8.4. Торцовый фахверк

Торцовый фахверк является несущим элементом торцовой стены здания. Фахверк выполняется в виде отдельных вертикальных сто­ек, внизу опирающихся на собственный фундамент, а сверху примы­кающих к элементам покрытия. К фахверку крепятся ограждающие конструкции стены в виде панелей или системы прогонов и обшивок. В некоторых случаях, кроме стенового ограждения, на торцовый фахверк могут опираться и ограждающие конструкции покрытия (прогоны, панели).

Таким образом, фахверк несет вертикальную нагрузку от собст­венной массы ограждающих конструкций торцовой стены, горизон­тальную ветровую нагрузку, а в указанном выше случае еще и на­грузку от части покрытия, включая массу снега. При высоте до 6— 6,5 м стойки фахверка могут быть выполнены из брусьев, при боль­шей высоте их делают деревянными клееными или решетчатыми.

Расчет стоек фахверка производят, как сжато-изогнутых элемен­тов, в которых изгибающий момент вызван горизонтальной нагруз­кой, а продольная сила — нагрузкой от собственной массы стойки, стенового ограждения и части покрытия. Изгибающий момент мо­жет быть вычислен, как в однопролётной балке с шарнирными опо­рами [например, для центральной стойки, показанной на рис. 8.2, а, M = 0,125q_Bli², где q_B = 0,25 ql, a q вычислено по формуле (8.7)].

Узел опирания стойки, на фундамент рассчитывают на смятие торца стойки и материала фундамента от продольной сжимающей силы. Поперечная сила Q = 0,5 q_Bl₁ воспринимается болтами, через которые она передается на стальные элементы и фундамент (см. рис. 14.6, а).

Узел примыкания элементов фахверка к покрытию в случаях, когда фахверк рассчитан на восприятие нагрузки от покрытия, ре­шается путем опирания прогонов или панелей на верхнюю горизон­тальную обвязку фахверка и надежного скрепления элементов по­крытия и фахверка.

Если по крайним осям здания нагрузка от покрытия восприни­мается ригелем, то верхний узел опирания стоек должен допускать свободное вертикальное перемещение ригеля относительно фахвер­ка, с тем чтобы нагрузка от ригеля не передавалась на стойки фах­верка, а горизонтальная реакция стойки могла быть воспринята ветровой фермой. В обоих случаях верхний узел опирания стойки фахверка должен располагаться в плоскости связевых ферм покры­тия так, чтобы силы Р₁, Р₂ были приложены к связевой ферме в её узлах и в одной с ней плоскости.

Лекция №9. ДЕРЕВЯННЫЕ НАСТИЛЫ

9.1. Настилы покрытий

Настилы являются несущими элементами ограждающих дере­вянных покрытий. На их изготовление расходуется большая часть — до 70% древесины, используемой при сооружении деревянных по­крытий в целом. Экономное проектирование настилов во многом оп­ределяет экономическую эффективность покрытий в целом. Насти­лы служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия. Они принимают участие в обеспечении устойчивости основных не­сущих конструкций каркаса и восприятии ветровых нагрузок. На­стилы являются менее ответственными конструкциями, чем основ­ные, их местные дефекты не угрожают прочности здания в целом, поэтому они могут изготовляться из древесины пониженного каче­ства, соответствующего элементам III категории.

Настилы по типам подразделяют на дощатые сплошные, доща­тые разреженные, клеефанерные ребристые обшивкой вверх, ребри­стые обшивкой вниз и коробчатые. Выбор типа настила зависит от типа водоизоляционного ковра, утеплителя и условий его изготов­ления. Дощатые настилы изготовляют в построенных условиях. Клеефанерные настилы собирают из крупных клеефанерных плит или панелей заводского изготовления.

При рулонной кровле в неутеп­ленных покрытиях применяют спло­шные дощатые настилы (рис. 9.1) и настилы из ребристых клеефанер­ных панелей обшивкой вверх, обра­зующие для нее необходимое сплош­ное основание. В утепленных покры­тиях поверх этих настилов уклады­вают твердый плитный утеплитель, непосредственно по которому, или по выравнивающему слою, наклеивают рулонный ковер. Коробчатые клее­фанерные настилы применяют при рулонной кровле, в сочетании с мяг­ким утеплителем, укладываемым в полости клеефанерных панелей. При чешуйчатой кровле из асбестоцементных или стеклопластиковых волнистых листов в неутеп­ленных покрытиях применяют раз­реженные дощатые настилы (обре­шетки) и настилы из ребристых клеефанерных панелей обшивками вниз. В утепленных покрытиях при­меняют такие же панели и сплошные дощатые настилы с брусками по верх. Между рёбрами и брусками укладывают мягкий или жесткий утеплитель.

Рис. 9,1. Варианты деревянных настилов покрытий: а — под холодную рулонную кровлю; б — под рулонную утепленную кровлю; в — под холодную асбестоцементную кровлю; г — под утепленную асбесто­цементную кровлю; 1 — рулонная кров­ля; 2 — утеплитель; 3 — настил; 4 — асбестоцементная кровля; 5 —обрешётка

Волнистые листы имеют повышенную против плоских изгибную прочность и жёсткость и укладываются на отдельные рёб­ра или бруски настилов. Например, обыкновенные волнистые асбестоцементные листы марки ВО могут укладываться на отдельные бруски при расстоянии между ними до 50 см. Чешуйчатая кровля является паропроницаемой благодаря неплотностям стыков, что обеспечивает проветривание полостей под ней и высыхание древе­сины в процессе эксплуатации, предохраняя её от загнивания. Разреженные настилы служат также основанием черепичной кров­ли, отличающейся долговечностью, но имеющей большую массу, ограничивающую её применение. Могут они применяться также при кровле из стальных или алюминиевых листов.

Дощатые настилы изго­товляют из досок на гвоздях и укладывают на прогоны или основные несущие кон­струкции покрытий при рас­стоянии между ними не бо­лее 3 м. Рабочие доски на­стилов должны иметь длину, достаточную для опирания их не менее чем на три опо­ры для увеличения их изгибной жёсткости по сравнению с однопролётным опиранием. Основными типами до­щатых настилов являются разреженный и двойной пе­рекрестный.

Разреженный н а с т и л (рис. 9.2), называемый также обрешеткой, пред­ставляет собой несплошной ряд досок, уложенных с ша­гом, определяемым типом кровли и расчётом. Зазоры между кромками досок для их лучшего проветривания должны быть не менее 2 см. Для ускорения сборки этот настил целесообразно соби­рать из заранее

изготовлен­ных щитов, соединенных снизу поперечинами и рас­косами, с габаритными раз­мерами, увязанными с рас­становкой опорных конст­рукций с учётом условий транспортирования. Двойной перекрест­ный настил (рис. 9.3) состоит из двух слоев — нижнего рабочего и верхнего защитного. Рабочий настил представляет собой разре­женный или сплошной ряд более толстых досок и несёт на себе все нагрузки, дейст­вующие на покрытие. За­щитный настил представля­ет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм и шириной 100 мм. Их уклады­вают на рабочий настил под углом 45—60° и крепят к нему гвоздя­ми. Защитный настил образует необходимую сплошную поверх­ность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распре­деляет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50 см и защищает кровельный ковёр от разрывов при короблении и растрескивании более толстых и широких досок рабочего настила. Двойной перекрестный настил имеет значитель­ную жесткость и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил тоже целесообразно собирать из заранее изготовленных крупных щитов (рис. 9.3). Применяют также настилы из сплошных однослойных щитов, со­единенных снизу раскосами и поперечинами, имеющие меньшую жёсткость, чем двойные (рис. 9.4).
	Рис. 9.2. Разреженный настил (обрешетка): 1 — доски; 2 — гвозди
	Рис. 9.3. Щит двойного перекрестного на­стила: 1 — косой защитный настил; 2 — рабочий настил; 3 — гвозди.
	Рис. 9.4. Щит одиночного сплошного на­стила: 1 — доски настила; 2 — раскосы; 3 — поперечины; 4 — гвозди.

Расчёт дощатых настилов (рис. 9.5) производят по прочности и прогибам при изгибе на действие расчётных и норма­тивных нагрузок — постоянной от собственной массы покрытия g (кН/м²) и временных — от массы снега р (кН/м²) и человека с гру­зом Р (кН), определенных с учётом формы покрытия и коэффици­ентов перегрузки.

Рис. 9.5. Расчётные схемы настилов: а — схема действия нагрузок; б — статические схемы; в — схемы действия сосредоточен­ных грузов; 1 — первое сочетание нагрузок; 2 — второе сочетание нагрузок.

Нагрузку от собственной - массы g удобно считать равномерно распределенной по площади проекции покрытия. Для этого её дей­ствительное значение при угле наклона покрытия а делится на cos а. Сосредоточенная нагрузка от массы человека с грузом имеет величины нормативную Р^н= 1 кН и расчётную Р= 1,2 кН. Ветровая нагрузка, действующая кратковременно и, как правило, в направ­лении, противоположном действию основных нагрузок, при расчете настилов в большинстве случаев не учитывается.

Нагрузки, действующие на настил, имеющий угол наклона а, при расчёте раскладывают на составляющие, нормальные к его плоско­сти, и скатные, действующие в плоскости. Нагрузки не раскладыва­ют только в коньке сводчатых покрытий, где угол наклона а=0. Настилы рассчитывают на два сочетания нагрузок — первое и второе.

На первое сочетание нагрузок от собственной массы и массы снега — q_x=(g+p) cos² а и q_y= (g+p) cos а sin а — настил рассчи­тывают по прочности от их расчётных значений при повышенном расчётном сопротивлении изгибу R_и=13·1,15 = 15 МПа (150 кгс/см²), чем учитывается малая вероятность общего разруше­ния настила. По прогибам его рассчитывают на нормативные зна­чения нагрузок с учётом предельного прогиба, равного 1/150 пролёта.

На второе сочетание нагрузок от собственной массы и массы че­ловека с грузом — g_x = g cos² a, g_y = g cos а sin а, Р_х = Р cos а — на­стил рассчитывают по прочности при еще более повышенном расчёт­ном сопротивлении изгибу R_и= 13·1,15·1,2 = 18 МПа (180 кгс/см²), учитывая кратковременность действия нагрузки от массы человека. По этой же причине при втором сочетании нагрузок настил по про­гибам не рассчитывают.

Р асчётная схема дощатого настила представляет собой двухпро- лётную неразрезную балку с равными пролётами . Снеговая нагруз­ка р считается расположенной на обоих пролётах. Сосредоточенный груз Р располагается в одном пролёте на расстоянии 0,43 от край­ней опоры. Максимальные изгибающие моменты, возникающие при первом сочетании нагрузок над средней опорой и при втором под сосредоточенным грузом, определяют по формулам

Наибольший относительный прогиб настила определяют по фор­муле

В некоторых случаях применяют настилы с однопролётной Схе­мой, а также с числом пролётов более двух.

Расчёт разреженного настила производят на косой изгиб по фор­мулам (5.8) и (5.9). Расчётную ширину настила принимают равной шагу расстановки досок с учётом сечения одной доски или равной 1 м с учётом всех досок на этой ширине. Сосредоточенный Р = 1,2 кН груз считается приложенным к каждой доске полностью при шаге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к каждой доске прикла­дывается 0,5 Р.

Двойной перекрестный настил рассчитывают на изгиб только ра­бочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, по­скольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защит­ного настила. Расчётная ширина настила принимается равной 1 м с учётом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге а равно п=1/а. Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 0.5 м и поэтому в расчётную ширину входят удвоенной ве­личины Р_х = 2,4 cos а кН. При подборе сечения настила удобно за­даваться сечением досок bh, затем определять требуемый момент сопротивления W_Tр, требуемую общую ширину досок В и затем шаг их расстановки (м) а = b/В.

С оединительные гвозди слоёв настила или настила с раскосами в большинстве случаев работают с большими запасами прочности. При больших уклонах и нагрузках их рассчитывают на скатные со­ставляющие нагрузок по условной схеме балки, образованной дву­мя соседними прогонами и настилом. При этом усилие в опорных наклонных досках при угле наклона β, шаге а и пролёте  прогонов равно

Пример 9.1. Подобрать сечение щитов двойного перекрестного настила утеп­ленной рулонной кровли, имеющей уклон 1 : 4. Щиты длиной 3 м укладывают на прогоны, поставленные с шагом 1,5 м. На настил действуют следующие норматив­ные и расчётные нагрузки, отнесенные условно к проекции покрытия: от собственной массы g^H = 0,75 кН/м², g=0,85 кН/м²; от массы снега р^н = 1,5 кН/м², р = 2,35 кН/м²; от массы человека с грузом Р=1,2 кН.

Решение. Защитный настил принимаем без расчёта из досок сечением 100х16 мм, расположенных под углом 45° к доскам рабочего настила.

Расчёт рабочего настила. Расчётная схема — двухпролётная балка с пролета­ми =1,5 м; расчётная ширина полосы настила 1 м. Угол наклона tga=l : 4=0,25; a=14°; cosa=0,97.

П одбор сечения при первом сочетании нагрузок. Нормальные составляющие нагрузок q_x= {g+p)cos² a = (0,85 + 2,35) • 0,97² = 30 кН/м². Расчётное сопротивле­ние изгибу R_и=13·1,15=15 МПа (150 кгс/см²). Изгибающий момент расчётный

8

Требуемый момент сопротивления W=Mi/R_a=85·10^-5/15 = 57·10^-7 м³.

Принимаем доски сечением bh = 0,1х0,025 м. Требуемая общая ширина досок

Шаг расстановки досок а = b/B = 0,10/0,55 = 0,18 м.

Проверка прочности настила при втором сочетании нагрузок.

Нормальные составляющие нагрузок q_x=g cos² a=0,85·0,97² = 0,8 кН/м,

Р_х = 2Р cosa=2·1,2·0,97=2,33 кН.

Расчётное сопротивление изгибу R_и =13·1,15·1,2= 18 МПа.

Изгибающий момент M = 0,07g_x²+21P_x=0,07·0,80·1,5²+0,21·2,33·1,5=0,86 кН·м = 86·10^-5.

Напряжение =М/W_ф=86·10^-5/57·10^-6=15,1 МПа<R_И.

Проверка прогиба при первом сочетании нормативных нагрузок.

q^н_х =(g^н + р^н) cos² а = (0,75 + 1,5) 0,97² = 2,12 кН/м.

М омент инерции

Модуль упругости Е=10 000 МПа (100 000 кгс/см²). Относительный прогиб