Треугольные фермы из клееных блоков. Схемы ферм, применение конструкции узлов. Порядок и особенности расчета ферм.(2 вопроса в 1)

Фермой называется стержневая система, остающаяся геометрически неизменяе­мой после условной замены ее жестких узлов шарнирами. Фермы относятся к классу сквозных конструкций, в которых пояса соединены между собой не сплошной стенкой, как у балок, а решеткой, состоящей из отдельных стержней - раскосов и стоек. Фермы применяются в покрытиях производственных и гражданских зданий в тех случаях, ко­гда балки сплошного сечения оказываются экономически невыгодными. Применение решетки уменьшает расход материала на конструкции, но увеличивает трудоемкость изготовления, так как появляются узлы - места соединения решетки с поясами. Общие виды наиболее распространенных деревянных ферм показаны на рис. 9.1.

Треугольные фермы применяют, как правило, для кровель из материалов, требующих значительного укло­на. Отношение высоты фермы в коньке к пролету при­нимают не менее: для цельнодеревянных ферм 1/5, для ферм с металлическим нижним поясом 1/6. Для ферм с металлическим нижним поясом и клееным верхним это отношение может быть снижено до 1/7 пролета. При этом уклон верхнего пояса и кровли колеблется от 1:2,5 до 1:4.

Верхний пояс фермы может быть выполнен из клее­ных блоков (клееная треугольная ферма) или из брусь­ев (брусчатая треугольная ферма). Нижний пояс реко­мендуется делать металлическим из профильной или круглой стали. Преимущество последней состоит в том, что при равной массе она обладает большой огнестойко­стью. Возможно применение и деревянного клееного или брусчатого нижнего пояса при условии выполнения его из тщательно отобранной древесины и хорошо отрабо­танной склейки со стыкованием по длине на зубчатом соединении.

Решетка в треугольных фермах для повышения ин­дустриального их изготовления должна состоять из ми­нимального числа элементов. С этой целью рекомендует­ся применять четырехпанельные (по верхнему поясу) фермы с двумя сжатыми раскосами и соответственное одной растянутой или двумя сжатыми стойками.Растянутые стойки обычно выпол­няют из круглой стали.

При применении брусчатых ферм более значительных пролетов приходится увеличивать число панелей верх­него пояса до шести и нижнего пояса до четырех, соеди­няя узлы верхнего и нижнего поясов треугольной решет­кой с центральной растянутой стойкой

Решение узлов в треугольных фермах зависит от при­нятого типа решетки. Для четырехпанельной фермы со сжатыми раскосами и центральной растянутой стойкой примыкание сжатых раскосов к верхнему и нижнему по­ясам может быть выполнено путем упора в специальные металлические башмаки непосредственно в верхний пояс с соответствующей его подрезкой или на узловых болтах с металлическим вклады­шем) аналогично ранее рассмотренным фер­мам. Треугольные фермы применяют также для подвес­ного потолка.

Опорный узел помимо описанных решений с тем или иным типом металлического башмака может иметь дру­гую конструкцию, где деревянный элемент верхнего поя­са опиленной горизонтальной плоскостью воспринимает опорную реакцию, а вертикальной—усилие от нижнего пояса с помощью шайбы и гайки.

Помимо ферм с металлическим нижним поясом (ос­новное решение) в некоторых случаях могут быть при­менены фермы с деревянным нижним поясом, выполнен­ным в виде клееного пакета в клееных фермах или нз бруса в брусчатых фермах. Использование деревянных поясов из брусьев требует тщательного отбора лесома­териалов. Отбор должен производиться из достаточ­но больших партий лесоматериалов опытными бра­керами.

 

Рис. VI1.10. Детали узлов треугольной брусчатой фермы ЦНИИСК. с упором раскосов в металлические башмаки и со складывающимся при перевозке нижним поясом

Расчет ферм

Расчетные нормальные усилия в элементах треуголь­ных ферм определяют обычным способом. Отличитель­ной особенностью треугольных ферм является то, что при загружении временной нагрузкой половины пролета ре­шетка на незагруженной половине не работает. Поэтому расчетные усилия во всех элементах ферм получаются при снеговой нагрузке на всем пролете. Одностороннее загружение снегом может понадобиться в том случае, когда надо рассчитать присоединение подушки в среднем узле нижнего пояса к самому поясу. Его рассчитывают на разность усилий в соседних панелях нижнего пояса, имеющую место при односторонней снеговой нагрузке.

Верхний пояс. В большинстве случаев панели верх­него пояса помимо нормальных сил работают на изгиб от межузловой нагрузки и рассчитывают как сжато-из­гибаемые стержни. Нормальную силу в верхнем поясе, как и в рассмотренных фермах, прикладывают с эксцен­триситетом е.

Если верхний пояс разрезной, то расчетный момент в панели

М = M₀ — Ne,

где Мо — момент простой балки от данной нагрузки а середине про­лета панели; Ne — обратный момент от нормальной силы, прило­женной с эксцентриситетом.

Если верхний пояс неразрезной, то расчет производят в двух предположениях: а) средняя опора не имеет про­садки и верхний пояс работает как двухпролетная нераз­резная балка; б) средняя опора просела на такую вели­чину, что момент на ней стал равен нулю и, следовательно, верхний пояс работает как разрезная балка с проле­том, равным длине панели.

Нижний пояс. Металлический нижний пояс рассчи­тывают на растяжение с учетом имеющихся ослаблений в узлах или стыках. Местная поперечная нагрузка, на­пример от подвесного потолка, вызывающая изгибаю­щие моменты в нижнем поясе, недопустима.

Деревянный нижний пояс рассчитывают на растяже­ние по площади нетто в стыках или узлах, где учитыва­ют ослабления от нагелей.

Стыки деревянного брусчатого нижнего пояса пере­крывают двумя накладками, обычно деревянными, шири­на которых равна ширине пояса, а толщина вдвое мень­ше толщины пояса. Деревянный нижний пояс соединя­ют с металлическим опорным узлом, как указывалось, накладками из полосовой стали на глухих нагелях. В этом месте на растяжение проверяют деревянный пояс и ме­таллические накладки.

Решетка. Расчет элементов решетки — раскосов и стоек в треугольных фермах ничем не отличается от их расчета в ранее рассмотренных типах ферм: сжатые эле­менты решетки рассчитывают на продольный изгиб, рас­тянутые проверяют на растяжение с учетом имеющихся ослаблений.

Узлы фермы. Расчет узлов треугольных ферм связан с их конструкцией. В клееной ферме с разрезным верх­ним поясом и металлическими узловыми вкладышами конструкция узлов верхнего пояса ана­логична конструкции подобных узлов в сегментных фер­мах /

В клееной ферме с упором раскосов в верхний пояс необходимо проверить смятие древеси­ны в опорном и коньковом узлах, а также в месте упора раскоса в верхний пояс и в подушку среднего узла ниж­него пояса. Во всех случаях расчетное сопротивление смятию берут с учетом угла между сжимающей силон и направлением волокон сминаемого элемента.

В брусчатой ферме (см. рис. VII.10), кроме того, тре­буется рассчитать присоединение к верхнему поясу ме­таллического башмака, в который упирается раскос. На­гели (или гвозди), соединяющие башмак с верхним поя­сом, рассчитывают на усилие, стремящееся сдвинуть башмак вдоль пояса. Таким усилием является составля­ющая усилий в раскосе по направлению верхнего пояса или, что то же, разность усилий в опорной и коньковой панелях верхнего пояса. Нагели или гвозди работают по схеме односрезного соединения.

 

В современном строитель­стве в покрытиях производственных зданий применяются (рис. 9.2...9.5):

- металлодеревянные фермы типа МДФ (серия 1.863-2, вып. 1, 2);

- безраскосные фермы (металлодеревянные арки типа АМД, серия 1.860-6, вып. 1);

- сегментные металлодеревянные фермы (серия 1.263-1, вып. 1,2);

- дощатые треугольные фермы с фанерными накладками в узлах (см. рис.9.11);

- дощатые фермы с узловыми соединениями на МЗП типа "Gang Nail" («Гэнг-Нейл»).

Классификация ферм:

- по конструктивной схеме различают: балочные фермы (основной тип) и распор­ные - арочные (см. рис. 9.6);

- по очертанию верхнего пояса: треугольные фермы, фермы с параллельными поясами, трапециевидные, многоугольные, сегментные (см. рис. 9.1).

- по материалу: из цельной древесины (из круглого леса, брусьев, досок), из клее­ной древесины, металлодеревянные, фермы из фанерных труб, стеклопластикодеревян-ные фермы;

- по типу узловых соединений: на лобовых врубках, на стальных цилиндрических нагелях, на клеестальных шайбах, на зубчатых шипах на клею, на современных видах соединений типа «Грейм», «Гэнг-Нэйл» (см. рис. 4.2,а,б).

Основные положения по проектированию

Деревянные фермы применяются, как правило, в статически определимых систе­мах, как в отношении опорных закреплений, так и схемы решетки. Несущая способ­ность статически определимых ферм зависит от прочности и устойчивости любого стержня, разрушение которого может вызвать потерю устойчивости и разрушение всей конструкции, вследствие этого к качеству материалов для изготовления ферм предъяв­ляются повышенные требования. Фермы проектируют с минимально возможным чис­лом узлов. В современном строительстве применяются следующие типы ферм:

- трапециевидные и сегментные - под рулонную кровлю;

- треугольные - под кровлю из волнистых асбестоцементных листов, стальную, черепичную и другие подобные кровли с уклонами 1/3, 1/4.

Пролеты ферм составляют: 9...21 м (45 м) - для треугольных и 12...30 м - для сегментных ферм. Шаг дощатых ферм в малоэтажном домостроении назначают от 0,5 до 2 м, шаг брусчатых и металлодеревянных ферм в покрытиях зданий - от 2 до 6 м.

 

 

Рис. 9.1. Деревянные фермы:

а - брусчатая на лобовых врубках; б - дощатая на МЗП типа «Гэнг-Нейл»; в - металлодеревянная типа МДФ; г - безраскосная ферма (металлодеревянная арка типа АМД); д - брусчатая с верхним поясом нз балок Деревягина; е - трапециевидная брусчатая; ж - сегментная металлодеревянная с клееным верхним поясом; з - сегментная дощатая

 

Рис. 9.2. Металл од еревянная треугольная ферма с клееным верхним поясом: а - схема приложения нагрузок; б - общий вид фермы типа МДФ 21-12 (Серия 1.863-2, вып. 2), под расчетную нагоузку 12 кН/м