Конструкции из дерева и пластмасс. Волик А.Р. 2005

При расчете составных колонн и стоек следует учитывать деформации, вызванные податливостью соединений сдвигом и изгибом накладок, вставок, ветвей и полок. Гибкость составных элементов допускается опре-

делять по формуле λ = (kλλz )2 + λ21 , где λz – гибкость всего элемента, определенная без учета податливости при расчетной длине ld ; λ1 – гиб-

кость отдельной ветви относительно собственной оси, вычисленная при расчетной длине l1 ; kλ – коэффициент приведения гибкости, определяе-

Лекция 12 ФЕРМЫ И ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

12.1.Классификация и конструирование ферм.

12.2.Расчет ферм.

12.1.Классификация и конструирование ферм

Деревянные фермы – основные несущие конструкции зданий различного назначения.

Деревянные фермы – это сквозные решетчатые конструкции, состоящие из поясов и связывающих их решеток. Пояса состоят из одной или нескольких ветвей и могут быть цельного или составного сечения. Решетка состоит из отдельных стержней, раскосов и стоек. Применение решетки вместо сплошной стенки уменьшает расход материала. Однако из этого же вытекает и главный недостаток ферм: они содержат большое количество стержней и узлов, а также много узловых соединений элементов решетки между собой и с поясами, требующих специальных средств соединений, что существенно повышает трудоемкость изготовления.

Верхний пояс ферм принимается прямоугольным брусчатым или клееным из горизонтальных слоев. Нижний пояс ферм выполняется из профильной или круглой стали (в треугольной ферме на врубках – брусчатым). Решетка выполняется из цельных или дощатоклееных элементов и стали и должна иметь минимальное число элементов.

171

Фермы различают:

• по форме (рис. 12.1; 12.2):

1.Треугольные. Целесообразно применять в бесчердачных и чердачных покрытиях, когда материал кровли требует больших уклонов. Нижний пояс в зависимости от нагрузок и пролета изготавливают из круглой или профилированной стали. Решетка состоит из небольшого числа элементов и узлов, причем чем их меньше, тем экономичнее ферма.

2.Прямоугольные (с параллельными поясами).

3.Трапециевидные фермы имеют небольшой уклон верхнего пояса, поэтому их применяют при малых уклонах крыши. Решетки ферм изготавливают с растянутыми и сжатыми опорными раскосами, чаще с растянутыми.

4.Сегментные (верхний пояс очерчен по дуге окружности). Благодаря криволинейному очертанию верхнего пояса эти фермы имеют малонагруженную решетку, что упрощает конструкцию их узлов, а также небольшие изгибающие моменты в верхнем поясе.

5.Многоугольные (верхний пояс – ломаный, вписывающийся в дугу окружности).

Рис. 12.1. Клеефанерные фермы:

а– треугольная с нисходящими раскосами; б – то же, с восходящими раскосами;

в– сегментная; г – пятиугольная

Рис. 12.2. Брусчатые фермы:

а – треугольная малопролетная; б – многоугольная; 1 – нижний пояс из бруса; 2 – нижний пояс из металлического проката

172

6. Шпренгельные системы – системы, состоящие из способных самостоятельно работать деревянных конструкций, которые, кроме того, содержат дополнительные элементы, предназначенные для уменьшения изгибающих моментов основных элементов (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Схемы шпренгельных балок

Верхний пояс выполняют из клееных деревянных блоков, брусьев, бревен; нижний – из круглой стали или стальных профилей.

1.Деревянные.

2.Комбинированные: нижний пояс – металлический, верхний – из древесины (доски, брусья, клееные пакеты), для решетки (преимущественно для тяжей и подвесок) применяется металл.

Конструкции узлов деревянных ферм различны. Они являются важнейшими деталями их конструкций, от которых в большей степени зависят их прочность, надежность и долговечность. Типы узловых соединений непосредственно связаны со схемами их решетки.

173

Рис. 12.4. Треугольная и пятиугольная металлодеревянные клееные фермы:

а – общий вид треугольной фермы; б – то же, пятиугольной; 1 – верхний пояс; 2 – каркас; 3 – стойка; 4 – нижний пояс; 5 – траверса; 6 – опорная плита; 7 – опорная швеллерная шайба; 8 – болт; 9 – металлическая диафрагма, 10 – опорный каркас; 11 – опорная стойка

174

Рис. 12.5. Конструкции нижних промежуточных узлов ферм:

а, б, в – при одинарном сечении пояса; г, д, е, ж, з – при поясах спаеного сечения; 1 – фанерная или тонколистовая стальная накладка; 2 – гвоздь; 3 – сварной тавр; 4 – нагель; 5 – глухарь; 6 – хомут из полосовой стали; 7 – болт; 8 – металлическая полосовая сталь; 9 – планка; 10 – трубчатый элемент; 11 – двусторонняя; 12 – односторонняя зубчатая шпонка

175

а

б

г

в

1

1 - 1

д

е

1

Рис. 12.6. Решение узлов сегментных ферм: а, б, в – опорные узлы; г, д, е – промежуточные узлы верхнего пояса; ж, з – промежуточные узлы нижнего пояса

12.2. Расчет ферм

Расчет ферм с разрезными и неразрезными поясами следует производить по деформированной схеме с учетом податливости узловых соединений.

176

Расчетные нагрузки

1. При расчетах надо учитывать следующие случаи загружения:

•ферманагруженапостояннойивременнойнагрузкойнавсемпролете;

•ферма нагружена постоянной нагрузкой на всем пролете и временной на половине пролета, панель находится на незагруженной половине пролета;

•ферма нагружена постоянной нагрузкой на всем пролете и временной на половине пролета, панель находится на загруженной половине пролета.

2. При геометрическом расчете определяют:

•длины стержней;

•углы наклона к горизонтальной проекции;

•в сегментных:

количество панелей верхнего пояса.

3. При статическом расчете определяют усилия в стержнях фермы от всех нагрузок и их сочетаний.

177

При этом в схемах сегментных ферм криволинейные оси панелей верхнего пояса на участках между соседними узлами заменяют хордами. Продольную силу определяют во всех стержнях, для этого распределенную нагрузку заменяют (условно считают) сосредоточенной в узлах.

В случае, когда верхний пояс нагружен межузловой нагрузкой, изгибающий момент определяют только в сечении верхних поясов.

Изгибающий момент может быть уменьшен за счет разгружающего момента, создаваемого путем приложения продольной сжимающей силы Nd с эксцентриситетом в фермах с прямолинейным верхним поясом (рис. 12.7, б), для этого ось площадки смятия в смежных панелях опускают ниже действительной оси пояса.

Изгибающий пролет по середине длины панели сегментной фермы определяют по формуле M d = M0 − Nd fx , где M0 – изгибающий момент

от равномерно-распределенной нагрузки для свободно лежащей балки на двух опорах пролетом, равным горизонтальной проекции длины панели;

l2

Nd – продольное усилие панели; fx = 8kR – стрела подъема (выгиба) пане-

ли; lk – длина хорды между центрами узлов панели; R – радиус кривизны

верхнего пояса.

При расчете неразрезной фермы верхний пояс рассматривается как многопролетная неразрезная балка.

Верхний пояс рассчитывают как сжато-изгибаемый элемент на прочность и устойчивость по обычным формулам расчета сжато-

178

Расчетная длина элементов решетки в плоскости и из плоскости фермы принимается равной расстоянию между центрами узлов. Расчетная длина верхнего пояса из плоскости фермы принимается равной расстоянию между точками закрепления их из плоскости при помощи связей, располагающихся по верхнему поясу.

Ширина сечений стержней принимается не более 17 см, тогда их можно склеивать из цельных досок без поперечных стыков.

Прогибы ферм при соблюдении указанных требований отношений высоты к пролету не проверяют, т.к. эти отношения обеспечивают требуемую жесткость ферм.

Для предотвращения нежелательных последствий, вызванных перемещениями узлов и прогибов нижнего пояса, возникающими в процессе эксплуатации, фермы проектируют со строительным подъемом, значение которого принимается равным 1/200 пролета.

Практическое занятие 5 ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ АРОК

1.Решить задачу.

2.Обсудить решения в группе.

Задача. Проверить прочность и устойчивость арки. Исходные данные принять из таблицы.

Примечание. Изгибающий момент Md отрицательный, если растягивает наружную кромку сечения арки.

179

Практическое занятие 6 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ АРОК И РАМ

1.Решить задачу.

2.Обсудить решения в группе.

Задача 6.1. Запроектировать коньковый узел рамы. Ригель имеет уклон к горизонту α = 20°. Исходные данные принять из табл. В результате решения задачи требуется проверить прочность торцов полурам на смятие, подобрать размеры деревянных накладок, определить количество болтов и расставить их в узле.

Практическое занятие 7 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫХ ФЕРМ

1.Решить задачи.

2.Обсудить решения в группе.

Задача 7.1. Проверить прочность первой (от опоры) панели верхнего пояса фермы (см. рис. 7.1), загруженной равномерно распределенной верти-

180