8. Плоскостные сквозные к-ции. Фермы. Распорные к-ции. Основы их конструирования и расчет

Фермы. Выполняются из брусьев, клееной древесины с деревянными и металлическими нижними поясами и стойками. Выбор вида фермы в зависимости от вида кровли, пролета, назначения.

Треугольные фермы применяют, как правило, для кровель требующих значительного уклона. Отношение высоты фермы к пролету принимают:

· для цельнодеревянных ферм 1/5

· для ферм с металлическим нижним поясом 1/6

· для ферм с металлическим нижним поясом и клееным верхним поясом 1/7

Бывают фермы:

· со сжатыми раскосами - а

· с растянутыми раскосами - б.

Расчет. В начале находятся расчетные нагрузки, действующие на ферму (состоят из постоянных и временных). Затем производится геометрический расчет, который заключается в определении длин осей всех стержней фермы и углов их наклона к горизонтальной оси между собой. После этого производится статический расчет, он заключается в определении усилий, действующих в стержнях фермы от всех расчетных нагрузок и их сочетаний. По результатам статического расчета производится подбор сечений, с учетом предельно допускаемых гибкостей:

· для стержней верхнего пояса - 120

· для сжатых стержней решетки - 150

· для стальных стержней нижнего пояса – 400

Проверка напряжений в сечении верхнего пояса производит­ся при сжатии с изгибом по формулам расчета цельнодеревянных элементов.

Расчет узлов деревянных ферм. Расчет узлов деревянных ферм обычно производится на действие максимальных усилий соединяемых в них стержней с учетом углов между их осями.

Многоугольная брусчатая ферма (см.рис) имеет много­угольный брусчатый верхний пояс и треугольно-стоечную решет­ку из брусьев меньшего сечения или из толстых досок. Нижний пояс состоит из стальных уголков. Преимуществом этой фермы являются незначительные усилия в стержнях решетки, что поз­воляет избежать в ней применения стальных элементов. Благо­даря малым углам наклона стержней верхнего пояса эта ферма служит основой покрытия с рулонной кровлей.

Применяются также треугольные малопролетные фермы не­большой несущей способности со стержнями из двойных досок и узловыми соединениями на болтах и гвоздях и такие же фермы со стержнями из одиночных досок, расположенных в одной плоскости, и соединениями на двойных стальных зубчатых пласти­нах.

Узлы многоугольной брусчатой фермы решаются различными вариантами. Опорный узел этой фермы выполняют с применением стального башмака, со­стоящего из опорного листа, двух вертикальных фасонок и на­клонной диафрагмы, служащей опорой опорного бруса верхнего пояса. Стальные уголки нижнего пояса вводятся в зазор между фасонками И крепятся к ним сварными швами. Промежуточные узлы нижнего пояса крепятся с помощью стальных накладок и болтов. Накладки брусьев крепятся к стальной шпильке с на­резками на концах, приваренной к нижнему поясу.

Трапецевидные фермы.В соответствии со своим общим очертанием трапециевидные металлодеревянные фермы имеют небольшой уклон (1/10 - 1/12) верхнего пояса и предназначены для рулонных кровель. Фермы, как правило, двускатные, пролетом 18-24 м. Высота фермы назначается из условия требуемых усилий в поясах и деформативности конструкции.Решетка обычная, треугольная со стойками проектируется в двух вариантах: либо со сжатыми восходящими, либо растянутыми нисходящими опорными раскосами. Восходящие приопорные раскосы проектируются деревянными, а нисходящие - из стали.Верхний пояс от опоры до конькового узла принимается либо из клееной древесины, либо из составных по высоте брусьев на нагельных пластинах. При использовании брусьев в качестве верхнего пояса рекомендуется схема решетки с восходящим сжатым приопорным раскосом.

Двухветвевой нижний пояс выполняется из стальных стержней уголкового профиля, разнесенных на ширину верхнего пояса и элементов решетки. Уголки соединены между собой между узлами на планках. К косынкам, привариваемым к нижнему поясу, на болтах крепятся деревянные раскосы.

Сегментные фермы

Верхний пояс сегментных ферм имеет круговое очертание с постоянным радиусом кривизны. Радиус окружности, по которой очерчена ось верхнего пояса фермы: R=(L²+4f²)/8f/. Половина центрального угла дуги верх. пояса: α=arcsin L/2R. Верхний пояс сегментных ферм может быть выполнен из нескольких отдельных блоков, т.е. разрезным или состоять из двух половин со стыком в коньковом узле - неразрезным. Верхний пояс может выполняться также полностью неразрезным. Сечение пояса принимается прямоугольным, при этом отношение высоты к ширине не более 4. Раскосы фермы выполняются из древесины и снабжены наконечниками из стальных пластин. При неразрезном верхнем поясе расчетная схема фермы представляет собой статически неопределимую систему, и расчетная схема представляет собой раму с неразрезными поясами и шарнирным креплением решетки. При разрезном верхнем поясе в расчетную схему вводятся шарниры в узлы и система рассматривается как статически определимая рама с прямолинейными панелями между узлами. В этом случае расчетный изгибающий момент в середине панели верхнего пояса определяют с учетом обратного момента, возникающего из-за криволинейности верхнего пояса по формуле: М_расч=М_g-Nf₀, где М_g - момент от поперечной внеузловой нагрузки в середине панели как для однопролетной балки, шарнирно опертой в узлах (опорах); N- нормальная сила в панели, центрально приложенная в сечении узлов от нагрузки на всю ферму.

Деревянные арки. Деревянные арки применяются в покрытиях производственных промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий, имеющих пролеты 12 ÷ 60 м. В практике за рубежом имеются отдельные примеры применения арок с пролетом 100 м.

Достоинства деревянных арок:

· архитектурная выразительность деревянных арочных покрытий;

· конструкции арок просты, состоят из минимального числа элементов;

· повышенный предел огнестойкости;

· достаточно длительное сопротивление загниванию и разрушению в химически агрессивных средах.

Классификация арок: а) по статическим схемам: 3-х шарнирная,2-х шарнирная, б) по особенностям опирания: без затяжек, с затяжками(или с нижними поясами) в) по форме осей: сегментные, стрельчатые, треугольные, ломанные

Расчет арок:

Арки являются наиболее рациональным видом современных деревянных конструкций, т.к. являются распорной системой, и имеют горизонтальную опорную реакцию, которая снижает изгибающий момент. Основными нагрузками для арки без подвесного оборудования являются вес ее покрытия, собственный вес арки, вес снега и ветровая нагрузка.

Расчет арок следует начинать со сбора нагрузок.

Снеговая нагрузка: полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяются по формуле

S=S_g*µ

Для арок снеговые нагрузки учитываются только на той части длины дуги арки, где угол наклона касательной к горизонту меньше 50^о.

Для арок кругового очертания и близких к ним по форме снеговые нагрузки рассчитываются по 4 вариантам. Для арок стрельчатого очертания снеговые нагрузки рассчитываются по 6 возможным вариантам.

Ветровая нагрузка: нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки W_m на высоте f над поверхностью земли определяется по формуле

W_m=w_okc

Затем определяются геометрические параметры арки. По длине пролета арка разбивается на ряд равных сечений и вычисляют координаты этих сечений (x, y). В каждом сечении при различных видах загружения вычисляются:

M_k=M_б-Hy_k

N_k=Q_бSinф_k+HCosф_k

Q_k=Q_бCosф_k-HSinф_k

Затем принимаем размеры поперечного сечения арки, исходя из сортамента пиломатериалов, с учетом припуска на механическую обработку.

Сечение арки проверяется по формуле сжато-изгибаемого элемента:

σ_с=N/F+M/Wξ≤(R_u/y_n)m_бm_слm_н

Проверяется устойчивость арки из плоскости изгиба арки:

N/фR_cF_бр+(M_д/ф_мR_uW_бр)ⁿ≤1

Выполняется прочность металлических затяжек. Гибкость затяжек не должна превышать 400.

Проверяется прочность узлов арки.