2.4.2. Конструирование и расчет коньковых узлов

Конструкция коньковых узлов арочных конструкций также зависит от пролета конструкций. При пролетах до 30 м коньковый узел обычно решается простым лобовым упором с закреплением полуарок между собой деревянными накладками на нагелях. В данном случае продольная сила воспринимается лобовым упором.

Необходимая высота упора в арках кругового очертания определяется из расчета древесины на смятие аналогично опорному узлу

h_уп= ,

где Ν– продольное усилие в арке.

При этом h_уп должна быть не менее 0.4 высоты поперечного сечения арки.

_hуп=0.4·31.2=13см

_{Принимаю hуп=13см}

Шириной сечения накладок b_н следует задаться в пределах 2/3 ширины поперечного сечения арки и скорректировать ее в соответствии с сортаментом по ГОСТ 24454-80.

Принимаю

Диаметр шпилек принимаю 16 мм. Из условия размещения нагелей (шпилек) необходимо установить расстояние между рядами шпилек e ₁ и e ₂ . Шпильки, устанавливаются, как правило, в два ряда с каждой стороны стыка и по две в ряду. При этом расстояние от края накладки до первого ряда шпилек следует принять 7d, между средними рядами шпилек е₁ =14d.

е₁ =14d=14*16=224мм

е₂ =448мм

Требуемая высота сечения накладок h _н определяется из условия их работы на изгиб по формуле от действия Q =

где ;

R_и - расчетное сопротивление изгибу принимается в зависимости от ширины поперечного сечения накладки, породы древесины, условий эксплуатации и класса ответственности здания.

При этом должно выполняться условие h _н≥9.5d=9,5*1.6=15.2см.

Высота поперечного сечения накладок должна быть увязана с сортаментом пиломатериала по ГОСТ 24454-80.

Острожка составляет по 0.6мм с 2-х сторон.

Принимаю h_н=175мм

Достаточность принятого количества шпилек и их диаметр, проверяются по формулам:

;

,

где R₁ и R₂–усилия, приходящиеся на первый и второй ряд шпилек;

- минимальное значение несущей способности одного среза нагеля (шпильки);

-количество срезов;

-количество шпилек в ряду.

Минимальное значение несущей способности одного среза шпильки:

из условия смятия древесины арки

где k_α– для арок кругового очертания принимается для угла =90⁰, для треугольных арок для равного углу наклона полуарки;

из условия смятия древесины накладок

где k_α принимается для угла 90⁰.

из условия работы шпилек на изгиб

где при определении коэффициента следует рассматривать наибольшее значения угла .

3. Обеспечение пространственной жесткости деревянных арочных конструкций

Создание пространственной жесткости каркаса в поперечном и продольном направлении является одной из главных проблем в обеспечении долговечности и надежности проектируемого здания в целом.

Плоскостные конструкции ( фермы, арки , колонны) соединяясь между собой образуют плоскую поперечную рама, которая должна надежно противостоять действующим на нее нагрузкам. Поперечная рама воспринимает постоянные нагрузки от покрытия, временную снеговую нагрузку и ветровую нагрузку, действующую на продольные стены здания. Устойчивость здания в поперечном направлении обеспечивается жестким защемлением колонн в фундаментах. Пространственная жесткость каркаса в продольном направлении должна обеспечиваться системой связей.

Связи позволяют объединить плоские поперечные рамы в единую пространственную систему путем создания геометрически неизменяемых блоков в плоскости покрытия и колонн.

Связи призваны воспринять и передать на фундаменты горизонтальные ветровые нагрузки, действующие на торец здания.

Связи обеспечивают устойчивость сжатых верхних поясов ферм, арок и колонн из плоскости поперечной рамы, за счет уменьшения их расчетных длин.

Связи должны обеспечивать устойчивость конструкций и в процессе их монтажа.

Следует запомнить, что все действующие на каркас здания постоянные и временные нагрузки должны быть простейшим и кратчайшим путем доведены до фундаментов.

Связи покрытия

Жесткий геометрически неизменяемый диск арочного покрытия образуется за счет создания по длине покрытия нескольких горизонтальных поперечных связевых блоков (ферм). Связевые фермы по покрытию ставятся в торцах здания и по длине с интервалом не более 30 м.

Горизонтальные связи воспринимают ветровую нагрузку, действующую на торцевые стены. Эта нагрузка в виде сосредоточенных сил W передается со стоек торцевого фахверка (рис 7.1). Сосредоточенные нагрузки это ни что иное, как опорные реакции стоек фахверка, шарнирно закрепленных с фундаментами и с несущей конструкцией покрытия. Крепление стоек торцевого фахверка к аркам должно быть выполняться таким образом, чтобы передавать горизонтальное ветровое давление на арки и не препятствовать их вертикальным перемещениям.

Конструктивно горизонтальные связевые фермы формируются из соседних арок, выполняющих роль поясов связевой фермы, распорок и дополнительной решетчатой системы. Количество панелей по поясам в связевой ферме зависит от пролета и схемы расстановки стоек фахверка и распорок по аркам.

Распорки должны закреплять арки от выхода из плоскости в процессе монтажа и далее весь период эксплуатации. Распорки следует устанавливать по коньковым узлам арок, а также в соответствии с расчетом арок на устойчивость из плоскости. При этом гибкость арки из плоскости должна быть не более 120. Роль распорок могут выполнять прогоны покрытия, при условии их надежного крепления к аркам.

Схема решетки связевой фермы может быть крестовой, треугольной или полураскосной. В качестве материала для решетки связевой фермы могут использоваться доски, брус, а также тяжи и прокатные равнополочные уголки. Крестовый тип решетки рекомендуется применять в том случае, когда угол между элементами составляет 90⁰ или близкий к этому значению. Углы наклона осей элементов решетки к осям арок должны быть не менее 30-35⁰. Оси элементов связей необходимо центрировать с вертикальной осью арки. Элементы решетки крепятся на шпильках непосредственно к арочным конструкциям, или чаще всего с применением, дополнительных фасонок и опорных столиков.

Элементы связевой фермы не должны выходить за габариты арочных конструкций, чтобы не препятствовать размещению ограждающих конструкций покрытия.

Подбор сечения распорок и элементов решетки связевой фермы может быть выполнен по предельной гибкости. Предельная гибкость для сжатых элементов связей принимается равной - 200, для растянутых элементов - 400.