Деревянные и металлодеревянные фермы: область распространения и простейшие конструкции

Деревянные фермы применяются в покрытиях гражданских и промышленных зданий, пролет которых более 9 м, так как стропила при больших пролетах передают значительный распор на стены и в связи с этим применяться не могут. Пролеты деревянных ферм назначаются от 9 до 36 м, иногда больше. Их высота принимается (1/4 —1/6) l.
Основное достоинство деревян­ных ферм — служат опорами не только настилов покрытий, но также опорами чердачных перекрытий, подвесных потолков и легкого производственного обору­дования.

Основной недостаток деревянных ферм —значительное число элементов и узлов, их значительная высота, которая существенно уменьшает полезные габариты покрываемых помещений.

Очертание и уклон верхнего пояса деревянных ферм зависят от типа кровли, которая может быть рулонной или чешуйчатой, состоящей из волнистых или плоских асбестоцементных, стекло-пластиковых, стальных листов или черепичных плиток.

Т.к. в конструкциях на растяжение древесина рабо­тает хуже, чем на сжатие, наиболее ответственными элементами в деревянных фермах являются растянутые стержни.

В фермах растянутые деревянные стержни заменяются металлическими стержнями, и получают металлодеревянную ферму. Металлодеревянные фермы часто выполняются с клееным верхним поясом и клееными сжатыми стержнями.

Выгодное очертание поясов (наиболее экономичное) — арочное или сегментное. Для скатных крыш часто выполняют фермы треугольного очертания с раскос­ной решеткой, при этом раскосы решетки направляют так, чтобы длинные оказывались сжатыми, а короткие растянутыми.

В фермах из цельной древесины пояса и раскосы при соеди­нениях на врубках могут выполняться прямоугольного (из бруса) или круглого сечения (из бревен). Применение стальных элементов для растянутых стоек и укрепление опорных узлов стальными элементами позво­ляют более простыми методами осуществить изготовление фермы, но вместе с тем возможны варианты выполнения полностью де­ревянных ферм. Для улучшения работы (уменьшения прогибов) ферме придается строительный подъем.

Все деревянные фермы разделяются на два основных класса:

1) клеедеревянные фермы с основными стержнями из клееной древесины;

2) цельнодеревянные фермы с основными элементами из брусьев, бревен и досок.

 

Клеедеревянные фермызаводского изготовления пролетами от 18 до 30 м тре­угольное, сегментное или пятиугольное очертание.

 

 

 

Нижний пояс клеедеревянных ферм делается сталь­ным из двух стальных уголков, соединенных полками вовнутрь, и имеет такую же ширину, как и ширина верхнего пояса. Из-за стального нижнего пояса эти фермы называются иногда металлодеревянными.

Стержни решетки этих ферм делаются клеедеревянными с целью упрощения их крепления в узлах. Стерж­ни решетки, в которых действуют большие растягивающие силы, выполняют, как правило, стальными с сечением из двойных угол­ков или из арматурных стержней.

Треугольная клеедеревянная ферма с нисходящими раскосами(рис. а) имеет уклон верхнего пояса и пред­назначена для покрытий с чешуйчатой кровлей. Все раскосы этой фермы работают только на сжатие. Стойки фермы работают только на растяжение и изготовляются из одиночных стальных арматурных стержней.

Перекрывают пролеты 12 – 18м.

Достоинства – высокая надежность и жесткость, малая трудоемкость изготовления, упрощенная сборка.

Треугольная клеедеревянная ферма с восходящими раскосами(рис. 6) имеет такой же верхний и нижний пояса и назначе­ние, как и треугольная ферма. Раскосы работают на растяжение и выполняются из одиночных стальных арматурных стержней. Стойки работают на сжатие и изготовляются преимущественно клеедеревянного сечения.

Сегментные клеедеревянные фермы (рис. в) предназначены для покрытий с рулонной кровлей. Они имеюттре­угольную схему решетки. Верхний пояс состоит из четырех или трех клеедеревянных стержней одинаковой длины прямо­угольного сечения, изогнутых по дуге окружности. Нижний пояс состоит из двойных стальных уголков. Раскосы решетки - клеедеревянные. Сечения стержней сегментной фермы имеют меньшие размеры, и по расходу клееной дре­весины и стоимости являются наиболее экономичными.

Пятиугольная клеедеревянная ферма (рис. г) имеет малые уклоны верхнего пояса. Она служит основой для деревянных покрытий с рулонной кровлей. Ферма имеет треугольную со стойками схему решетки. Верхний пояс состоит из клеедеревянных стержней прямоугольного сечения. Средние панели нижнего пояса и опорные раскосы делаются из двойных стальных уголков. Сжа­тые стойки и средние раскосы делаются клеедеревянными.

Такие фер­мы относятся к менее экономичным.

Цельнодеревянные фермы имеют деревянные верхние пояса, деревянные или стальные нижние пояса и стержни решетки. Основное преимущество - изготовление из лесоматериалов средней сухости в условиях любого деревообрабатывающего предприятия, в том числе не имеющего оборудования для склеивания древесины.

Недостатки - ог­раничения размеров сечений и соответственно их несущей способности при изгибе, имеют боль­шее число панелей верхнего пояса, элементов и узлов, трудоемки в изготовлении.

Треугольная малопролетная брусчатая ферма(рис. а) с нисходящими раскосами имеет брусчатый верхний пояс, такой же брусчатый нижний пояс, брусчатые раскосы и среднюю стойку из арматурного стержня. Применяется в покры­тиях зданий при пролетах до 12 м с асбесто-цементной кровлей.

 

Многоугольная брусчатая ферма(рис. 6) имеет много­угольный брусчатый верхний пояс и треугольно-стоечную решет­ку из брусьев меньшего сечения или из толстых досок. Нижний пояс состоит из стальных уголков. Преимущества - незначительные усилия в стержнях решетки, что поз­воляет избежать в ней применения стальных элементов. Служит основой покрытия с рулонной кровлей. Перекрываемые пролеты 12 – 30 м.

Конструкции узлов деревянных ферм.

Типы узловых соединений непосредственно связаны со схемами их решетки. Наиболее надежными соединениями дере­вянных элементов являются лобовые упоры. Простыми соединениями являются также лобовые врубки, но их несущая способность ограничена. Болтовые соединения могут воспринимать и сжимаю­щие, и растягивающие усилия. Они применяются для крепления в узлах стержней решетки сегментных и многоугольных ферм, в которых действуют небольшие продольные силы.

 

 

 

 

Принцип расчета ферм.

Расчетные нагрузки, действующие на ферму, состоят из постоянных и временных. Постоянная нагрузка gвключает в себя нагрузку от собственного веса всех элементов покрытия и собственного веса фермы, считается равномерно распределенной по длине проле­та фермам.

Временная снеговая нагрузка S определяется по СНиПу и является равномерно распределенной по длине про­лета или по длинам полупролетов фермы.

Ветровая нагрузка wпри расчете большинства ферм не учи­тывается, так как она действует в виде отсоса и уменьшает усилия в стержнях ферм от основных нагрузок.

Статический расчет - определение уси­лий, действующих в стержнях фермы от всех расчетных нагру­зок иих сочетаний.

Продольные силы методами построения диаграммы усилий Максвелла — Кре­мона, вырезания узлов или методом сечений.

 

Треугольная ферма.

 

Сегментная ферма.

 

M = Nxf

Многоугольная ферма.

Расчет центрально растянутых элементов.

Из древесины:

 

Из металла:

 

Расчет центрально сжатых элементов.

На прочность:

 

На устойчивость:

 

Расчет внецентренно сжатых элементов.

 

- изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок.

Вопросы для контроля:

1. Область применения и назначение деревянных ферм?

2. Какие формы имеют клеедеревянные фермы и их преимущества?

3. Какие формы имеют цельнодеревянные фермы и область их применения?

4. Какие усилия действуют в стержнях деревянных ферм?

5. Решения конструкций узлов ферм?

6. Основные принципы расчета ферм?

Используемая литература:

1. Гринь И. М, Джон - Темпиров К.Е., Гринь В. И. «Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов» - Киев «Высшая школа», 1990г.

2. СНиП 2-25-80 «Деревянные конструкции».

3. Индустриальные деревянные конструкции» под редакцией кандидата технических наук, профессора В. Г. Слицкоухого - М. Стройиздат, 1991 г.

 

Лекция № 11 ТЕМА: Классификация колонн, стоек по схеме работы конструкции. Поперечные сечения. Понятие о работе и расчете

(2 часа)

 

ДЕРЕВЯННЫЕ СТОЙКИ (КОЛОННЫ)

Деревянные стойки бывают:

- цельнодеревянными,

- состав­ными,

- клеедеревянными,

- решетчатыми.

 

 

 

Цельнодеревянные стойки - деревянные элементы — брусья, толстые доски или бревна круглого или окан­тованного сечения. Применяются в виде опор покрытий, на­весов, рабочих площадок, платформ, элементов каркаса.

Малотрудоемкие конструкции, имеют невысокую стоимость, широко распространены в строительстве.

Длиной не более 6,4 м (ограничены сортаментом пиломатериалов), размер сечения не превышает 20 см.

Рассчитываются по формулам расчета деревянных конструкций.

 

Составные стойкисостоят из цельных брусьев или из толстых досок, соединенных болтами или гвоздями. Стержни составных стоек соединяются пластями вплотную или имеют зазоры, выполняемые при помощи коротких доща­тых или брусчатых прокладок. Длины составных стоек, как и цельнодеревянных, не превышают 6,4 м.

Составные стойки применяются, когда несущая способ­ность цельнодеревянных стоек недостаточна для восприятия действующих нагрузок. Имеют шарнирное за­крепление и работаюттолько на продоль­ные сжимающие силы от вертикальных нагрузок.

Расчет составных стоек производится на сжатие и устойчи­вость в двух плоскостях.

 

Клеедеревянные стойкиизготавливаются на заводах. Их формы и размеры могут быть любыми и определяются только назначением, вели­чинами действующих нагрузок, расчетом и не зависят от сортамента. Раз­меры сечений могут превышать 1 м, а их длины — достигать 10 м. Клеедеревянные стойки могут иметь сечения квадратные, круглые и прямоугольные постоянные, переменные и ступенчатые по дли­не. Трудоемкость изготовления и стоимость этих стоеквыше, чем цельнодеревянных, но они имеют большую несущую способность.

Приме­няются в качестве внутренних отдельно стоящих элементов кар­каса зданий, несущих значительные нагрузки (рис.а). Имеют шарнирные закрепления концов.

Они работают и рассчитываются на действие только продольных сжимающих сил N . Крепление к опорам осуществляется с помощью за­кладных частей бетона или железобетона, а крепление к ним деревянных перекрытий — с помощью стальных креплений.

Клеедеревянные стойки постоянного пря­моугольного сечения (рис.б) применяются в качестве вертикальных стоек деревянных на­ружных стен значительной высоты, например торцевых фахвер­ков. Эти стойки работают и рассчитываются в направле­нии большего размера сечения hна сжатие с изгибом от дейст­вия сжимающих сил N,от вертикальных нагрузок и изгибающего момента М,от горизонтальной ветровой нагрузки. Клеедеревянные стойки переменного пря­моугольного сечения (рис. в) служат опо­рами несущих конструкций покрытий производственных однопролетных зданий большой высоты. Имеют жесткое соединение с фундаментом и шарнирное с опорными узлами покрытия.

 

 

 

Решетчатые стойкиприменяют в качестве опор несущих конструкций покрытий и стен деревянных производст­венных зданий в районах, где нет возможности изготовить клеедеревянные стойки. Их высота может достигать 10 м и более. Они состоят из брусьев, соединяемых в узлах болтами. Имеют прямоугольную форму с дву­мя вертикальными поясами или треугольную с одним вертикаль­ным и другим наклонным поясами.

Высота сечения прямоугольных стоек должна быть не менее 1/6 их длины.

Прямоуголь­ные стойки проще в изготовлении, поскольку размеры стержней их решетки не меняются по длине, но они имеют два верхних узла, требующих закрепления из плоскости стойки.

Треугольные стой­ки более экономичны по расходу древесины и имеют только один верхний узел, но более трудоемки в изготовлении.

По статической работе бывают:

- центрально сжатые

- внецентренно сжатые.

 

 

Принцип расчета

1. Центрально сжатые стойки составного сечения.

Расчет аналогичен расчету стоек из цельной древесины, но с введением поправок вызванных особенностью работы составных стержней.

Из за податливости соединений в составных стержнях под действием сжимающих сил в швах происходят сдвиги, в результате которых увеличивается гибкость, что приводит к уменьшению несущей способности. Это учитывается путем введения в расчет вместо гибкости λ цельного сечения, приведенной гибкости λ_пр.

Сжатые элементы из цельной древесины рассчитываются на прочность и устойчивость.

- На прочность (из цельной древесины).

 

 

- На устойчивость