Область применения. Фермы достаточно широко распространены как в гражданском, так и в промышленном строительстве. Областью применения ферм на лобовых врубках с тяжами из круглой стали являются покрытия с кровлями из листовой стали, волнистых асбоцементных плит, черепицы, а также чердачные покрытия с подвесными потолками.
К числу недостатков ферм на врубках следует отнести кустарность их изготовления, почти исключающую возможность механизации производственных процессов и требующую исполнителей высокой квалификации.
Достоинства и недостатки ферм на врубках. Такие фермы изготовляют на строительной площадке без применения специального оборудования, они могут выполняться из полусухого, а в случае крайней нужды даже из сырого круглого леса. При этом возможное провисание ферм вследствие усушки древесины и обмятия сопряжений может быть устранено в процессе эксплуатации сокращением рабочей длины тяжей (подтягиванием их путем дополнительного завинчивания гаек).
|
|
Фермы на лобовых врубках.
Общие сведения. Фермы, у которых сопряжение основных элементов – верхнего пояса с нижним, сжатых раскосов с поясами - осуществляется врубкой одного элемента в другой без применения других видов рабочих креплений, носят название ферм на врубках. Фермы на врубках выполняют из массивных лесоматериалов – бревен или брусьев.
Очертания и схемы ферм. Основным типом стропильных ферм на лобовых врубках являются треугольные фермы для покрытий с крутым двускатным профилем, присущим большинству зданий. Реже применяют фермы с многоугольным или прямоугольным очертанием. Основные схемы применяемых ферм на лобовых врубках изображены на рис.5.3.
Простейшие треугольные фермы, образованные тремя элементами: двумя наклонными стропильными ногами и горизонтальной затяжкой, применяют при небольших пролетах – до 6 м (рис.5.3.а). Чердачное перекрытие ввиду небольшого пролета может быть оперто непосредственно на наружные стены.
Рис.5.3.Схемы ферм на лобовых врубках
При пролетах до 10 м и необходимости подвесить чердачное перекрытие к фермам применяют простейшие треугольные фермы со средней стойкой – подвеской, осуществляемой из круглой стали или дерева (рис5.3.б). Через подвеску нагрузку от чердачного перекрытия передают на верхний коньковый узел фермы.
При небольших расстояниях между фермами (1,5-3 м) нагрузку от кровли распределяют равномерно по длине верхнего пояса, вследствие чего иногда для разгрузки пояса и уменьшения его сечения ставят, кроме подвески, еще два подкоса (рис.5.3.в).
При необходимости перекрытия более значительных полетов применяют многопанельные треугольные (рис.5.3.г,д,е), трапециевидные (рис.5.3.ж) или прямоугольные фермы (рис.5.3.з).
|
|
Сопряжения на врубках могут работать только на сжатие, поэтому решетка ферм должна быть направлена так, чтобы раскосы всегда были сжаты, а стойки растянуты. Поэтому в треугольной ферме раскосы – нисходящие, а в трапециевидной или прямоугольной ферме – восходящие. При одностороннем загружении в многоугольных фермах в средних раскосах могут возникнуть растягивающие напряжения, при которых эти раскосы выключаются из работы. Предусматривая эту возможность, в средних панелях можно установить встречные (обратные) раскосы (на рис.5.3.ж,з показаны пунктиром), которые работают при одностороннем загружении на сжатие взамен основных раскосов.
этих ферм ( |
Деревянный нижний пояс ферм будем проектировать из брусов прямоугольного поперечного сечения bнп´hнп.
Расчет нижнего пояса сводится к нахождению минимальной площади поперечного сечения пояса, обеспечивающей надежную работу конструкции.
Размеры сечения окончательно определяются при расчете опорного узла и стыковых сопряжений.
Сечение нижнего пояса делается постоянным по всей длине фермы. Для нахождения площади сечения нижнего пояса берут стержни с максимальными усилиями. Как мы уже отмечали, они расположены: в треугольных фермах - в опорной панели, в полигональной - в панелях средней части фермы.
Нижние пояса работают на растяжение. При правильном решении узлов фермы, и при отсутствии в рассматриваемой панели перелома оси пояса в стыке, растягивающую силу можно считать приложенной центрально.
Условие прочности нижнего пояса можно записать как
(5.1)
где Nнп – максимальное растягивающее усилие в элементах нижнего пояса,
Ант – площадь поперечного сечения нетто нижнего пояса (с учетом возможных ослаблений сечения), принимаемая обычно:
Ант=0,75×Абр – если конструкция опорного узла на натяжных хомутах,
Ант=0,67×Абр – если опорный узел на лобовой врубке (здесь Абр – полная площадь поперечного сечения),
Rр – расчетное сопротивление древесины растяжению, принимаемое по таблице 1.2.,
mв – коэффициент условий работы, учитывающий условия эксплуатации конструкции,
mо – коэффициент условий работы, учитывающий ослабление поперечного сечения, mо =0,8.
Выбор конструкции опорного узла фермы на данном этапе расчета осуществляется ориентировочно: при сравнительно больших усилиях в нижнем поясе (Nнп³9т) целесообразно выбрать конструкцию на натяжных хомутах, при малых усилиях – конструкцию на лобовой врубке.
Размеры поперечного сечения, определяемые по формуле (5.1), следует принимать в соответствии с сортаментом на пиломатериалы (табл.1.1.) так, чтобы высота сечения превышала ширину в 1,5–1,9 раза.
Поперечные сечения верхних поясов треугольных и полигональных ферм делаются постоянными по всей длине фермы. Расчет ведется по наиболее напряженным стержням: в треугольной ферме – в первой панели от опоры; в полигональной – в центральных или соседних с центральными панелях фермы.
Центрально сжатые верхние пояса рассчитывают на прочность по формуле
(5.2)
и устойчивость по формуле
(5.3)
где Nвп – максимальное усилие в стержнях верхнего пояса,
Ант – площадь сечения нетто верхнего пояса (Ант=0,75×Абр),
Ар – расчетная площадь поперечного сечения верхнего пояса (в большинстве случаев Ар=Абр),
Rс – расчетное сопротивление древесины сжатию (табл.1.2.),
j – коэффициент продольного изгиба.
Последовательность расчета такова. Сначала из условия прочности следует определить (назначить) минимально возможное поперечное сечение верхнего пояса (заранее известно, что это прямоугольник с bвп=bнп, hвп³bвп).
|
|
Затем осуществляется проверка: будут ли стержни верхнего пояса с таким поперечным сечением устойчивы?
Определим гибкость стержня верхнего пояса в плоскости фермы:
,
где lx – расчетная длина стержня в плоскости фермы (равна расстоянию между узлами верхнего пояса фермы);
rx – радиус инерции поперечного сечения верхнего пояса относительно горизонтальной главной оси X:
rx= 0,289×hвп.
Гибкость стержня верхнего пояса в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, равна:
,
где ly – расстояние между смежными прогонами; при постановке прогонов в каждом узле верхнего пояса ly=lx;
ry – радиус инерции поперечного сечения верхнего пояса относительно вертикальной главной оси Y:
ry=0,289×bвп.
Из двух величин lx,ly выбирают максимальную (она не должна превосходить предельного значения гибкости для данного элемента lпр – см. табл.2.2.), подставляя ее в зависимость
, если l<70
или
, если l³70
определяют необходимый для формулы (5.3) коэффициент j. Осуществляя проверку по формуле (5.3), делают вывод - достаточно ли принятое сечение в смысле обеспечения необходимой устойчивости. Если проверка проходит, назначенное изначально сечение принимается. В противном случае необходимо увеличить высоту сечения и выполнить расчет сначала (проверить прочность, а затем устойчивость верхнего пояса).