книги из ГПНТБ / Ветрюк И.М. Конструкции из дерева и пластмасс учеб. пособие

пролета, а в решетках уменьшаются. Эти фермы, так же как и треугольные, относятся к тяжелым. Применяются они в сооруже­ ниях редко, главным образом как подстропильные фермы и в мостах.

Пятиугольные фермы с наклоном верхнего пояса в 1/10—1/12 по распределению усилий в поясах и решетке занимают проме­ жуточное положение между треугольными и прямоугольньши фермами. Основная область применения их — покрытия промыш­ ленных, складских и других зданий.

Фермы сегментные и пятиугольные с малым уклоном верхне­ го пояса требуют устройства кровли из рулонных материалов.

Для оценки экономичности того или иного типа фермы необ­ ходимо учитывать расход материалов на остальные части покры­ тия — прогоны, настилы, кровлю и связи. Опыт проектирования показал, что расход древесины на эти вспомогательные конструк­ ции составляет 60-f-80% общего расхода древесины на покрытие. Поэтому при проектировании несущих элементов покрытий эко­ номичные конструкции выявляются в комплексном решении всех элементов покрытия.

При выборе типа ферм рекомендуется также отдавать пред­ почтение фермам индустриального изготовления. К последним относятся все сборные фермы с панелями из блоков длиной от 3 до 6 ж с прямолинейным верхним поясом из составных или из

ственное влияние не только на выбор типа фермы и конструкцию деревянного покрытия, но и на целесообразность применения деревянных конструкций.

Деревянные конструкции не рекомендуются в сооружениях, где имеет место систематическое эксплуатационное увлажнение (в производствах со значительным выделением влаги или пара) при отсутствии надлежащего проветривания; в цехах горячего производства с температурой воздуха выше 50° С, а также в по­ мещениях с выделением пламени, искр; в многопролетных по­ крытиях промышленных зданий с внутренними водостоками; в покрытиях с фонарями верхнего света.

А р х и т е к т у р н о - с т р о и т е л ь н ы е т р е б о в а н и я , влияющие на выбор схемы несущих конструкций, предъявляются к внешнему виду покрытия и к внутреннему оформлению поме­ щений в зависимости от назначения сооружения. Для зданий культурно-массового назначения (зрелищные и спортивные со­ оружения, выставочные павильоны, крытые рынки и др.) в от-

180

дельных случаях решающую роль в выборе типа несущих дере­ вянных конструкций играет эстетическая сторона.

Покрытия отапливаемых гражданских зданий устраиваются обычно с подвесным утепленным потолком (чердачное перекры­ тие). В этом случае наиболее удачным типом несущих конструк­ ций являются бревенчатые треугольные фермы на лобовых врубках со стальными стойками — тяжами и поясами из бревен

ссохранением естественного сбега.

Вбесчердачных покрытиях деревянные фермы, хорошо обо­ греваемые из помещения, выполняют из чистообрезных строганых пиломатериалов — брусьев. В отдельных случаях по' архитектур­ ным соображениям фермы окрашивают или покрывают бесцвет­ ным лаком. С эстетической точки зрения в открытых помещениях

предпочтение следует отдавать клееным конструкциям — двухили трехшарнирным аркам, крупнопанельным металлодеревянным фермам, сегментным фермам с верхним поясом из крупных клееных блоков. Изящный внутренний интерьер покрытия имеет

главным образом из условия жесткости ферм. На основании опытных исследований и натурных наблюдений за деформациями

нормами значения h/l для различных схем сквозных деревянных конструкций в покрытиях. Для различных типов балочных ферм эти отношения принимаются в пределах 1/4—1/7. Фермы с при­ нятыми по этой таблице отношениями высоты к пролету рассчи­ тываются в предположении шарниров в узлах. В этом случае проверка прогиба не обязательна.

Разбивка панелей треугольных и шатровых ферм на лобовых врубках производится по нижнему поясу, как правило, на равное

них, панели разбиваются на равные отрезки по верхнему поясу. Длины панелей сжатых поясов ферм назначаются в пределах 1,5—3,0 м, а в большепанельных фермах с верхним поясом из клееных блоков или из составных балок на пластинчатых нагелях панели имеют длину от 4 до 6 м. Расчетная длина сжатых эле­ ментов ферм принимается, как правило, равной расстоянию меж­ ду центрами узлов. Расчетная длина пересекающихся стержней, что имеет место в средних панелях пятиугольных и трапециевид­ ных ферм, при проверке в плоскости конструкции принимается равной расстоянию от центра узла до точки пересечения элемен­ тов, при проверке устойчивости из плоскости конструкции:

181

а) в случае пересечения двух сжатых элементов — полной длине элемента; б) в случае пересечения сжатого элемента с не­ работающим определяется по формуле

к поясам допускается лишь в фермах с малыми усилиями в эле­ ментах решетки (сегментные и многоугольные фермы).

Расчетный изгибающий момент в узле пояса от внецентренного крепления элементов решетки определяется как произведе­ ние разности усилий в смежных панелях пояса на эксцентри­ ситет е:

M — R е,

где R — равнодействующая усилий в стержнях, сходящихся в дан­

В обычных фермах треугольного и пятиугольного очертания прогоны по верхнему поясу, как правило, укладываются в узлах. В крупнопанельных фермах из клееных блоков и из балок Деревягина прогоны располагаются по верхнему поясу на равных расстояниях, независимо от расположения узлов.

Прогоны подвесного потолка, как правило, крепятся в узлах нижнего пояса ферм. Крепление прогонов осуществляется метал­ лическими хомутами, с помощью которых выравнивается потолок перед его отделкой, а также в случае провисания ферм в процессе эксплуатации. Конструкция подвесного потолка показана на рис. 82.

При минимальной длине панелей верхнего пояса (1,5 ж) воз­ можна укладка дощатого настила крыши толщиной 2,5—3 см непосредственно по прогонам, уложенным в узлах фермы. При большей длине панели необходимо вводить стропильные ноги, которые укладываются перпендикулярно к прогонам и соединя­ ются между собой в коньке крыши. В этом случае настил или об­ решетка из брусков укладывается по стропилам, расположенным на расстоянии 1,2—1,5 м друг от друга. Более рациональным ти­ пом покрытия является сборно-щитовое (для теплых покрытий)

182

или щитовая кровельная обрешетка (для легкой холодной кров­ ли). Щиты укладываются по прогонам или непосредственно по фермам (беспрогонное решение), если расстояние между фер­ мами не превышает 3—4 м. При легких (холодных) покрытиях без подвесного потолка шаг ферм обычно принимается в пределах 4—6 м. При наличии теплого подвесного потолка шаг ферм ра­ вен 3—4 м.

Рис. 82. Конструкция подвесного чердачного перекрытия:

/ — ходовые доски; 2 —хомуты для подвески балок перекрытия; 3— тяж фермы;

Стыки нижнего растянутого деревянного пояса перекрыва­ ются деревянными накладками и прокладками (при двух-, трехветвенном сечении пояса) на болтах и штырях из круглой стали. Стыки нижнего пояса делаются сомкнутыми, когда торцы стыку­ емых элементов примыкают друг к другу вплотную, или раздви­ нутыми с удлиненными накладками, когда торцы раздвинуты на расстояния, диктуемые лучшим использованием стандартных длин лесоматериала или же с целью приблизить стык к обоим узлам панели.

Пример решения сомкнутого стыка нижнего пояса, совмещен­ ного с промежуточным узлом, представлен на рис. 83, а, а сом­ кнутого стыка в среднем узле — на рис. 84. Пример решения раздвинутого стыка на две панели с изломом в узле для создания строительного подъема фермы показан на рис. 83, в.

Применение раздвинутых стыков позволяет давать более плавные переломы нижнего пояса для создания строительного

183

подъема, а иногда и сокращать количество стыков, в результате расход металла на нагельные соединения уменьшается.

Фермам всех типов при их изготовлении сообщается строи­ тельный подъем величиной не менее 1/200 пролета, осуществляе­ мый изломом оси нижнего пояса в местах стыков пояса. При этом

Рис. 83. Стыки нижнего пояса:

а —сомкнутый в промежуточном узле; 6 — средний узел фермы с опорной подушкой; в — раздвинутый на две панели.

расстояние между осями поясов в середине пролета должно быть сохранено согласно принятому отношению h/l.

Строительный подъем в фермах необходим для частичного «погашения» прогиба, который в деревянных фермах значительно больше, чем в металлических. Прогибы сквозных деревянных конструкций являются следствием упругих деформаций элемен­ тов и их соединений; начальных рыхлых деформаций, возникаю­ щих из-за неплотностей в соединениях; деформаций от усушки

184

древесины; пластических деформаций в стержнях и в их соеди­ нениях.

На прогиб в значительной степени влияет качество выполне­ ния работ — качество узловых сопряжений; изменение темпера­ туры и влажности, особенно в конструкциях, не защищенных от атмосферных воздействий.

12000

Рис. 84. Треугольная ферма из бревен на лобовых врубках.

Для оценки жесткости ферм могут служить данные много­ численных испытаний ферм кратковременной нагрузкой, которые показали следующие прогибы: в металлодеревянных фермах при расчетной н а г р у з к е — 1/1000—1/1250, а перед разрушением — 1/200—1/300 пролета; в деревянных фермах соответственно 1/500—1/1000 и 1/200—1/250 пролета [1].

§ 44. ФЕРМЫ НА ЛОБОВЫХ ВРУБКАХ

Фермы на лобовых врубках являются типичными конструкциями построечного изготовления. Для них применяются цельные или окантованные бревна с сохранением естественного сбега со сравнительно малой предварительной обработкой. Использование чистообрезных брусьев в фермах на лобовых врубках ведет к зна­ чительному удорожанию конструкции.

Способы соединения элементов решетки с поясами ферм так­ же являются простыми и доступными для последующего кон­ троля.

Пролеты, перекрываемые треугольными фермами на лобовых врубках, могут быть 10—18 м, а пятиугольными—10—25 м. В треугольных фермах с нисходящими раскосами и в пятиуголь­ ных (шатровых) с параллельными поясами с восходящими рас­ косами последние воспринимают только сжимающие усилия. Стойки, работающие на растяжение при любых возможных ком­ бинациях нагрузки, выполняют из круглой стали.

В фермах пятиугольных и с параллельными поясами при од­ носторонней нагрузке восходящие раскосы средних панелей ме-

185

няют знак усилия сжатия на растяжение. Но так как раскосы на

табл. 27). В этом случае при любых комбинациях нагрузок один из раскосов работает на сжатие, усилие в другом раскосе равно нулю.

В фермах на лобовых врубках (с металлическими стойками— тяжами — из круглой стали) при сборке можно обеспечить на­ чальную плотность узловых соединений натяжением металличе­ ских стоек, а в процессе эксплуатации устранять провисание ферм, являющееся следствием усушки поясов, деформации смя­ тия в узлах и т. п. Подтяжка ферм производится подвинчиванием гаек и контргаек на концах тяжей. Если доступ к концам тяжей в узлах затруднен, то последние снабжаются стяжными муфтами.

При диаметре металлических стоек более 19 мм рекоменду­ ется концы тяжей осаживать или приваривать коротыши боль­ шего диаметра с таким расчетом, чтобы ослабленная резьбой площадь его была на 25% больше площади сечения брутто основного тяжа.

В фермах из брусьев на лобовых врубках центрирование эле­ ментов решетки осуществляется на пересечении осей раскосов, стоек и нижнего пояса по ослабленному (FH T ) сечению (рис. 26). В фермах из бревен центрирование элементов решетки допускает­ ся на оси сечения (/*бР) нижнего пояса. При малых пролетах и нагрузках опорные узлы треугольных ферм решаются лобовыми врубками обычно с одним зубом, а при больших пролетах или больших нагрузках — лобовым упором на натяжных хомутах (см, рис. 30). В пятиугольных фермах при угле примыкания опор­ ного раскоса к нижнему поясу более 35° опорный узел лучше решается лобовой врубкой с двумя зубьями.

На рис. 84 приведен пример решения бревенчатой фермы на врубках пролетом 12 м. Верхний пояс фермы дан с накладным бруском для укладки по нему щитовой обрешетки кровли. В этом случае панели верхнего пояса работают на сжатие с изгибом от равномерно распределенной по панели местной нагрузки от кров­ ли и снега. При определении нормальных усилий в стержнях нагрузка считается приложенной в узлах фермы.

При наличии на панели верхнего пояса равномерно распре­ деленной нагрузки <7, отнесенной к проекции а панели на гори­ зонталь, расчетный изгибающий момент в середине панели опре­ деляется с учетом разрезности в узлах:

М 0 = — .

Проверка напряжения верхнего пояса, работающего на сжа­ тие с изгибом, производится по формуле (37).

186

Усилия в элементах ферм определяются графически построе­ нием диаграммы усилий от собственного веса покрытия и одно­ сторонней снеговой нагрузки. В фермах пятиугольных и с парал­ лельными поясами с перекрестной решеткой в средних панелях диаграмма усилий учитывает работу только сжатых раскосов. Этим достигается статическая определимость ферм. Для этих

ферм строятся две диаграммы усилий: одна от постоянной на­ грузки на всем пролете фермы и вторая от снега на половине пролета.

На рис. 85 показаны расчетные схемы пятиугольной фермы с перекрестной решеткой. В этих схемах неработающие растяну­ тые раскосы (показаны пунктиром) исключены; усилия опреде­ ляются только в сжатых раскосах и в растянутых металлических стойках. Расчетные усилия в элементах решетки получают сумми­ рованием усилий обеих диаграмм.

Металлодеревянные фермы с верхним поясом из крупных блоков (схемы 6—10 табл. 27 и рис. 87 и 88), как уже указыва­ лось, являются конструкциями индустриального изготовления. Преимущество этих ферм состоит также в их сборности, транс­ портабельности. Благодаря укрупнению блоков и сокращению числа монтажных единиц и узловых соединений они обладают большей жесткостью по сравнению с деревянными фермами на лобовых врубках.

Использование для верхнего пояса ферм составных балок длиной до 6,5 м из двух или трех брусьев на пластинчатых наге­ лях позволяет размещать прогоны непосредственно на панели вне узлов фермы. В этом случае панель верхнего пояса фермы, кроме сжатия, воспринимает от межузловой нагрузки изгибающий мо­ мент М0. Для уменьшения этого момента в сопряжениях панелей применяется внецентренное стыкование, при котором сжимаю­ щим усилием в поясе создается момент Nc-e обратного знака.

187

Примеры стыкования панелей верхнего пояса треугольной двухпанельной фермы показаны на рис. 86. Из рисунка видно,

что для создания эксцентриситета в месте стыка панелей в верх­ них брусьях делают зазор на глубину в зависимости от требуе­ мого по расчету эксцентриситета е. При панелях из двух брусьев

ется таким, чтобы все три эксцентриситета были по возможности равны между собой. Подбор сечения верхнего пояса производится методом последовательного приближения.

188

Учитывая, что сжимающее усилие в панели уменьшает изги­ бающий момент для первого приближения принимают расчетный момент посредине панели:

М = 0,5Мо,

где М0 — изгибающий момент от местной нагрузки в середине панели верхнего пояса:

о

Подставляя эти значения в уравнение прочности

189