопорные (неразрезные) и консольные. Многоопорные фермы вследствие разгружающего влияния реакций промежуточных опор на величину пролетных изгибающих моментов испытывают меньшие усилия в поясах, чем двухопорные, но большие усилия в решетке у промежуточных опор. Неразрезные фермы легче разрезных. Однако свойственные неразрезным конструкциям недостатки (большая зависимость усилий в стержнях от осадки опор, сложность монтажа, необходимость повышенной точности монтажных соединений, накопление температурных деформаций и др.) делают применение неразрезных ферм целесообразным в относительно редких случаях. Двухопорные фермы могут быть свободно оперты или защемлены.
В современном промышленном и гражданском строительстве используют главным образом разрезные свободно опертые фермы или фермы, входящие в качестве ригеля в рамы каркасов.
Фермы с консолями, как и неразрезные, испытывают меньшие усилия в поясах и потому несколько легче простых разрезных. Они меньше, чем неразрезные, чувствительны к осадкам опор и температурным колебаниям, что особенно важно для длинных сооружений. Однако изготовление консольных ферм в сочетании с подвесными сложно из-за промежуточных шарниров и меньшей повторяемости элементов; также более сложен и монтаж их вследствие нарушения последовательности установки ферм. Поэтому сочетание консольных и подвесных ферм допустимо только в тех случаях, когда получаемая экономия в весе может оправдать усложнение и замедление темпов изготовления и монтажа. Однопролетные консольные фермы широко применяют в конструкциях кранов перегружателей, козловых кранов и во многих других случаях.
Металлические фермы условно делят на легкие и тяжелые. К легким фермам относят такие, узлы которых конструируют с помощью одной фасонной вставки (или приставки) и даже совсем без вставок и приставок. В противоположность этому к тяжелым относят фермы, у которых каждый узел образован с помощью двух параллельно расположенных фасонных вставок или приставок, а стержни, как правило, имеют двустенчатое сечение, чаще всего H- или П-образное.
Из легких ферм выделяют в особые группы прутковые и фермы с жестким сжатым поясом. Первые применяют в покрытиях зданий; вторые — в крановых и подкрановых мостах, а также в железнодорожных мостах с ездой по верхнему поясу, когда сжатый пояс испытывает значительные изгибающие моменты от подвижной нагрузки.
Очертание контура

Теоретически наивыгоднейшим очертанием контура фермы является такое, при котором ее контур соответствует очертанию эпюры моментов. Например, при равномерно распределенной нагрузке и горизонтальном нижнем поясе верхний пояс очерчен по дуге параболы (рис. V—I), а при одном сосредоточенном грузе в пролете — треугольная ферма. В этом случае усилия будут возникать только в поясах; в стержнях решетки усилия теоретически равны нулю. В действительности, вследствие некоторой неравномерности реальных нагрузок, конструктивных эксцентриситетов и других неизбежных факторов элементы решетки испытывают весьма незначительные усилия.
Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

Вес ферм с параболическим поясом несколько меньше (примерно на 8%), чем вес ферм с параллельными поясами или трапециевидных, запроектированных при тех же условиях. Однако изготовление ферм с криволинейным поясом много сложнее и требует больше времени (изгиб элементов, составляющих пояс; обрезка узловых фасонок по кривой; разметка криволинейных элементов и т. п.). Кроме того, в элементах криволинейного пояса возникают значительные изгибающие моменты M=Nf, существенно ухудшающие работу пояса. Ухудшают работу пояса и начальные напряжения, возникающие в элементах криволинейного очертания при их гнутье. Поэтому в современном строительстве не применяют фермы с криволинейным стальным поясом. Многоугольное очертание одного из поясов фермы с частью узлов, расположенных по дуге параболы (на рисунке V—1,б они отмечены черточками), также обеспечивает малые усилия в стержнях решетки и относительно меньший вес ферм; оно не требует изгиба элементов, шаблонировки и разметки по кривым. Однако необходимость в каждом узле с переломом пояса устраивать стыки и дополнительный расход материалов на накладки и средства соединения в стыках сильно усложняют изготовление и увеличивают стоимость таких многоугольных (полигональных) ферм. Для легких ферм, в которых влияние собственного веса незначительно и экономия на расходе металла невелика, многоугольные фермы используют редко. Наиболее часто в легких фермах применяют прямолинейное очертание с параллельно расположенными поясами или с наклонным верхним поясом для образования скатов кровли — трапециевидные фермы (см. рис. V—1, в, г).
Если рассчитать каждую из ферм, представленных на рисунке V—1, при одинаковых равномерно распределенных нагрузках, пролетах и высотах, а затем сравнить результаты, то окажется, что величина наибольшего усилия в поясах треугольной фермы почти в 2 раза превосходит аналогичную величину поясных усилий остальных ферм.
Разница в величине наибольших поясных усилий остальных ферм незначительна (до 15%) и не очень влияет на конструирование таких ферм и на их вес. Треугольные же фермы вследствие весьма больших усилий в поясах всегда значительно тяжелее ферм остальных типов. Поэтому применение треугольных ферм ограничено: стропильные покрытия с кровлей, требующей крутых скатов, а также стрелы грузоподъемных кранов, некоторых землеройных машин и др. Такие треугольные фермы часто опираются в верхнем узле и в одном из крайних. Верхний опорный узел при этом часто располагается не посредине пролета, а ближе к крайнему опорному (например, стрелы шагающих экскаваторов, горизонтальные стрелы башенных кранов и др.).
Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

На рисунке V—2 представлена эпюра моментов от равномерно распределенной нагрузки (пунктир) и контуры ферм одинаковой высоты: с параллельными поясами и треугольной. При постоянном сечении поясов эти контуры в некотором масштабе и приближенно представляют эпюру моментов, которые могут быть восприняты фермами. Контур первой фермы как бы описан вокруг эпюры моментов, контур второй — на всем протяжении вписан в эту эпюру. Максимальные усилия в поясах ферм с параллельно расположенными поясами, а также трапециевидных, описанных около эпюры моментов, находятся в середине пролета и резко падают к опорам. Величина изгибающих моментов к опорам уменьшается, а плечо пары внутренних усилий в фермах с параллельными поясами остается по всему пролету постоянным. В трапециевидных фермах плечо пары внутренних сил уменьшается к опорам менее быстро, чем убывают ординаты эпюры моментов. Плечи пар внутренних усилий в поясах треугольных ферм на всем их протяжении остаются меньше, чем в фермах с параллельными поясами или трапециевидных. При этом плечи внутренних пар в треугольных фермах уменьшаются к опорам быстрее, чем убывают ординаты эпюры моментов, что вызывает в треугольных фермах возрастание поясных усилий к опорам (рис. V—3).
Более рациональное очертание поясов представлено на рисунке V—2, в. Верхний пояс очерчен двумя прямыми, касательными к эпюре моментов или секущими ее так, чтобы отношения M1:h1 и M2:h2 были близки между собой. В таких фермах очертание поясов наиболее близко подходит к эпюре моментов, поэтому усилия в отдельных панелях поясов меняются очень мало, приближаясь к минимальным теоретически необходимым; усилия в стержнях решетки тоже малы. Наибольшие усилия в поясах возникают около четвертей пролета. Применять такие фермы весьма целесообразно; их часто используют в покрытиях помещений с подвесным потолком и железной кровлей. При этом крайние панели нижнего пояса (их усилие равно нулю) и стойки обычно исключают, и фермы опирают верхними крайними узлами (рис. V—2, в, правая половина). Если фермы опираются на стальные стойки и имеют момент в опорном узле, соединение фермы со стойкой осуществляют, как показано на рисунке V—2, г.
Очертание поясов ферм существенно влияет не только на работу самих поясов, но и на работу решетки. Выше отмечалось, что в параболических и многоугольных фермах элементы решетки нагружены очень слабо. В фермах с параллельными поясами, треугольных и трапециевидных (с малым уклоном поясов) решетка, наоборот, испытывает очень большие усилия.
Наибольшие усилия стержней решетки таких ферм в 2—3 раза превосходят аналогичные усилия ферм с криволинейным поясом (при расчетной для последних несимметричной нагрузке). Это оказывает существенное влияние на расход материалов для стержней решетки и на конструирование узлов.
Усилия в стержнях решетки треугольных ферм возрастают от опор к середине пролета, а в фермах с параллельными поясами и трапециевидных со слабым уклоном верхнего пояса, наоборот, — от середины к опорам.
Высота ферм

После решения вопроса об очертании контура фермы проектировщик должен назначить ее высоту. С увеличением высоты фермы усилия в поясах падают и уменьшается расход металла на пояса. Однако с увеличением высоты фермы возрастает длина раскосов и стоек и, следовательно, расход металла на них. Кроме того, удлинение сжатых элементов решетки сопровождается повышением их гибкости, что, в свою очередь, требует увеличения поперечных размеров сжатых элементов и повышает расход металла. Таким образом, с ростом высоты фермы вес поясов уменьшается, а вес решетки возрастает.
Наивыгоднейшая теоретическая высота фермы — та, при которой вес поясов приближается к весу решетки. На практике от такого соотношения отступают, и вес решетки часто составляет менее половины веса поясов (0,4—0,25 общего веса фермы с учетом фасонок). Следует отметить, что отступления от теоретической наивыгоднейшей высоты фермы в сторону ее уменьшения приводят к медленному росту веса фермы, но зато способствуют уменьшению объема перекрываемого помещения, улучшению архитектурного вида и т. п.
Наименьшая высота ферм определяется требованиями жесткости — величиной допускаемого прогиба. Чем меньше величина допускаемого прогиба и чем больше напряжения в элементах ферм от нагрузки, при которой проверяют прогиб, тем большей должна быть назначена высота ферм. Поэтому в фермах, изготовленных, например, из сталей с большим расчетным сопротивлением, приходится иногда назначать большую высоту, чем в фермах из обыкновенных углеродистых сталей. Высота ферм должна быть увязана с желательным углом наклона раскосов к поясу и размером отдельной панели.
Если фермы или их части предполагается перевозить по железным или автомобильным дорогам, при назначении высоты ферм следует учитывать размеры соответствующих сооружений.
С учетом указанных обстоятельств высоту h легких ферм назначают в довольно широких пределах: с параллельными поясами и трапециевидных с малым уклоном пояса — от 1/5 до 1/20 пролета (l); стропильных ферм покрытий и ригелей затворов гидротехнических сооружений — h = (1/7-18)l. В фермах мостовых кранов h = (1/12-1/15)l; в фермах связей до 1/20l, а в треугольных фермах h = (1/4-16)l. Для ферм, показанных на рисунке V—2, в, рекомендуемая высота h = (1/5-1/5,5)l. В дальнейшем изложении эти рекомендации будут конкретизированы.
Схемы решеток

Встречающиеся в стальных фермах решетки весьма разнообразны. Их классифицируют по многим признакам.
По внешнему виду фигур, образуемых стержнями решетки и поясов: треугольная (рис. V—4, а—и), ромбическая (рис. V—4, к, л), прямоугольная (безраскосная, рис. V—4, м).
Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

По наличию (или отсутствию) раскосов и стоек: раскосная с основными стойками (рис. V—4, а, б), раскосная без стоек (рис. V—4, в); раскосная с дополнительными стойками (рис. V—4, г, д); безраскосная (рис. V—4, м); в ферме на рисунке V—4, г стойки поставлены для уменьшения длины панели сжатого пояса и могут быть изъяты без нарушения геометрической неизменяемости фермы; в ферме рисунка V—4, д дополнительные стойки и подвески уменьшают длину обоих поясов; средняя стойка в ферме на рисунке V—4, е является основной, а две промежуточные — дополнительными.
По направлению раскосов: с постоянным направлением раскосов; с нисходящими раскосами от опоры в сторону максимальных моментов (растянутыми, рис. V—4,а); с восходящими раскосами (сжатыми) (рис. V—4, б); с переменным направлением раскосов (рис. V—4, в—е).
По числу раскосов в одной панели; однораскосные (рис. V—4, а—е); двухраскосные (с перекрестной решеткой, рис. V—4, и) или многораскосные (рис. V—4, к), полураскосные (рис. V—4, з).
Решетки, образующие системы статически определимые (рис. V—4, а—з, к) и статически неопределимые (рис. V—4, и, л, м, н).
При выборе типа решетки следует стремиться к наиболее простому ее начертанию, ясному в отношении распределения усилий между стержнями и обеспечивающему удобство изготовления. Для уменьшения расхода стали на решетку и снижения трудоемкости изготовления следует выбирать такую схему решетки, которая имеет наименьшее число промежуточных стержней и наименьшую суммарную длину их, наименьшее число промежуточных узлов и наибольшую повторяемость типов стержней и типов узлов.
Кроме того, желательно, чтобы более длинные элементы решетки (раскосы) работали преимущественно на растяжение, а более короткие (стойки) — преимущественно на сжатие, так как на работе коротких сжатых стержней меньше сказывается влияние продольного изгиба, чем на работе длинных.
Наименьшее число стержней решетки и наибольшую повторяемость типов стержней и узлов дает безраскосная решетка (рис. V—4, м). Однако фермы с безраскосной решеткой в стальных конструкциях почти не применяют, потому что для работоспособности такой системы необходима жесткая заделка элементов, сходящихся в каждом узле. Сами же элементы, помимо осевых усилий, подвергаются воздействию еще и значительных изгибающих моментов. Эти обстоятельства заставляют увеличивать поперечные размеры поясов и стоек и усложнять конструкцию узлов, что и делает применение таких ферм в обычных случаях нерентабельным. Следует отметить, что само отнесение безраскосных систем с жесткими узлами к разряду ферм противоречит основному определению ферм, как шарнирно-стержневых систем.
При заданном угле наклона (то есть постоянном для всех сравниваемых ферм) раскосов к поясу решетка с переменным направлением раскосов без стоек (рис. V—4, в) имеет наименьшее число узлов и стержней и наименьшую суммарную длину их. Однако при такой решетке длина панелей сжатого пояса получается в 2 раза больше, чем при решетке с постоянным направлением раскосов. Это ухудшает условия работы сжатого пояса, увеличивая гибкость его в плоскости фермы, что, в свою очередь, требует повышенного расхода стали. Кроме того, длинные панели нежелательны в тех поясах ферм, по которым перемещаются подвижные нагрузки, например в мостовых кранах и подкрановых фермах. В длинных панелях таких ферм возникали бы большие изгибающие моменты при нахождении подвижного груза между узлами. Сказанное относится и к фермам затворов гидротехнических сооружений, если вода давит непосредственно на один из поясов.
Чтобы уменьшить длину панелей пояса при переменном направлении раскосов, ставят дополнительные стойки (рис. V—4, г, е). В этом случае число промежуточных стержней решетки и число узлов также оказываются меньше, чем при постоянном направлении раскосов.
Если способ загружения потребует уменьшения длины панелей и по нижнему поясу, что достигается постановкой подвесок (рис. V—4, д), то ферма с переменным направлением раскосов почти утратит свои преимущества перед фермами с постоянным направлением раскосов. Ее преимущество и в этом случае: меньшее число стержней, принимающих участие в передаче поперечной силы с пролета на опоры; путь поперечной силы оказывается как бы короче. Из опыта проектирования стропильных ферм известно, что замена решетки с переменным направлением раскосов решеткой с постоянным направлением их сопровождается увеличением общего веса ферм на 4—6%.
Достоинством ферм с постоянным направлением раскосов являются однотипность узлов и возможность назначить такое направление раскосов, при котором все они в основном будут растянуты, а стойки, более короткие элементы, — сжаты.
Угол наклона раскосов к поясу оказывает существенное влияние на величину усилий, а следовательно, на сечение и вес раскосов. Теоретический анализ изменения веса ферм в зависимости от изменения величины угла между раскосами и поясами показывает, что в фермах с переменным направлением раскосов этот угол желательно принимать около 45° (отношение высоты фермы к длине панели от 0,8:1 до 1,2:1), а в фермах с постоянным направлением раскосов — около 35° (tg 35°=0,7). Во всех случаях для улучшения конструкции узлов углы между раскосами и поясами следует назначать в пределах от 30 до 60°.
Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

Полураскосная решетка (рис. V—4, з) по сравнению с простой раскосной (однораскосной) имеет значительно больше стержней и узлов. Фермы с такой решеткой обычно получаются тяжелыми и трудоемкими. Достоинство полураскосной решетки заключается в уменьшении в 2 раза свободной длины стоек, а следовательно, и их гибкости в плоскости фермы; длина отдельного полураскоса меньше длины раскоса. В основных несущих фермах такую решетку применяют редко (в конструкциях ног козловых кранов и кранов перегружателей). Чаще полураскосную решетку применяют в фермах связей, устраиваемых между поясами основных несущих ферм для раскрепления последних в пространстве. Полураскосную решетку применяют, когда длина панелей значительно меньше, чем высота фермы, и когда угол между направлением пояса и целого раскоса не укладывается в рекомендуемые пределы (рис. V—5).
При равномерной нагрузке в фермах с параллельными поясами и в трапециевидных с малым наклоном поясов на растяжение работают нисходящие раскосы, в треугольных фермах, наоборот, — восходящие (рис. V—6). Восходящие раскосы в фермах с параллельными поясами и нисходящие — в треугольных фермах сжаты. При растянутых раскосах стойки оказываются сжатыми, а при сжатых раскосах стойки растянуты. Это указание не распространяется на дополнительные стойки. Усилия последних зависят только от направления внешних узловых нагрузок: если нагрузки направлены внутрь контура, то дополнительные стойки сжаты, если наружу — растянуты.
В отмеченном характере работы решетки нетрудно убедиться методом рассечения. В ферме с параллельными поясами и нисходящими раскосами (рис. V—6, а) опорная реакция (А=4Р) больше суммы узловых нагрузок, лежащих левее сечения I—I (ΣP=2,5P), а потому для равновесия отсеченной части необходимо, чтобы раскос был растянут. По той же причине усилие в стойке (сечение II—II) должно быть направлено вниз, то есть к узлу левой части. Это означает, что стойка сжата. В треугольной ферме с восходящими раскосами (рис. V—6, б) у левой отсеченной части все моменты внешних сил стремятся вызвать вращение вокруг моментной точки по движению часовой стрелки; следовательно, уравновешивающее усилие раскоса должно сообщать момент обратного направления, то есть усилие раскоса должно быть направлено от узла — раскосы растянуты, а стойки, наоборот, сжаты. Изменение направления раскосов вызывает и изменение направления усилий в них и стойках.
Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

В трапециевидных фермах с большим уклоном верхнего пояса (рис. V—6, в) только в двух-трех крайних панелях раскосы и стойки работают так, как в фермах с параллельными поясами. Чем ближе подходит к опорному узлу моментная точка для определения усилий в раскосах и стойках, тем более характер работы элементов решетки в средних панелях приближается к характеру работы решетки в треугольных фермах, то есть нисходящие раскосы средних панелей оказываются сжатыми, а стойки при них — растянутыми; усилия в средних элементах решетки начинают возрастать. Уменьшение уклона верхнего пояса сопровождается быстрым удалением моментной точки от опорного узла, что приближает характер работы решетки в трапециевидных фермах со слабым скатом к работе решетки в фермах с параллельными поясами.
В фермах с параллельными поясами наибольшие усилия испытывают стержни решетки в крайних панелях; по мере удаления от опорных узлов усилия в стержнях решетки падают. Это видно из уравнения равновесия левой отсеченной части (рис. V—6, а):
Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

По мере приближения к середине пролета ΣPi возрастает, а разность А—ΣPi убывает, поэтому при постоянном угле α величина усилия в раскосах падает.
В решетке треугольных ферм по мере приближения к середине пролета усилия в стержнях решетки возрастают. Это объясняется тем, что с удалением стержней решетки от опоры сумма моментов внешних сил относительно точки Риттера возрастает быстрее, чем увеличивается плечо внутреннего усилия рассеченного элемента.
Многораскосные системы (рис. V—4, к) вследствие большой трудоемкости их изготовления и отсутствия ясности в работе отдельных элементов в настоящее время в строительстве не применяют. Лишь двухраскосные системы (рис. V—4, и) применяют часто в фермах связей, которые служат для пространственной жесткости основных ферм. При этом раскосы конструируют из гибких элементов, способных нести только растягивающие усилия. Подобный способ конструирования таких двухраскосных ферм превращает их из статически неопределимых в статически определимые. При любом возможном загружении ферм в каждой панели один раскос будет растянут, а другой — сжат. Вследствие большой гибкости сжатый раскос при ничтожно малых усилиях теряет устойчивость, изгибается и выключается из работы. По этой причине в каждой панели остается работоспособным только один раскос, растянутый при данной комбинации нагрузок, что и обеспечивает статическую определимость такой системы.
Фермы с двухраскосной решеткой, элементы которой способны работать как на растяжение, так и на сжатие, дают при одинаковой нагрузке значительно меньшие прогибы, чем однораскосные фермы. Поэтому их применяют, например, в качестве тормозных ферм подкрановых балок и мостов при быстроходных тележках большой грузоподъемности и при ограниченной высоте этих ферм.
Необходимость в шпренгельной решетке (см. рис. V—4,ж) возникает в фермах с большой высотой, когда при соблюдении желательного угла наклона раскосов к поясу длина панелей получается больше необходимой для поддерживаемой фермой конструкции или больше целесообразной для устойчивости элементов сжатого пояса. Устройство шпренгельной решетки связано с увеличением числа промежуточных узлов и стержней, с увеличением трудоемкости изготовления. Усилия в добавочных стержнях обычно бывают очень незначительны, поэтому сечения их часто подбирают конструктивно, а материал используют далеко не полно. Дополнительные шпренгельные элементы можно вводить не во всех панелях фермы, а лишь в некоторых.
Связи между фермами

Все плоские фермы должны быть раскреплены связями, образующими совместно с ними геометрически неизменяемые пространственные фермы, обычно решетчатые параллелепипеды. Связи располагают в плоскостях обоих поясов главных ферм — так называемые продольные по отношению к раскрепляемым фермам (горизонтальные1) связи, а также в плоскостях опорных и некоторых промежуточных стоек — так называемые поперечные (вертикальные) связи (рис. V—7).
Типы ферм, очертание контура их и схемы решеток

Система связей должна обеспечить устойчивость сжатых поясов в направлении, перпендикулярном плоскостям раскрепляемых ферм, а также общую устойчивость и неизменяемость положения несущих конструкций; принять нагрузки, действующие в направлении, перпендикулярном плоскостям главных ферм, и передать их на ниже лежащие части конструкций и т.д.
Совершенствование форм несущих конструкций

Господствующей формой несущих конструкций является система плоских конструкций, расположенных во взаимно пересекающихся плоскостях (обычно под прямым углом). В простейшем случае они образуют решетчатый параллелепипед. Однако последний не является геометрически неизменяемой пространственной фигурой. Для геометрической неизменяемости и совместности работы всех элементов такого параллелепипеда необходимо ставить значительное количество поперечных связей. Последние играют положительную роль при кручении пространственной конструкции.
Основной способ расчета несущих строительных конструкций состоит в разложении пространственных конструкций и действующих на них сил на три плоские системы, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Затем делают расчет полученных таким путем плоских несущих систем. Дальше иногда учитывают пространственность работы рассматриваемой конструкции путем введения различных поправок, обычно в форме поправочных коэффициентов.
Такой способ оформления несущих конструкций был правильным при использовании сталей обычной прочности, клепаных соединений и плоскостных составляющих элементов — листы, уголки, швеллеры, двутавры и т. п.
За последнее время сварные соединения почти полностью вытеснили клепаные. Бурное развитие металлургии позволяет получать для строительства стали повышенной прочности и пока в ограниченном количестве стали высокопрочные с пределом текучести 45—75 кг/мм2. Для эффективного использования этих материалов необходимо не только усовершенствование, но и коренное изменение существующих форм несущих конструкций и составляющих их элементов.
Известно, что простейшей неизменяемой плоской фигурой является треугольник, простейшим неизменяемым стержневым телом — тетраэдр, а простейшей пространственной фермой — треугольная призма. Все стержни этих систем принимают участие в их основной работе. Дополнительные (связевые) стержни отсутствуют.
Изготовление пространственных треугольных систем из обычных открытых профилей неудобно и трудоемко. Эти системы лучше делать сварными из труб, а в отдельных случаях из равнобоких уголков, согнутых из полос металла под углом 60°. Следует отметить, что наименьший радиус инерции у такого уголка больше, чем у прямоугольного той же площади поперечного сечения. Элементы из тонкостенных труб также обладают значительно большей несущей способностью при сжатии, чем элементы из открытых профилей того же веса.
Замена пространственной фермы в виде параллелепипеда треугольной призмой во многих случаях позволяет снизить расход металла, затраты труда и сроки изготовления несущих конструкций не только из сталей повышенной прочности, но и из обыкновенных сталей.
Применяемые формы стальных конструкций резко снижают экономический эффект от использования в них сталей повышенной прочности и делают почти нецелесообразным по экономическим и технологическим причинам использование высокопрочных сталей. Применение высокопрочных сталей сопровождается значительным уменьшением всех коэффициентов устойчивости (φ, φвн, φб) и увеличением прогибов конструкций. Так, например, использование высокопрочных сталей с σт = 70—80 кг/мм2 в обычных фермах или балках приводит к увеличению их прогибов во столько раз, во сколько расчетное сопротивление этих новых сталей выше расчетного сопротивления стали марки ВСт.3, то есть почти в 3 раза.
Экономически оправданное использование высокопрочных сталей в строительстве может быть достигнуто в разнообразных вантовых и висячих системах. Дальнейшему усовершенствованию и развитию таких систем должно быть уделено большое внимание.