Деревянные фермы. Классификация, конструкции и расчет

Относятся к сквозным плоским конструкциям, применяются для перекрытия пролетов l от 12 до 30 м.

Отличия: В фермах кроме поясов есть решетка (стойки и раскосы) из-за большого количества элементов они в основном испытывают сжатие или растяжение. Преимущества: Самые экономичные конструкции по расходу древесины. Недостаток: Большая трудоемкость при изготовлении, т. к. много элементов и узлов, имеют большую высоту. Виды ферм:

Работа элементов:

Верхний пояс (в. п.): - на сжатие для большинства ферм и всегда для большинства 3-угольных и 5-угольных – усилия изгиба. При расчете рассредоточенной нагрузки приводят к сосредоточенной в узлах, но т. к. она на самом деле сосредоточенная, то кроме сжатия воздействуют усилия в изгиба.

Нижний пояс (н. п.): - на растяжение. В отдельных случаях если есть поперечная нагрузка от потолка, то добавляется изгиб, поэтому н. п. чаще выполняют металлическим.

Решетка (стойки раскосы) : сжатие или растяжение

Треугольные фермы:

Раскосы – восходящие или нисходящие элементы металлические или деревянные. Узловые соединения в верхнем поясе выполняются с эксцентриситетом (создает противомомент) – за счет выреза.

5-угольная ферма:

Выполняется под рулонную кровлю, характеризуется малыми уклонами в. п. Элементы фермы выполняются прямоугольными, клеедеревянными. Бывают цельнодеревянные фермы 2-х вилов: 1) 3-угольная брусчатая: каждый элемент выполняется из цельной древесины l=3-12 м.Н.п. из 2-х спаренных уголков _{└ ┘} , стойки – из стержней раматуры АI, в узлах соединенные с деревом с помощью шайб, гаек, также крепятся и к нижнему поясу. 2) Сегментная ферма: - под рулонную кровлю. В. п. – выполняют из одинаковых сегментов (клеедеревянных) из досок, склеенных по пластям, которые соединяются в узлах без эксцентриситета. Решетка – выполняют клеедеревянной, т. к. усилия не большие такое же сечения bи меньшей высотыh. Сегментные – многораскосные – для уменьшения длины верхних элементов, чтобы в. п. не был загружен.

Узлы:

Наиболее распространенными являются узлы в которых древесина работает на смятие по торцам, но возникающие поперечные усилия воспринимает металлическими накладками на болтах, к этим накладкам приваривают метал. детали из уголков или кусков швеллера, к которым крепят стойки либо раскосы.

В в. п. - опирание с эксцентриситетом. Применяются метал. накладки вырез позволяет устраивать крепления растянутых стоек из арматуры с помощью шайб и болтов. Узлы н. п. – из 2-х спаренных уголков. Упор организуется при помощи металлических уголков и дополнительно делаются накладки. Цельнодеревянные – опорные узлы в виде лобовой врубки, которая работает на скалывание и на смятие древесины

Расчет:

1.Сбор нагрузок: (Постоянные) 1)нагрузка от кровли и т. п. в виде постоянной равномерно-распределенной на 1 м² вКн (кН/м²) 2) собственный вес фермы - , где К_св – коэф. собст. веса, l – пролет.

3) Временные нагрузки: снеговая, ветровая нагрузка при расчете ферм не используется, т. к. уменьшает расчетные усилия

2. Геометрический расчет: определение длин осей элементов, углов их наклона к горизонту, координат расчетных сечений.

3. Статический расчет : - определение расчетных усилий в элементах (вырезанием узлов, либо диаграммой Максвелла-Кремоны). Равномерно рассредоточенная нагрузка заменяется на сосредоточенную в узлах:

Сочетания нагрузок:

1) нагрузка по всему пролету, 2) с одной стороны пролета, 3) на сегментную ферму рассматривают 3-угольные распределенные снеговые нагрузки. Выбирают наибольшую нагрузку в сочетаниях. Определение усилий изгиба: элемент в в. п. рассматривается как балка с равномернораспределенной нагрузкой, также прибавляется снеговая и постоянная нагрузка от собственного веса. Дальше идет расчет на сочетание нагрузки и момента М_max.

4. Подбор и проверка сечений: В. п. – сжатие +изгиб

где: ;

На первом этапе берут упрощенную формулу: где 0,8 – заменяет действие продольной силы. После подбора b и h проверяют по формуле (1). Сжатые стойки или раскосы: . Расчет заключается в подборе h (поскольку b уже известна). Растянутые стойки или раскосы: чаще выполняют металлическими, но могут быть и из дерева .

Н. п. – из металла, если есть изгибающие моменты: . Подбирают сечение из уголков или клеедеревянный пояс.

Связевые фермы: Цель связей обеспечение пространственной устойчивости здания. Связи бывают поперечные и продольные, вертикальные, скатные и наклонные. Основные – скатные поперечные связи состоят из связевых ферм, которые соединяют в пояса. Жесткость в продольном направлении может обеспечиваться конструкциями покрытия, в поперечном направлении – связями, количество и расстановка меду ними определяется расчетом, но не более 30 м.

8.Деревянные настилы покрытий: разреженный настил (обрешетка); двойной перекрест­ный; одиночный сплошной. Применение и расчет.

Деревянные настилы – являются ограждающими конструкциями и бывают: дощатые и клеефанерные. Конструкция настила зависит от вида кровли: рулонная либо чешуйчатая (шифер, черепица). Под рулонную кровлю настилы должны иметь плоскую поверхность, под чешуйчатую – ребристый настил.Дощатый настил – самый распространенный его вид это обрешетка. Преимущества: несущая способность не обязательно должна быть высокой и в них применяется древесина II и III сорта. Недостатки: трудоемкость при изготовлении и ограниченная несущая способность. Дощатые настилы могут быть: 1) обрешетка или разреженный настил (состоит из 2-х слоев досок: 1) защитный и 2) основной несущий), 2) двойной перекрестный настил (верхние доски прибиваются к нижним под углом 45⁰).

Расчет дощатых настилов:

Основная расчетная схема – 1 или 2-х пролетная балка. l – шаг стропил, на которые установлена обрешетка.

Нагрузки:

1-е сочетание: q – постоянная нагрузка; S – снеговая нагрузка.

2-е сочетание:q – постоянная нагрузка; Р=1,20кН=120кг – временная нагрузка

Расчет: 1) по 1-му сочетанию и по 1-му предельному состоянию (напряжения): . В 1-м сочетании нагрузок принимается балка условной ширины =1м, в таблице сбора нагрузок – кН/м². Полная нагрузка: q=((q+S·cosα)·cosα)·1м –свободной ширины = кН/м(погонный). ; .

2) по 2-му предельному состоянию (по деформациям) и по 2-му сочетанию нагрузок: , где [f/l] – предельный прогиб (обычно по СНиПу [f/l] = 150). На 2-е сочетание нагрузок принимается, что вес человека с грузом распределяется на 2-е доски, поэтому задаемся шириной доски (примерно 150 мм). 150·2=300 мм=b - условная ширина. Нагрузка:q=qcosα+[P] – в общем случае определяется сразу изгибающий момент: М₂=(00,7ql²+0,21Pl). Проверка по деформациям для 2-го сочетания нагрузок не нужна.

,

где m_дл=1,2 – коэффициент длительности нагружения.

Раздел 4