Сквозные плоскостные конструкции
Содержание материала
- Сквозные плоскостные конструкции
- Сквозные конструкции
- Сегментные клееные фермы
- Опорные узлы
- Расчет: Верхний пояс
- Расчет: Нижний пояс
- Дощатые фермы с соединениями на металлических зубчатых пластинах
- Крупнопанельные фермы и шпренгельные системы с клееным верхним поясом
- Расчет шпренгельных систем
- Расчет системы как неразрезной балки
- Расчет системы при просадке средней опоры
- Клеедеревянные фермы
- Треугольная клеедеревянная ферма
- Распорные системы
- Решетчатые стойки
- Конструкция решетчатой стойки высотой 9,24 м
- Все страницы
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
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.
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
Изгибающий момент, на который и рассчитывают верхний пояс в узле как внецентренно-сжатый элемент, но без введения коэффициента .
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.
В 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 — 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.
Для 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.
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.
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:
В случае разрезного верхнего пояса, загруженного равномерно распределенной нагрузкой
f - cтрела выгиба панели, приближенно определяемая по формуле
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.
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:
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
Сжимающая нормальная сила в верхнем поясе
Растягивающее усилие в нижнем поясе — подпружиненной цепи
Сжимающее усилие в стойке (с учетом неразрезности верхнего пояса)
Проверку сечения верхнего пояса проводят по формуле для сжато-изгибаемых стержней
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
Сжимающая сила в верхнем поясе
Растягивающее усилие в нижнем поясе - подпружной цепи
Сжимающее усилие в стойке
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.
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.
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.
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.
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
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
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.