Гратчасті стійки

Застосовують частіше за все як стиснуто-згинані стійки рам. Вони можуть бути з паралельними поясами або з одним похилим поясом. Різновидом останньої є трикутні стійки.

Рис.44 - Гратчасті стійки

а) прямокутна; б) трикутна

Елементи гратчастих стійок з'єднуються у вузлах на болтах.

Рис. 45 - Переріз гратчастої стійки

а) пояси з двох віток, гратка з одної; б) пояси і гратка з однієї вітки.

Якщо гратка виконана з однієї вітки, а пояси - з двох (мал. 7а), то гратка пропускається між вітками поясів і кріпиться безпосередньо до останніх. Якщо пояси і гратка виконуються одновітковими (рис. 7б), то поєднання елементів решітки з поясами виконується встик, і вузли конструюються зі сталевими накладками на болтах.

Стійки з паралельними поясами можуть бути ступінчастими. У цьому випадку на більш високий зовнішній пояс спираються несучі конструкції покриття, а на внутрішній - підкранові балки.

Розрахунок стійок

Обчислення зусиль в стійках виконують з урахуванням прикладених до стійки навантажень.

Середні стійки

Середні стійки каркасу будівлі працюють і розраховуються як центрально стиснуті елементи на дію найбільшого стискаючого зусилля N від власної ваги всіх конструкцій покриття (G) і снігового навантаження (Рсн).

Рис. 46 - Навантаження на середню стійку

Розрахунок центрально стиснутих середніх стійок виконують:

а) на міцність

,

де: - розрахунковий опір деревини стиску вздовж волокон;

- площа нетто поперечного перерізу елемента;

б) на стійкість

,

де – коефіцієнт поздовжнього згину;

– розрахункова площа поперечного перерізу елемента;

Навантаження збираються з вантажної площі покриття, що припадає на одну середню стійку ( ).

Рис. 47 - Вантажні площі середньої і крайньої колон

Крайні стійки

Крайня стійка знаходиться під дією поздовжніх по відношенню до осі стійки навантажень (G и Рсн), які збираються з площі і поперечних , і Х. Крім цього від дії вітру виникає поздовжня сила .

Рис. 48 - Навантаження на крайню стійку

G – навантаження від власної ваги конструкцій покриття;

Рсн – - навантаження від ваги снігового покриву;

- вертикальне вітрове навантаження;

- вітрове навантаження від вітру ліворуч (активний тиск вітру);

– вітрове навантаження (пасивний тиск) при вітрі справа;

Х – горизонтальна зосереджена сила, прикладена в точці примикання ригеля до стійки.

У випадку жорсткого защемлення стійок для однопролітної рами:

Рис. 49 - Схема навантажень при жорсткому защемленні стійок в фундаменті

де - горизонтальні вітрові навантаження відповідно від вітру ліворуч і праворуч, прикладені до стійки в місці примикання до неї ригеля.

де - висота опорного перерізу ригеля або балки.

Вплив сил буде істотний, якщо ригель на опорі має значну висоту.

У разі шарнірного обпирання стійки на фундамент для однопролітної рами:

Рис. 50 - Схема навантажень при шарнірному обпиранні стійок на фундамент

Для багатопролітних рамних конструкцій при вітрі зліва p₂ і w₂, а при вітрі справа p₁ і w₁ будуть дорівнювати нулю.

Крайні стійки розраховуються як стиснуто-згинані елементи. Значення поздовжньої сили N і згинальних моментів M приймаються для такого поєднання навантажень, при якому виникають найбільші стискаючі напруження.

Ексцентриситет дорівнює:

Рекомендується визначати як max при наступних поєднаннях навантажень:

1) 0.9 (G + Pc + вітер зліва)

2) 0.9 (G + Pc + вітер праворуч)

3) G + Pc

Для стійки, що входить до складу рами, максимальний згинальний момент беруть як max з обчислених для випадку вітру ліворуч М_л і праворуч М_пр:

,

де е - ексцентриситет прикладання поздовжньої сили N, котра включає найбільш несприятливе поєднання навантажень G, Pc, Pb - кожне зі своїм знаком.

Ексцентриситет для стійок з постійною висотою перерізу дорівнює нулю (е = 0), а для стійок зі змінною висотою перерізу береться як різниця між геометричною віссю опорного перерізу і віссю прикладання поздовжньої сили.

Розрахунок стиснуто - згинаних крайніх стійок виконується:

а) на міцність:

б) на стійкість плоскої форми згину при відсутності закріплення або при розрахунковій довжині між точками закріплення l_р > 70b² / n за формулою:

Геометричні характеристики, що входять до формули, обчислюються в опорному перерізі. З площини рами стійки розраховують як центрально стиснутий елемент.

Розрахунок стиснутих і стиснуто-згинаних стійок складеного перерізу проводиться за наведеними вище формулами, однак при обчисленні коефіцієнтів φ і ξ в цих формулах враховується збільшення гнучкості стійки за рахунок податливості зв'язків, що з'єднують вітки. Ця збільшена гнучкість названа приведеною гнучкістю λ_n.

Розрахунок гратчастих стійок можна звести до розрахунку ферм. При цьому вітрове рівномірно розподілене навантаження зводиться до зосереджених сил у вузлах ферми. Вважається, що вертикальні сили G, Pc, Pb сприймаються тільки поясами стійки.

Вузли стійок

У верхньому вузлі, де на стійку опирається несуча конструкція покриття, стійка працює на зминання вздовж волокон.

Рис. 51 - Вузол обпирання балки на стійку

Цей вузол має однотипне вирішення для стійок різних видів.

Опорний вузол

Для стійок з цілісних елементів і для клеєних стійок, що працюють на стиск, опорний вузол вирішується простим упором стійки в сталевий черевик, який прикріплений до фундаменту анкерними болтами. Стійки кріплять до черевика болтами, діаметр і число яких визначається з конструктивних міркувань.

У стиснуто-згинаних жорстко защемлених стійках вузол може бути виконаний у вигляді анкерних столиків, прикріплених до стійки болтами.

Вузол сприймає поздовжню силу N і згинальний момент М.

Рис. 52 - Вузол обпирання стійки на фундамент

Розрахунок опорного кріплення виконують при поєднанні навантажень, що викликають найбільше розтягуюче зусилля N_р в кріпильних елементах:

де N і M поздовжня сила і згинальний момент в опорному перерізі

- враховує додатковий згинальний момент від повздовжньої сили,

е – плече сил N_р і N_е.

За найбільшим значенням N_р обчислюють число анкерних болтів, що розташовуються з одного боку стійки.

Сила N сприймається зминанням стійки вздовж волокон.

Лекція № 4

Плоскі наскрізні конструкції. Ферми, основні види і розрахунок

Наскрізними несучими дерев'яними конструкціями називаються такі, в яких пояси з'єднані один з одним не суцільною стінкою з дощок або фанери (як у плоских суцільних конструкціях), а граткою, що складається з окремих стрижнів - розкосів і стійок.

Застосування гратки замість суцільної стінки зменшує витрати сировини на конструкцію, особливо при великих прольотах. У той же час наскрізні конструкції мають велику кількість вузлів у місцях з'єднання гратки з поясами, що значно ускладнює виготовлення таких конструкцій. Тому вибір типу конструкцій - суцільний або наскрізний проводиться на основі техніко-економічних даних з урахуванням призначення приміщення.

Наскрізні конструкції бувають:

1) балкові (ферми);

2) розпірні (арки та рами);

3) гратчасті стійки.

ферма

наскрізна арка

рама с підкосами

гратчаста стійка

Про наскрізні розпірні конструкції і про гратчасті стійки йшлося в попередніх лекціях.

Ферми - основний вид наскрізних конструкцій. Їх застосовують, як правило, в статично визначених схемах. Найбільшого поширення в будівництві набули ферми заводського виготовлення. До них відносяться металодеревяні ферми, верхній пояс і стиснуті стержні гратки яких виконані з клеєної деревини, а нижній пояс і розтягнуті стержні гратки - зі сталі.

Переваги клеєної деревини дозволяють застосовувати в разі потреби, наприклад, в умовах агресивних середовищ, не тільки сталевий, але й дерев'яний нижній пояс.

За обрисом ферми поділяються на:

1. Трикутні;

2. Трапецієвидні;

3. Багатокутні (частіше п'ятикутні);

4. Сегментні.

Рис. 53 - Трикутна металодеревяна ферма

Рис. 54 - П'ятикутна металодеревяна ферма

Рис. 55 - Сегментна металодеревяна ферма

З метою зменшення величини згинальних моментів передача стискаючого зусилля у вузлах верхнього поясу з прямолінійних елементів здійснюється з ексцентриситетом, як в арках. Перша панель нижнього поясу, в якому відсутні зусилля, може бути дерев'яною, а опорний спадний розкіс, що сприймає велике розтягуюче зусилля - сталевим, як і середня панель нижнього поясу. Трапецієвидна односхила ферма має аналогічне конструктивне вирішення.

Можуть застосовуватися так само ферми з паралельними поясами.

Трикутні клеєні ферми можуть мати верхній пояс з двох клеєних панелей різної довжини, довшою і потужною є перша від опори панель. З клеєної деревини виконуються також два розкоси. Нижній пояс і розтягнутий тяж приймаються сталевими. Панелі верхнього поясу у вузлах стикують з ексцентриситетом.

Сегментні клеєні ферми компонуються з таким розрахунком, щоб дуга верхнього поясу була з криволінійних елементів однакової довжини. Всі вузли, включаючи вузли верхнього поясу, центрують по осях елементів. Верхній пояс такої ферми може бути розрізним або нерозрізним. Завдяки криволінійному обрису верхнього поясу створюється зворотний вигин по відношенню до осі згину поясу під дією зовнішнього навантаження, тому ця ферма має мало навантажену гратку, що спрощує конструкцію її елементів та вузлів.

До ферм, що виготовляються на місці будівництва, відносяться ферми, елементи яких виконані з цілісних не клеєних колод, брусів або дощок з вузловими зєднаннями на нагелях (болтах, цвяхах) або на лобових врубках. Розтягнуті елементи гратки та нижній пояс ферми часто роблять сталевими.

За обрисом ферми, виготовлені на будмайданчику, можуть бути трикутними і багатокутними.

Ферми трикутного обрису з центральних елементів зі сталевим нижнім поясом дозволяють просто організовувати скатну плоску покрівлю. У цих фермах верхній пояс і розкоси роблять із брусів, а центральну розтягнуту стійку - з круглої сталі.

В багатокутних фермах зусилля в панелях верхнього поясу мало змінюються від опори до середини прольоту і в елементах гратки виникають невеликі зусилля. Це дає можливість приймати як верхній пояс, так і елементи гратки з деревини і тільки нижній розтягнутий пояс - з профільної сталі.

Недоліком такої ферми є невелика кількість вузлів.

Ферми на лобових врубках мають трикутний або п'ятикутний обрис.

Схема гратки в цих фермах така, що дерев'яні розкоси виявляються стислими, а металеві стійки - розтягнутими. Це дозволяє кріпити стиснуті розкоси до поясів за допомогою лобових врубок, що сприймають тільки стискаючі зусилля, а розтягнуті стійки (тяжі) роблять з круглої сталі. На одному кінці тяжів влаштована різьба і гайка, що забезпечує можливість ущільнення вузлів при складанні.

У п'ятикутних фермах поблизу середини прольоту при односторонньому сніговому навантаженні розкоси можуть працювати що розтяг і виключатися з роботи.

Для збереження геометричної незмінності гратку ферми забезпечують додатковими компенсуючими спадними розкосами.

Рис. 56 - П'ятикутна ферма з брусів або колод на лобових врубках.