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 λпр.
Сжатые элементы из цельной древесины рассчитываются на прочность и устойчивость.
- На прочность (из цельной древесины).
- На устойчивость