Сообщение

Сквозные плоскостные конструкции

Содержание материала

Конструкции, состоящие из поясов и связывающих их решеток, называют сквозными. В сквоз­ных конструкциях имеются узловые соединения элементов решетки между собой и с поясами, требующие специальных средств соединения.

При эксплуатации конструкций в условиях повышенной хими­ческой агрессивности среды сквозные деревянные кон­струкции не рекомендуются к применению, так как на от­крытых горизонтальных поверхностях элементов конст­рукции накапливается много агрессивной пыли, которая соединяясь с влагой в воздухе образует кислоты и ще­лочи, приводящие к разрушению древесины. В то же время увеличение поверхности деревянной конструкции и применение деревянных элементов небольшого попе­речного сечения повышает пожарную опасность здания.

В сквозных конструкциях много металли­ческих включений (растянутые элементы и элементы соединений).

Вследствие податливости применяемых в деревянных конструкциях соединений, а также деформации древесины от сушки и увлажнения в статически неопределимых системах может произойти перераспределение усилий в элементах сквозных конструкций вплоть до изменения знака действующих усилий. Поэтому сквозные деревян­ные конструкции не рекомендуется использовать в ста­тически неопределимых системах.

Различают два типа сквозных плоскостных конст­рукций, балочные и распорные. Основ­ными применяемыми сквозными плоскостными дере­вянными конструкциями в покрытиях являются фермы.

В современном строительстве наиболее широко при­меняют фермы сегментные с криволинейным клееным верхним поясом, многоугольные и треугольные.

Усилия в элементах ферм сле­дует определять в предположении шарнирности уз­лов.

Отбор древесины при ее применении для растянутых элементов должен быть тщательным, так как ее пороки отрицательно влияют на прочность при растяжении.

В качестве нижних поясов ферм используют растянутые эле­менты из клееной древесины, поскольку в склеиваемых досках предварительно можно вырезать места с поро­ками, а их соединения, выполненные на зубчатый шип, расположить вразбежку. При этом повышается огнестойкость конструкции, а также стойкость к воздействию химическии агрессивных сред.

При применении сквозных конструкций в обычных ус­ловиях целесообразно растянутые элементы делать металлическими. В фермах на растяжение работают обыч­но нижний пояс и подвески. Элементы сквозных конст­рукций, работающих на сжатие с изгибом, в частности верхние пояса ферм при внеузловом приложении попе­речной нагрузки, выполняют из клееных элементов боль­ших размеров поперечного сечения и значительной длины.

Нижний брус воспринимает только сжимающие силы и проверяется на продольный изгиб с расчетной длиной, равной длине панели верхнего пояса.


В верхнем поясе ферм, выполненном из прямолиней­ных элементов от действия внеузловой поперечной на­грузки, возникают значительные изгибающие моменты. Для уменьшения сечения необходимо стремится к снижениюдействующих в них изгибающих моментов, созда­вая разгружающий момент обратного знака эксцентрич­ным приложением нормальной силы. Эксцентриситет может быть раз­личным. Нередко его определяют из условия равенства абсолютных значений момента в пролете от нагрузки в панели верхнего пояса, деленного на коэффициент |, и момента от эксцентриситета е

clip_image002

По абсолютной величине эксцентриситет не должен превышать 1/4 высоты сечения пояса или не менее половины сечения во избе­жание возможного разрушения от скалывания.

Потолок следует подвешивать к узлам нижнего по­яса, чтобы не вызывать изгибающих моментов в элемен­тах нижнего пояса между узлами. Утеплитель, исполь­зуемый в подвесном потолке, должен находиться ниже нижнего пояса на 15—20 см. В фермах на нагелях, где для их расстановки требуется много места в узле, допускается внецентренное прикрепление решетки. Это вызывает в поясах изги­бающие моменты, учитываемые в расчете, и увеличива­ющие сечение пояса.

При отсутствии стыка в панелях нижнего пояса, смежных с эксцентрично решенным узлом, можно счи­тать, что момент распределяется между смежными пане­лями пояса поровну. При наличии стыка момент воспри­нимается одной панелью, не имеющей стыка.

clip_image004

При внецентренном прикреплении решетки в коньковом узле верхнего пояса с восходящими раско­сами при загружении всего пролета моменты невелики и расчетным здесь является узловой момент при односто­ронней нагрузке.

Заменим нормальную силу от действия постоянной q и временной Р: и поперечную силу Q=Pl/8

clip_image006Изгибающий момент, на который и рассчитывают верхний пояс в узле как внецентренно-сжатый элемент, но без введения коэффи­циента clip_image008.

Деформации (прогибы) сквозных конструкций явля­ются следствием не только упругих деформаций элемен­тов и соединений в узлах и стыках, но и рыхлых дефор­маций, например от неплотностей в соединениях при их изготовлении.

Увеличение проги­бов происходит преимущественно в первые два-три года эксплуатации, когда древесина еще не достигла равно­весной влажности и когда покрытие в первый раз загру­жается полной нагрузкой.

clip_image010В цельнодеревянных фермах прогибы обычно боль­ше так как в них имеется большое число элементов и узлов, соответственно боль­шее количество мест смятия, в особенности под углом и поперек к волокнам. Стыки на нагелях, также спо­собствует увеличению деформаций. В фермах с клееным нижним поясом при стыковании досок по длине с по­мощью зубчатого соединения прогибы будут меньше.

, где clip_image012 — усилие в элементах фермы от единичной силы, приложен­ной в_том узле,_в. котором определяется прогиб фермы.

В деревянных или металлодеревянных фермах прогиб, определенный по приведенной формуле будет занижен, так как в ней учитываются только упругие удлинения или укорочения материала элемента, но не принимаются во внимание деформации в соединениях — в узлах ферм и в стыках элементов, учет которых обязателен, так как они значи­тельно увеличивают прогиб.

Предельные деформации по нормам: при соединении на нагелях всех видов (в том числе и в стыках) 2 мм;

в при­мыканиях деревянных элементов под прямым углом 3 мм.

clip_image014Для уменьшения видимого провисания ферм послед­ним при изготовлении придают строительный подъем (обратный выгиб нижнего пояса), принимаемый 1/200 пролета.


Сегментные клееные фермы.

Верхний пояс клееных сегментных ферм очерчен по дуге и разбит на панели крупных размеров. В современ­ном строительстве применяют главным образом метал-лодеревянные сегментные фермы с клееным верхним по­ясом и с прямолинейным нижним поясом из профильной или круглой стали. Пролеты клееных ферм рекомендуется принимать до 36 м.

Сегментные фермы можно изготовлять и значитель­но больших пролетов, а при обеспечении надлежащего контроля за качеством нижние пояса выполнять клееными, причем очертание нижних поясов может быть не только прямолинейным, но и криволинейным.

clip_image016

В конструктивном отношении верхний пояс представ­ляет собой пакет, склеенный из досок плашмя, имею-ющий прямоугольное сечение шириной b и высотой h. Поясам сегментных ферм следует придавать строитель­ный подъем, равный 1/200 пролета.

Стыки гнутоклееных блоков выпол­няют непосредственным упором торцов или через свар­ные вкладыши в узлах, закрепленных от выхода из пло­скости фермы.

В этом отношении сегментные фермы явля­ются выгодной конструкцией, так как в ней применяется треугольная решетка и в узлах сходится не более двух элементов, которые центрируют в этих узлах.

Очертание верхнего пояса близко к кривой давления от нагруз­ки, равномерно распределенной по всему пролету, и усилия в решетке сравнительно малы. Следует стремиться использовать минимальное число панелей и принимать длину панелей верхнего пояса не менее 6 м.

Конструкция узлов верхнего пояса различна при раз­резном и неразрезном поясе. В обоих случа­ях к концам раскосов прикрепляют на болтах металли­ческие пластинки — наконечники, имеющие в свободном конце отверстие для узлового болта.

При разрезном верхнем поясе в его стыке помеща­ют металлический вкладыш. Узловой болт расположен в центре вкладыша. Усилия от раскосов через пластинки-наконечники вос­принимаются узловым болтом, который передает их рав­нодействующую на металлический вкладыш, а послед­ний — на верхний пояс. Работа уз­лового болта в металле с последующим распределением усилия по большой поверхности соприкасания вклады­ша с торцами верхнего пояса, отсутствие скалывания, шарнирность в присоединении элементов решетки и про­стота сборки—положительные особенности данного ре­шения узла. Передача усилия в стыках и узлах вдоль волокон древесины уменьшает вредное влияние усушки на деформацию ферм.

Узел разрезного верхнего пояса может не иметь ме­таллического вкладыша. В этом случае торцы панелей верхнего пояса упираются один в другой. Стык пере­крывается парными деревянными накладками на бол­тах. Между панелями верхнего пояса и парными на­кладками в специально выбранных в накладках пазах помещают наконечники раскосов, выполненные из поло­совой стали. Узловой болт, в таком случае фактически работает как четырехсрезный болт, в расчете обычно рассматривают как трехсрезный болт (этим учитывается разрезность верхнего пояса в месте расположения болта).

Верхний пояс таких ферм следу­ет разбивать так, чтобы первые от узла панели не пре­вышали 0,7 длины остальных панелей одинаковой длины.

Наконечники соединяются с элементами решетки глухими стальньми нагелями. При использовании сквозных нагелей отверстия для них надо одновременно сверлить в метал­лических пластинках - наконечниках и в деревянном верхнем поясе, что вызывает известные затруднения.

В неразрезном верхнем поясе равнодействующую усилий сходящихся в данном узле раскосов передается металлическими накладками - наконечниками на узловой болт, от него на узловые металлические наклад­ки, а от них рассредоточено металлическими нагеля­ми на верхний пояс. Нагели эти работают под углом к волокнам верхнего пояса, что должно учитываться в рас­чете.

Промежуточый узел нижнего пояса может решаться путем приваривания сверху к профильным элементам пояса узловой шпильки с резьбой по обеим концам для крепления пластинок—наконечников раскосов. Такой вариант более предпочтителен, так как наилучшим образом созда­ется шарнирность в узле, а также обеспечивается удоб­ство сборки. Тем не менее в расчете необходимо учесть эксцентричное решение узла.


Опорные узлы имеют следующие варианты:

1. торец клееного верхнего пояса упирается в упорный элемент (упорная пластинка из листовой ста­ли, усиленная ребрами жесткости или швеллер) сварного башмака. Боковые фасонки свар­ного башмака передают усилия на опорную плиту. Верхний пояс соединяют со сварным башмаком болтом (глухарями), причем болт (глухари) пропускают либо через боковые фасонки, либо через приваренные к упорной плите спе­циально предназначенные для этой цели накладки из листовой стали;

2. ижний конец клееного верхнего пояса обре­зают так, чтобы создать горизонтальную плоскость для опирания фермы и вертикальную плоскость для упо­ра- в сварной элемент, состоящий из упорного эле­мента и боковых фасонок. Боковые фасонки глухарями крепят к верхнему поясу. К ним, в свою очередь, прива­ривают стальные элементы нижнего пояса.

В опорных узлах обоих вариантов, где сходятся эле­менты, имеющие большие усилия, должно быть осуще­ствлено строгое центрирование всех элементов.

clip_image018


РАСЧЕТ

Расчет клееных сегментных ферм начинают с опре­деления продольных усилий в элементах ферм от узло­вой расчетной нагрузки. Криволинейный верхний пояс заменяют при этом прямолинейным— узлы верхнего по­яса соединяют прямыми линиями — хордами, исходя при этом из предположения шарнирности узлов.

Верхний пояс:

Вследствие криволинейности верхнего пояса и расположения нагрузки между узлами он рабо­тает как сжато-изгибаемый стержень. Принятое сечение проверяют по формуле:

clip_image020

В случае разрезного верхнего пояса, загруженного равномерно распределенной нагрузкой

clip_image021

f - cтрела выгиба панели, приближенно определяемая по формуле

clip_image023

Аналогично, в некоторых случаях упрощенно нахо­дят расчетный момент М, когда панели разрезного верхнего пояса загружены неравномерной распределенной, временной поперечной нагрузкой, сосредоточенными силами и т. д.

В фермах с неразрезным верхним поясом моменты М0 определяют как для многопролетной неразрезной балки с равными или неравными пролетами. Панель представляет собой однопролет-ную балку, причем крайние панели, расположенные у опор фермы, рассматривают как однопролетные балки, шарнирно опертые с одного конца и с жестко закреп­ленным другим концом, а средние панели — как одно-пролетные балки с жестко закрепленными концами.

При проверке сечения неразрезного верхнего пояса по формуле сжато-изгибаемого стержня его расчетную длину при определении гибкости и коэффициента | при­нимают в частном случае при равных панелях и равно­мерно-распределенной нагрузке в пролете крайней (опор­ной) панели 0,8 длины хорды, а в средних панелях 0,6 длины хорды.

Сегментные фермы с отношением высоты к пролету меньше 1/7 следует рассчитывать с учетом дополнитель­ных напряжений, возникающих в неразрезных поясах в результате прогиба ферм с учетом деформаций податли­вых соединений.


Нижний пояс:

Металлический нижний по­яс проверяют на растяжение по площади нетто, т.е с учетом ослаблений от отверстий для узловых болтов. В случае эксцентричного крепления решетки в узлах нижнего пояса необходимо в расчетах учесть влияние возникающего при этом дополнительного изгибающего момента в нижнем поясе. Сжатые раскосы рассчитыва­ют на продольный изгиб с расчетной длиной, равной дли­не раскоса между центрами узлов фермы; растянутые на растяжение с учетом имеющихся ослаблений.

Металлические пластинки-наконечники рассчитывают на продольный изгиб. Их расчетную длину принима­ют равной расстоянию от узлового болта до ближайше­го болта в пластинке. Для уменьшения продольного изги­ба пластинок-наконечников их стягивают дополнитель­ным болтом, который, ставят у торца деревянной части раскоса со стороны пояса.

Узловой болт, на который надевают пластинки-нако­нечники раскосов, рассчитывают на восприятие силы R, равной равнодействующей усилий сходящихся в узле раскосов.


Дощатые фермы с соединениями на металлических зубчатых пластинах. Конструктивное выполнение.

В современном, главным образом, в сельском строи­тельстве находят применение дощатые фермы различно­го очертания (треугольные, многоугольные, односкатные и т.д.) и рамы с соединениями на металлических зубча­тых пластинах (МЗП).

Пояса и решетки как ферм, так и рам изготовляют из досок (древесина сосны или ели 1-го и 2-го сортов по ГОСТ 24454—80Е) длиной от 2—6,5 м и шириной от 100—200 мм. Пролеты ферм составляют до 18 м.

Узловые соединения ферм осуществляют на пластин­ках с выштампованными зубьями, которые при завод­ском изготовлении ферм впрессовывают с двух сторон узла одновременно во все сходящиеся в нем деревянные элементы одинаковой толщины.

В зависимости от сечения деревянных элементов и от пролета конструкций применяют пластины соответству­ющих типоразмеров. Сборку дощатых конструкций про­изводят на автоматизированных стендах. Дощатые фер­мы и рамы с металлическими зубчатыми пластинками устанавливают в покрытиях с малым шагом (до 1 м). Монтаж ферм рекомендуется осуществлять блочным способом.

Расчет и проектирование дощатых ферм и рам на ме­таллических зубчатых пластинках производят согласно указаниям «Рекомендации по проектированию и изго­товлению конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах» (М., ЦНИИСК им. В. А. Кучерен­ко, 1983 г.).

К достоинствам дощатых ферм и рам с металличес­кими зубчатыми пластинками следует отнести: малую массу, низкую стоимость, простоту монтажа. Недостаток этих конструкций — малая огнестойкость.

 


Крупнопанельные фермы и шпренгельные системы с клееным верхним поясом.

Шпренгельными называются стержневые системы, состоящие из способных самостоятельно работать дере­вянных конструкций, которые, кроме того, содержат до­полнительные элементы, предназначенные для уменьше­ния изгибающих моментов основных элементов, загру­женных внеузловой нагрузкой. Шпренгельные системы статически неопределимы.

Верхний пояс шпренгельных систем выполняют из клееных деревянных блоков, брусьев или бревен. Ниж­ний пояс изготовляют из круглой стали или стальных профилей. Как правило, узлы нижнего пояса шпренгель­ных систем располагаются ниже отметки опорных узлов. Вследствие этого их нижние промежуточные узлы явля­ются неустойчивыми и для устранения возможного вы­хода их из плоскости фермы осуществляют попарное закрепление конструкций вертикальными связями. Связи крепят к стойкам шпренгельных систем. Решетка шпрен­гельных систем обычно состоит из вертикально постав­ленных деревянных стоек.

clip_image025

Рис. 1. Простейшие формы шпренгельных систем


Расчет шпренгельных систем. Усилия в стержнях си­стемы вычисляют общими методами строительной механики.

Рассмотрим расчет шпренгельной балки (рис. 2) при двух возможных схемах ее работы:

clip_image027

Рис. 2. Детали узлов шпренгельной балки с неразрезным верхним поясом

а) просадки на средней опоре нет и верхний пояс представляет собой неразрезную балку; в этом случае имеет место макси­мальный отрицательный момент на средней опоре;

б) просадка средней опоры такова, что изгибающий мо­мент на ней равен нулю, а верхний пояс представляет собой две однопролетные балки; в этом случае имеется максимальный положительный момент в пролете.


Расчет системы как неразрезной балки.

Для уменьшения расчетного изгибающего момента нормальную силу N нередко на крайних опорах прикла­дывают с эксцентриситетом е. Тогда изгибающий момент на средней опоре при равномерно распределенной на­грузке будет

clip_image029

Сжимающая нормальная сила в верхнем поясе

clip_image031

Растягивающее усилие в нижнем поясе — подпружиненной цепи

clip_image033

Сжимающее усилие в стойке (с учетом неразрезности верхнего пояса)

clip_image035

Проверку сечения верх­него пояса проводят по формуле для сжато-изгибаемых стержней

clip_image037

clip_image039

Расчетную гибкость стержня для определения коэф­фициента x подсчитывают по полной длине l.


Расчет системы при просадке средней опоры.

Расчетный момент в середине пролета l при равно­мерно распределенной нагрузке q и при наличии эксцен­триситета е будет

clip_image041

Сжимающая сила в верхнем поясе

clip_image043

Растягивающее усилие в нижнем поясе - подпруж­ной цепи

clip_image045

Сжимающее усилие в стойке

clip_image047

Сечение верхнего пояса проверяют так же, как и в предыдущем случае, по формуле для сжато-изгибаемых стержней. Расчетную гибкость для определения коэффи­циента x подсчитывают по длине l.

Как видно из приведенных выражений, максимальные нормальные силы в верхнем поясе, нижнем поясе и стой­ке получаются при работе верхнего пояса как неразрез­ной балки, т.е. при отсутствии просадки среднего узла. Изгибающий момент следует рассчитывать для обоих рассмотренных случаев.

Для обеспечения надлежащей плотности соединений элементов шпренгельных систем осуществляют натяже­ние нижнего пояса, называемого подпружной цепью, ко­торое достигается с помощью гаек в опорных узлах, или натяжной муфты, либо опусканием подпружной цепи вдоль стойки с помощью специальной серьги (см. рис. 2). Такое устройство не требует больших усилий для натяжения цепи и удобно для подтягивания ее во время эксплуатации.

Простейшими шпренгельными системами перекрыва­ют пролеты 9 -15 м, сложными шпренгельными систе­мами - до 40 м.

При эксплуатации деревянных конструкций встреча­ется необходимость их усиления. Одним из возможных способов усиления деревянных балок и треугольных распорных систем является превращение их в шпренгельные системы.

Кроме шпренгельных систем в строительстве приме­няют треугольные фермы шпренгельного типа, по форме схожие со шпренгельными системами (см. рис. 1, а). Однако в отличие от шпренгельных систем в фермах шпренгельного типа все узлы решают шарнирно и они являются статически определимыми.


Клеедеревянные фермы заводского изготовления в основном имеют пролеты от 18 до 30 м и высоту, равную 1/6 пролета, тре­угольное, сегментное или пятиугольное очертание (рис. 3). Верхний пояс этих ферм имеет прямую или гнутую форму и круп­ное прямоугольное сечение и способен нести междуузловую на­грузку от настилов покрытия. Ширина его сечения обычно не пре­вышает 17 см, с тем чтобы его можно было склеивать из досок без их стыкования по кромкам. Высота сечения верхнего пояса может быть любой, требуемой расчетом, кратной толщине склеиваемых досок.

clip_image049

Рис. 3. Клеедеревянные фермы:

а-треугольная с нисходящими раскосами;

б-треугольная с восходящими раскосами; в-сегментная; г-пятиугольная.

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

Стержни решетки этих ферм, в которых действуют большие сжимающие или малые растягивающие силы, делаются клеедере-вянными прямоугольного сечения такой же ширины, как и сечение верхнего пояса, 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. 3, а) имеет значительный уклон верхнего пояса и предназначена для покрытии с чешуйчатой кровлей. Ее верхний пояс состоит из шести или четырех прямых стержней, соединенных в узел с эксцентриситетами для уменьшения изгибающих мо­ментов от междуузловых нагрузок. Нижний пояс делается из двойных стальных уголков. Все раскосы этой фермы работают только на сжатие и имеют клеедеревянное прямоугольное сечение такой же ширины, как и верхний пояс. Стойки фермы работают только на растяжение и изготовляются из одиночных стальных арматурных стержней.

Треугольная клеедеревянная ферма с восходящими раскосами (рис. 3, 6) имеет такой же верхний и нижний пояса и назначе­ние, как и ферма с нисходящими раскосами. Раскосы работают постоянно на растяжение и выполняются из одиночных стальных арматурных стержней. Стойки в этом случае постоянно работают на сжатие и изготовляются преимущественно клеедеревянного сечения такой же ширины, как и сечения верхнего пояса. В этой ферме несколько сложней, чем в ферме с нисходящими раскосами, решаются крепления растянутых раскосов в узлах и крепление подвесных потолков. Кроме того, наклонные стальные стержни раскосов могут иметь заметные прогибы от собственного веса.

Сегментные клеедеревянные фермы (рис. 3, в) предназначены для покрытий с рулонной кровлей. Они имеют, как правило, тре­угольную схему решетки. Верхний пояс состоит обычно из четырех или трех клеедеревянных стержней одинаковой длины прямо­угольного сечения, изогнутых по дуге окружности при изготовле­нии. Стержни соединяются центрирование по их осям. Нижний пояс состоит из двойных стальных уголков. Раскосы решетки этой фер­мы, в которых действуют незначительные знакопеременные про­дольные силы, делаются клеедеревянными прямоугольного сече­ния, шириной, равной ширине сечения верхнего и нижнего поясов. При наличии подвесного потолка эта ферма имеет также стойки, которые работают на растяжение и выполняются из стальной ар­матуры. При отсутствии подвесных нагрузок эта ферма имеет тон­кие арматурные подвески для предотвращения заметного прови­сания нижнего пояса. Благодаря изогнутой форме верхнего пояса в его сечениях возникают небольшие знакопеременные изгибаю­щие моменты от междуузловой нагрузки и эксцентричного дей­ствия продольных сил в расчетных сечениях, имеющих противо­положные знаки. Поэтому сечения стержней сегментной фермы имеют меньшие размеры, и такие фермы по расходу клееной дре­весины и стоимости являются наиболее экономичными.

Пятиугольная клеедеревянная ферма (рис. 3, г) имеет малые уклоны верхнего пояса. Она служит основой для деревянных покрытий с рулонной кровлей и для покрытий средних пролетов трехпролетных покрытий. Ферма имеет треугольную со стойками схему решетки. Верхний пояс состоит из четырех клеедеревянных стержней прямоугольного сечения, которые соединяются в узлах эксцентрично по отношению к их осям. Средние панели нижнего пояса и опорные раскосы, в которых действуют большие растя­гивающие усилия, делаются из двойных стальных уголков. Сжа­тые стойки и средние раскосы, в которых действуют небольшие знакопеременные усилия, делаются клеедеревянными. Такие фер­мы относятся к менее экономичным типам ферм.


Решетчатые распорные системы и распорные стойки.

Распорные системы

Из распорных плоскостных сквозных деревянных кон­струкций наиболее широко используют арки. За рубе­жом ограниченное применение находят распорные си­стемы треугольного очертания, составленные из ферм с параллельными поясами из цельной или клееной древе­сины, а также сквозные решетчатые трехшарнирные рамы.

При отсутствии базы для производства клееных дере­вянных конструкций или других причин, ограничиваю­щих возможности применения клееных арок, их заменя­ют достаточно индустриальными сквозными арочными конструкциями, наиболее распространенными из которых можно считать трехшарнирные арки из брусчатых ферм.

Распор в таких арках может восприниматься метал-лической затяжкой или непосредственно фундаментами.

clip_image051

Рис. 1. Трехшарнирная арка пролетом 26 м из брусчатых ферм

Пролеты, перекрываемые такими арками, 20 - 40 м. Сое­динения элементов верхних поясов и прикрепления реше­ток в фермах, составляющих арку, выполняют аналогич­но узлам брусчатых ферм. Принципиальным отличием ферм, составляющих сквозные арки, от обычных ферм является то, что в первом случае нижний пояс фермы может работать на сжатие, в то время как во втором нижний пояс всегда работает на растяжение. Вследствие возможности появления в нижнем поясе усилий сжатия необходимо обеспечить устойчивость его из плоскости фермы. Она обеспечивается постановкой вертикальных связей в плоскости стоек, расстояние между связями принимают обычно равным удвоенной длине панели ниж­него пояса.

Отличительной особенностью расчета сквозных арок является необходимость определения усилий в элемен­тах арки при расположении временной нагрузки - снега не только на всем пролете и его половине, но также на четверти и на трех четвертях пролета, поскольку в этих случаях обычно получаются максимальные усилия в эле­ментах решетки арки.


Решетчатые стойки

Решетчатые стойки применяют для придания зда­нию поперечной устойчивости, а также в конструкциях торцовых стен. Решетчатые стойки состоят из двух вет­вей, каждая из которых крепится к фундаменту анкер­ными болтами. Стойки воспринимают вертикальные (вес конструкций покрытия, кровли и т. д.) и горизонтальные (от давления ветра и сил торможения крановой тележ­ки) нагрузки.

В капитальных зданиях и сооружениях обычно при­меняют решетчатые стойки с параллельными ветвями (рис. 2, 6) или при наличии мостового крана сту­пенчатого очертания (рис. 2, a) с размещением их внутри здания. Ранее применялись решетчатые стойки треугольного очертания, которые располагались в вида контрфорсов снаружи здания. Отношение расстояния между центрами ветвей в основании решетчатой стойки к ее высоте рекомендуется применять в пределах 1/5 - 1/8.

clip_image053

Рис. 2. Типы решетчатых стоек:

а-с краном; б-без крана.

Каждая ветвь решетчатой стойки может состоять из одного или двух брусьев, составленных в направлении, нормальном к плоскости стойки. При одиночном сечении ветви применяют двойную решетку, охватывающую вет­ви с обеих сторон. Узлы стоек конструируют обычно с внецентренным присоединением элементов решетки к ветвям на болтах. Стойки закрепляют в фундаменты с помощью металлических анкеров из полосовой или круг­лой стали. Конструкция решетчатой стойки высотой 9,24 м приведена на рис. 3.


Стойки рассчитывают на вертикальную и горизон­тальную нагрузки. При расчете на вертикальную нагруз­ку можно считать (пренебрегая продольными деформа­циями ветвей стойки), что нагрузка, приложенная к од­ной ветви, передается непосредственно этой ветвью на фундамент, не вызывая усилии во второй ветви стоики.

clip_image055

Рис.3. Решетчатая стойка высотой 9,24 м

Две стойки, связанные поверху несущей конструкци­ей кровельного покрытия, образуют поперечную раму здания (см. рис. 2, б). В деревянных рамах связь ригелей со стойкой, как правило, принимается шарнир­ной, вследствие чего вертикальная нагрузка, изгибающая ригель, не вызывает в стойках изгибающих моментов. Вследствие этого, при расчете на горизонтальную нагруз­ку следует учитывать взаимную связь стоек с ригелем, решая в общем случае однажды статически неопредели­мую раму, состоящую из двух закрепленных в основа­нии стоек, связанных поверху шарнирно присоединен­ным ригелем.

При определении усилий в элементах решетчатой стойки от действия горизонтальных нагрузок ее рассмат­ривают как консольную ферму, защемленную в фунда­менте. Учитывая значительное расстояние между осями ветвей и обычно одинаковое их сечение, расчет можно вести по формуле

clip_image057

где Fнт - площадь нетто сечения одной ветви стойки; N - усилие в нижнем сечении одной ветви стойки ог вертикальной нагрузки; NМ = M / h0 - сжимающее усилие от горизонтальных нагрузок, вызы­вающих изгибающий момент Мy основания стойки.

Расчетную длину стойки при определении ее гибко­сти и коэффициента x принимают равной удвоенной дей­ствительной длине (как для консоли).

Податливость связей, соединяющих решетку с ветвя­ми стоек, учитывают введением при вычислении коэффи­циента x приведенной гибкости lпр, считая гибкость от­дельной ветви l1 = 0. Число срезов связей nc (болтов, гвоздей) на один м длины стойки определяют делением числа срезов в узле на длину панели стойки.

Устойчивость отдельной ветви стойки проверяют по формуле

clip_image059

где j i - коэффициент продольного изгиба, определяемый по расчет­ной длине l1, равной расстоянию между узлами стойки; Fбр - пло­щадь брутто сечения ветви; Wбр - момент сопротивления брутто се­чения ветви; МД = М / x - изгибающий момент в стойке, определяемый по деформированной схеме; М — изгибающий момент у основания стойки.

Расчет элементов стойки из плоскости рамы произ­водят без учета изгибающего момента М, отдельно для каждой ветви стойки по расчетной длине, равной рас­стоянию между пространственными связями, раскрепля­ющими ветви. Если сечение ветви составное, то расчет ведут как для составного центрально-сжатого стержня. Усилия в элементах решетки определяют как в ферме с последующим делением на коэффициент x. Анкеры рас­считывают по максимальному растягивающему усилию в ветвях стойки при действии постоянной вертикальной минимально возможной и максимальной горизонтальной нагрузок.