2. Основные принципы проектирования ферм

Верхние и нижние пояса цельнодеревянных ферм могут из­готавливаться из круглого лесоматериала, из бруса, досок или клееного пакета. Выбор материала зависит от типа конструк­ции и наличия производства по изготовлению клееных элемен­тов. Ширина сечения верхнего пояса из цельной древесины принимается в соответствии с сортаментом пиломатериала, для клееных блоков она обычно не превышает 170 мм. Высота сече­ния устанавливается расчетом. Влажность цельной древесины допускается до 25 %, вместе с тем для клеенной древесины влаж­ность пиломатериала не должна превышать 12%.

Нижние пояса металлодеревянных ферм выполняются из прокатного металла (спаренных уголков) или круглой стали.

Элементы решетки, в которых действуют большие сжимаю­щие или малые растягивающие усилия могут выполняться из цельной или клееной древесины. При этом ширина сечения принимается равной ширине верхнего пояса, это значительно упрощает решение узлов. Сильно растянутые элементы выпол­няются из спаренных уголков или круглой стали.

Расчетная высота ферм, то есть расстояние между осями по­ясов в середине пролета, исходя из условий жесткости, прини­мается в пределах 1 /5 L — для цельнодеревянных ферм и до 1/7 от пролета для металлодеревянных. При выборе решетки ферм основным условием является уменьшение числа ее элементов и сокращение длины сжатых раскосов. Наиболее выгодный угол наклона раскосов к нижнему поясу 50°, желательно чтобы он находился в пределах 40—70°. Тип решетки может быть треу­гольный, или треугольный со стойками.

Отдельные стержни ферм шарнирно соединяются между со­бой и работают в основном на продольное усилие. Хотя соеди­нения стержней в узлах рассматривается как шарнирные, фер­мы обычно делаются с неразрезными поясами, которые имеют шарниры лишь в стыках.

Длины панелей верхних поясов из цельной древесины на­значают от 1,5 до 2,8 м. Фермы с верхним поясом из клееных блоков имеют панели до 6 м и поэтому называются большепанельными. Элементы решетки должны центрироваться в узлах.

Внецентренное прикрепление элементов допускается в фермах со слабонагруженной решеткой и в дощато-гвоздевых фермах.

Опорные узлы ферм должны быть заанкеренены. При проле­тах ферм более 30 м одна из опор должна быть шарнирно под­вижной.

Для уменьшения провисания ферм при изготовлении при­дается строительный подъем f_cmp = 1 / 200L.

Строительный подъем осуществляется путем перелома ниж­него пояса в середине или в третях пролета.

3. Особенности расчета деревянных ферм

Статический расчет деревянных ферм в принципе не отли­чается от расчета аналогичных металлических и железобетон­ных конструкций. При расчете учитывается действие постоян­ной q и временной снеговой нагрузки q_CH. Постоянная нагрузка включает в себя нагрузку от веса покрытия и собственного веса конструкции, который может быть определен по формуле:

=

где k_св - коэффициент собственного веса конструкций, отража­ет в условных единицах расход материалов на единицу площа­ди. Чем меньше этот коэффициент, тем эффективнее использу­ется материал. Например, для сегментных ферм он составляет от 2,5 до 3, для треугольных – от 4 до 5.

Снеговая нагрузка определяется в соответствии со СНиП "Нагрузки и воздействия".

Расчет верхнего пояса ферм имеет особенность, которая зак­лючается в том, что кроме продольной силы в верхнем поясе возникают изгибающие моменты от внеузлового приложения нагрузки от конструкций покрытия. Характер поперечной на­грузки зависит от конструктивного решения покрытия: при па­нельном покрытии нагрузка - равномерно распределенная, при прогоном — сосредоточенная, соответствующая схеме размеще­ния прогонов.

Расчетная схема верхнего пояса зависит от конструк­тивного решения пояса. Она может быть однопролетной, двухпролетной и многопролетной, например, для сегментных ферм, когда одним клееным блоком перекрывается весь пролет фермы.

Рис 3.2

А б

Рис.3.3

Для уменьшения расчетных изгибающих моментов в верх­нем поясе от внеузловой нагрузки, с целью уменьшения разме­ров поперечного сечения, во всех фермах, за исключением сег­ментных, искусственно создается момент обратного знака M_N. Это достигается за счет внецентренного приложения продоль­ной силы, аналогичное решение уже рассматривалось в треу­гольных арках. В сегментных фермах разгружающий момент со­здается за счет имеющегося конструктивного выгиба панели f= L²/8r, где L- длина проекции панели, R — радиус кривизны верхнего пояса (рис. 3.3).

Прочность принятого сечения верхнего пояса проверяется по формуле:

_c = N/F+Mрас/W≤R_c,

Нижний пояс рассчитывается на растяжение с учетом воз­можных ослаблений. При внецентренном креплении решетки нижний пояс рассчитывается как растянуто-изгибаемый эле­мент.

Элементы решетки рассчитываются на действие продольной силы с учетом знака и имеющихся ослаблений.