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 b и меньшей высоты h. 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 в Кн (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.

36.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.

37. Клееные балки. Преимущества и недостатки, типы балок, клеи, применяемые для изготовления балок.

Клеедеревянные (дощатоклееные) балки. Состоят из клееных, чаще по пластям досок. Преимущества: (перед цельнодеревянными): 1) возможность перекрывать большие l; 2) большая несущая способность; 3) возможность использовать древесину разных сортов в одном сечении. Недостаток: большая трудоемкость при изготовлении.

Виды балок: (по сечению) – чаще прямоугольные, а также: двутавровые – более экономичны, но трудоемки; рельсовидные. По длине: балки простого сечения – проще в изготовлении; трапециевидные – большая несущая способность. Обычно ширина балок b< =16 см. Пролеты: 12, 18, 24 м – стандартные балки.

По использованию разных сортов: I сорт – в нижних слоях, где балка работает на растяжение; II сорт – в верхней сжатой зоне и в слое смежном с нижним; III сорт – все остальное (середина), т. к. σ _min < σ.

По длине – доски стыкуются вразбежку соединением на зубчатый шип.

Расчет клеедеревянных балок:

Нормальные напряжения: , где: т_б – зависит от высоты сечения, если она > 1м, то значение по СНиПу, если h< 1м, то т_б=1; т_сл – коэффициент числа слоев (толщины досок, чем тоньше доски, тем лучше). Для трапециевидных балок: - момент сопротивления;

- в сечении х будет σ _max; ; .

Клеефанерные балки: состоят из фанерных стенок и деревянных полок. Они имеют гораздо меньшую массу, чем клеедеревянные и поэтому могут перекрывать большие пролеты. Ребристые балки имеют высоту в середине пролета: h_cp=(1/10÷ 1/12)l. Верхний пояс (в. п.) – работает на сжатие (применяют доски II сорта), нижний пояс (н. п.) – растяжение (доски I сорта). Доски в поясах по длине стыкуются на зубчатый шип это соединение лучше делать в зонах под ребрами. Фанерные стенки – из водостойкой фанеры толщиной 10-12 мм. Листы фанеры должны быть направлены вдоль балки, стыкуются соединением на ус. Стыки должны приходиться в места расположения ребер.

Расчет клеефанерных балок (на изгиб):

Работают как однопролетные балки, загруженные собственным весом – постоянная и снеговая нагрузка. Пояса работают на сжатие и растяжение, но направления определяются как для изгиба М=ql²/8. Расчет производится на изгиб с учетом совместной работы поясов и стенок, без учета податливости соединений. Расчет производят дляприведенных сечений: (например)

(приведение к дереву);

(к фанере); S_пр= … Проверяются:

1) В. п. – на сжатие при изгибе: ; 2) Н. п. – на растяжение: ;

3) Проверка прочности фанеры на скалывание: Скалывание проверяется в сечениях на опорах – где действует Q_max. По высоте эта проверка выполняется в 2-х местах: 1) Середина – нейтральная ось, где действуют τ _max, J_пр и S_пр – считаются в сечениях на опорах.

2) в местах стыковки фанеры и деревянных поясов.

4) Проверка по прогибам , где если J_пр^ф, то должен быть и Е_ф, и наоборот.

Особенности работы и расчета балок с волнистой стенкой:

Волнистая стенка включается в пазы, которые предварительно выполняются в поясах, и препятствуют потере устойчивости из плоскости. Расчет таких балок выполняется как для составных балок на податливых связях (сдвиг по нейтральной оси): ; , где К_f и К_w – по СНиПу (но < 1) в зависимости от пролетов, видов конструкций, степени податливости

Клеедеревянные балки армированные стальными стержнями:

Представляют собой клеедеревянные элементы прямоугольного сечения из досок, склеенных по пластям. В сжатую и растянутую зону которых вклеены стальные стержни. Арматура класса АII и АIII, % армирования в сечении ≈ 2-4 %.

Работа и расчет: Такие балки работают на изгиб с учетом совместной работы древесины и арматуры, расчет ведут для приведенных сечений. Проверяется: 1) нормальные напряжения в древесине и арматуре

;

2) касательные напряжения в древесине и клеевом шве: ;

3) прогиб: .

Составные балки: Расстановка связей приводит к тому, что напряжения на краях уменьшаются. Связи расставляются на расстоянии l/4 от опоры. Несущая способность должна быть Т≥ 1, 5N, где Т=(МS)/J

;

38.Клеефанерные плиты покрытий. Конструкция, особенности расчета по несущей способности и деформациям.

Состоят из фанерных обшивок и деревянных ребер. Ребра ставят в местах стыковки фанерных листов. b=1; 1.5 м, l= 3; 4, 5; 6 м – в зависимости от шага стропил или конструкций на которые они укладываются. Преимущества: небольшой вес и хорошая несущая способность. Недостатки: большая стоимость. Деревянные ребра – применяются из цельной древесины или клеедеревянной. Фанерные обшивки – выпускаются из водостойкой фанеры марки ФСФ толщиной ≥ 8 мм, стыкуются в соединением на ус и прикладываются к деревянному каркасу.

Разновидности клеефанерных настилов :

1) 1)коробчатые и 2) ребристые (ребрами вниз – для рулонной кровли и ребрами вверх – для чешуйчатой кровли). Утеплитель – укладывается между ребрами или под кровлю.

Расчет: выполняется для приведенного сечения, расчетное сечение приводят к тавровому (для ребристых настилов) или к двутавровому (для коробчатых). Толщина фанеры (δ _ф) верхних и нижних слоев может бать разной (нижний слой более толстый).

1) Задают шаг продольных ребер (а) на сосредоточенную нагрузку от веса человека с грузом σ =М/W≤ R_иф·1, 2, где 1, 2 – коэффициент условий работы на временную нагрузку;

2) Дальше конструктивно задаются размеры элементов (сечений);

3) Проверка прочности и деформативности (для приведенного сечения). Фанера и древесина имеют разные модули упругости, поэтому все геометрические характеристики приводят к определенным значениям, например, момент сопротивления приведенный к фанере: ; аналогично находятся J_пр и S_пр.

Проверки принятых сечений: Расчетом проверяется балка, работающая на изгиб, но проверяется прочность каждого элемента отдельно. Элементы: в. п. - сжатие, н. п. - изгиб, стенка – скалывание.

1) Проверка нижней обшивки на растяжение: , где R^p_ф – расчетное сопротивление на растяжение, но усилия определяются для балки, работающей на поперечный изгиб.

2) Проверка верхней обшивки на сжатие: ,

где коэффициент ,

если ;

3) Проверка на скалывание в клееных швах (в районе между фанерой и деревом). Касательные напряжения определяются по формуле Журавского: ;

4) Скалывание на ребрах (2-е предельное состояние): , где 0, 7 – коэффициент указывающий на приведенное сечение, т. е. деформации на самом деле не в двутавре, а в коробчатом или ребристом сечении.

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 101112 13 14 15 Следующая ⇒