Стропильные фермы изготавливаются из дерева, из дерева и металла, из металла, из железобетона. Их форма может быть сегментной, полигональной, трапецеидальной, треугольной и прямоугольной с параллельными поясами (рис. 120). По типу решеток фермы имеют не меньшее разнообразие. Решетки делаются раскосными, крестовыми, ромбическими, треугольными, шпренгельными и другими.
В данном случае нас интересуют деревянные и металлодеревянные треугольные и трапецеидальные фермы. Треугольные фермы устанавливаются на верхний обрез стен здания, а трапецеидальные на здания с дремпельными стенами. И еще нам будет интересны фермы для мансардных крыш.
Для понимания того, как работают фермы рассмотрим три классических варианта их конструкций: американскую (английскую), бельгийскую и французскую ферму. Русская конструкция крыши инженера Шухова принципиально отличается от всех перечисленных и по сути фермой уже не является, это стержневая оболочка. Ее мы рассматривать не будем.
Американская (по другим источникам английская) ферма есть логичное продолжение висячей стропильной системы. В которой стропильные ноги (верхний пояс фермы) упираются верхом друг в друга, а по низу (нижний пояс фермы) связаны затяжкой. Для того, чтобы затяжка не прогибалась она прикреплена к коньку бабкой (вертикальной связью). Для того, чтобы не прогибались стропильные ноги их подпирают раскосами. В этой ферме все логично и понятно. Верхний пояс и раскосы работают на сжатие, нижний пояс и бабки — на растяжение. Количество бабок и раскосов может быть увеличено. Сжатые и растянутые элементы изготавливают из дерева, но в растянутых дерево можно заменить металлом. На рисунке 121 сжатые элементы изображены двойной линией, а растянутые — одинарной.
Французская ферма инженера Полонсо состоит из подпружиненных стропильных ног (шпренгельных балок) аналогичных изображенным на рисунке 59. Для того, чтобы стропильная нога не прогибалась её, подпирают шпренгелем, который снизу зажимают растянутой связью. Ферма получается стыкованием двух стропильных ног и связыванием их на уровне шпренгеля затяжкой. Которую, при необходимости, подвешивают к коньку бабкой предотвращающей прогиб. При необходимости количество шпренгелей может быть увеличено (рис. 122). Другое название ферм Полонсо — растяжные фермы. В них все элементы кроме верхнего пояса и шпренгелей работают на растяжение.
Бельгийская ферма аналог фермы Полонсо, но шпренгели здесь не обязательно стыкуются с верхним поясом под прямым углом. Угол может быть другим, бабка здесь не вертикальная, а наклонная. А подкос может быть, как наклонным, так и вертикальным. Таким образом бельгийская ферма получается противоположностью американской ферме. Бабки (растянутые связи) и подкосы (сжатые связи) поменяли свои места (рис. 123).
Нужно запомнить одно правило. В стропильных фермах верхний пояс сжат, нижний — растянут, нисходящий раскос сжат, восходящий — растянут. Все растянутые элементы можно заменить на металлическую проволоку (полосу или профиль). И, как уже говорилось, на узлы ферм можно передать сосредоточенную нагрузку путем укладки прогонов, на которые можно будет опереть второстепенные стропила или кровлю из крупноразмерных деталей (волнистые асбестоцементный листы, профнастил и др.) Либо обрешетить верхний пояс ферм и тем самым нагрузить их равномерно распределенной нагрузкой. Пример нагружения фермы сосредоточенными силами приходящими в узлы можно посмотреть на рисунке 62 и рисунке 124.
