Стропильные фермы

Сжатие и растяжение гнутых элементов

Элементы деревянных конструкций могут иметь начальную кривизну, приданную им при изготовлении и остающуюся неизменной при последующем равномерном сжатии или растяжении их благодаря наличию каких-либо закреплений. Так, например, в деревянных конструкциях широко распространены криволинейные гнутые составные элементы из нескольких слоев досок или брусков, выгнутых по определенной кривой и затем соединенных в таком положении гвоздями, клеем и т. п. При изготовлении таких конструкций в отдельных слоях-досках, брусках, подвергающихся гнутью, возникают начальные деформации изгиба, на которые в дальнейшем при эксплуатации конструкций накладываются деформации равномерного сжатия или растяжения (последнее встречается в редких случаях). Составные гнутые элементы могут также подвергаться в последующем изгибу или совместному действию изгиба со сжатием или растяжением, причем начальная кривизна элементов изменяется - увеличивается или уменьшается, в зависимости от направления изгиба.

Распределение напряжений но высоте поперечного сечения отдельных гнутых слоев - досок, брусков - при их равномерном сжатии и растяжении, так же как и характер предельного состояния, определяются теми же условиями, что и в случаях внецентренного сжатия и растяжения..

При длительном выдерживании гнутых элементов возникшие в них начальные напряжения будут постепенно снижаться в результате релаксации, являющейся следствием деформаций последействия. Напряжения снизятся в упруго-напряженной зоне до величин, обусловленных кривизной элементов и сниженным (длительным) модулем упругости древесины, а в пластической зоне, при наличии ее, - до величины длительного сопротивления древесины сжатию.

При длительном воздействии на гнутые элементы сил сжатия или растяжения закономерности распределения напряжений в предельном состоянии останутся теми же, что и при кратковременном воздействии, но упругие и прочностные характеристики должны быть снижены.

Деревянные фермы. — это сквозные решетчатые конструкции балочного типа, находящие значительное применение в строитель­стве. Они служат основными несущими конструкциями деревянных покрытий зданий различного назначения и сооружений, имеющих малые и средние длины пролетов. Основное достоинство деревян­ных ферм — это соответствие их конструкций служить опорами не только настилов покрытий, но также опорами чердачных перекрытий, подвесных потолков и легкого производственного обору­дования. При этом в сечениях элементов ферм не возникает из­гибающих моментов, которые могли бы значительно увеличить их размеры, как это бывает в гнутых арках и рамах.

Древесина и сталь в деревянных фермах концентрируются в стержнях поясов и решетки, где действуют в основном продольные силы, и несущая способность этих материалов используется в наи­большей степени. В связи с этим для изготовления ферм требуется меньше материалов, чем для изготовления арок и рам. Фермы, как правило, являются сборно-разборными, и транспортирование их стержней небольшой длины, прямых или мало изогнутых, от места изготовления к месту сборки и установки не вызывает су­щественных затруднений.

Основной недостаток деревянных ферм — это значительное число элементов и узлов. В связи с этим трудность изготовления и сборки ферм существенно больше, чем арок и рам. Механизация их производства затруднительна. К числу недостатков ферм от­носится также их значительная высота, которая существенно уменьшает полезные габариты покрываемых помещений.

Очертание и уклон верхнего пояса деревянных ферм зависят от типа кровли, которая может быть рулонной или чешуйчатой, состоящей из волнистых или плоских асбестоцементных, стекло-пластиковых, стальных листов или черепичных плиток. Схемы решетки и конструкция узлов ферм непосредственно взаимо­зависимы.- Число панелей верхних поясов ферм зависит от типа стержней. При клеедеревянных стержнях число панелей может быть наименьшим и их длины наибольшими. При цельнодеревянных стержнях число панелей должно быть значительным, их длины ограниченными. Выбор типа деревянных ферм также цели­ком зависит от методов их возможного изготовления — с приме­нением склеивания или только механической обработки древесины. Все деревянные фермы разделяются на два основных класса: 1) клеедеревянные фермы с основными стержнями из клееной древесины; 2) цельнодеревянные фермы с основными элементами из брусьев, бревен и досок.

Клеедеревянные фермы заводского изготовления в основном имеют пролеты от 18 до 30 м и высоту, равную '/б пролета, тре­угольное, сегментное или пятиугольное очертание (рис. 8.1). Верхний пояс этих ферм имеет прямую или гнутую форму и круп­ное прямоугольное сечение и способен нести между узловую 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. 8.1. 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 металлодеревеянными. Стержни решетки этих ферм, в которых действуют большие сжимающие или малые растягивающие силы, делаются клеедеревянными 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. 8.1, а) имеет значительный уклон верхнего пояса и пред­назначена для покрытий 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. 8.1,6) 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 этойферме 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. 8.1, 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 центрированно 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. 8.1, 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.

Цельнодеревянные фермы имеют деревянные верхние пояса, деревянные или стальные нижние пояса и стержни решетки. Основным преимуществом цельнодеревянных ферм является воз­можность их изготовления из лесоматериалов средней сухости в условиях любого деревообрабатывающего предприятия, в том числе не имеющего оборудования для склеивания древесины.

Недостатки цельнодеревянных ферм тоже значительны. Ог­раничения размеров сечений лесоматериалов и соответственно их несущей способности при изгибе, во избежание их работы на изгиб, требуют конструкции покрытия опирать в основномв узлах верхнего пояса и избегать междуузловых нагрузок. Это приводит к тому, что такие фермы имеют значительно боль­шее число панелей верхнего пояса, элементов и узлов, чем клеедеревянные. Они трудоемки в изготовлении, организация их серийного механизированного производства затруднительна. По­этому расширение их применения целесообразно только в рай­онах, не имеющих предприятий по изготовлению клеедеревянных конструкций.

Треугольная малопролетная брусчатая ферма (рис. 8.2, а) с нисходящими раскосами имеет брусчатый верхний четырех-панельный пояс, такой же брусчатый нижний пояс, брусчатые раскосы и среднюю стойку из арматурного стержня. При нали­чии подвесного потолка нагрузки от него передаются промежуточ­ными стойками на узлы верхнего пояса. Эта ферма благо­даря своей простоте изготовления применяется в покры­тиях зданий при пролетах до 12 м при покрытиях с асбесто-цементной кровлей. Нередко нижний пояс этой фермы делается металлическим из уголковой стали или стальной арматуры.

Многоугольная брусчатая ферма (рис. 8.2, б) имеет много­угольный брусчатый верхний пояс и треугольно-стоечную решет­ку из брусьев меньшего сечения или из толстых досок. Нижний пояс состоит из стальных уголков. Преимуществом этой фермы являются незначительные усилия в стержнях решетки, что поз­воляет избежать в ней применения стальных элементов. Благо­даря малым углам наклона стержней верхнего пояса эта ферма служит основой покрытия с рулонной кровлей. Применяются также треугольные малопролетные фермы не­большой несущей способности со стержнями из двойных досок и узловыми соединениями на болтах и гвоздях и такие же фермы со стержнями из одиночных досок, расположенных в одной плос­кости, и соединениями на двойных стальных зубчатых пласти­нах.

Конструкции узлов деревянных ферм различны. Они яв­ляются важнейшими деталями, от которых в большей степени зависит их прочность, надежность и долговеч­ность. Типы узловых соединений непосредственно связаны со схемами их решетки. Наиболее надежными соединениями дере­вянных элементов являются лобовые упоры. Однако они не могут воспринимать растягивающие усилия. Поэтому наиболее надеж­но и просто решаются конструкции узлов, где соединяемые стержни передают на них только сжимающие усилия торцами сжатых стержней или шайбами растянутых тяжей. Простыми соединениями являются также лобовые врубки, но их несущая способность ограничена. Большинство схем деревянных ферм обеспечивают применение этих соединений.

Болтовые соединения могут воспринимать и сжимаю­щие, и растягивающие усилия. Они применяются для крепления в узлах стержней решетки сегментных и многоугольных ферм, в которых действуют небольшие продольные силы. Конструкции узлов клеедеревянных и цельнодеревянных ферм имеют свои особенности.

Узлы клеедеревянных ферм также многообразны.

Опорные узлы сегментных и треугольных клеедеревянных ферм Выполняют с помощью стальных башмаков и сварных швов такой же конструкции, как и опорных узлов клеедеревян­ных арок с затяжками (рис. 8.3 и 8.4,а). Верхний пояс фермы упирается в опорный лист и диафрагму башмака — вертикаль­ную или наклонную, а нижний пояс соединяется накладками с боковыми фасонками. Верхний пояс центрируется в узле по его осям, а верхний пояс треугольной фермы центрируется

5 — стальные крепления

Рис. 8.4. Узлы нижних поясов клеедеревянных ферм:

а — треугольной; б — сегментной; / — стальные крепления; 2 — болт;

3 — стальные накладки

только нижней площадью торца для создания в нем эксцентри­ситета продольных сил. Опорный узел пятиугольной фермы решается тоже с помощью стального башмака более простой конструкции, так как в, нем соединяются клеедеревянные стойка и опорный стержень нижнего пояса, в котором не действуют продольные силы.

Узлы нижнего пояса треугольных с нисходящими рас­косами и сегментных клеедеревянных ферм решаются с учетом того, что в стержнях решетки треугольных ферм действуют зна­чительно большие усилия, чем в решетке сегментных. В треуголь­ных фермах сжатые раскосы крепятся лобовыми упорами в полке стальных уголковых коротышей, приваренных к полкам уголков нижнего пояса, и закрепляются стальными накладками и болтами. Стержни растянутых стоек крепятся гайками к на­кладкам, приваренным к нижнему поясу.

Клеедеревянные стержни решетки сегментных ферм крепятся болтами и стальными накладками к стержням с двусторонними нарезками, приваренными к уголкам нижнего пояса. Сжатые клеедеревянные стойки треугольной фермы с восходящими рас­косами крепятся к нижнему поясу прямыми лобовыми упорами и закрепляются стальными накладками и болтами. Растянутые стержневые раскосы закрепляются гайками к наклонным наклад­кам, прикрепленным к нижнему поясу. Узлы верхнего пояса сегментных клеедеревянных ферм решаются с помощью двусторонних клеедеревянных накладок, стальных диафрагм и болтов. В узле ферм небольших пролетов раскосы решетки крепятся стальными накладками к болту, про­пущенному через центр узла. В узле ферм больших пролетов эти накладки крепятся к стальной диафрагме I-образного про­филя со стержнями с нарезкой и гайками, приваренными к ее оси.

Узлы верхнего пояса треугольной клеедеревянной фермы с нисходящими раскосами могут решаться с помощью стального крепления, состоящего из двух фасонок с диафрагмой и нижним листом, к которому приварен уголковый упор и стальные накладки для соединения сжатого раскоса и растянутой стойки (рис. 8.3,6). Коньковый узел этой фермы может решаться с помощью стального крепления, состоящего из двух фасонок и треугольной диафрагмы и болтов (рис. 8.3, в). Сжатые стержни верхнего пояса крепятся прямыми лобовыми упорами и болтами к наклонным поверхностям диафрагмы, а растянутый стержень средней стойки крепится гайкой к гори­зонтальной поверхности диафрагмы.

Узлы верхнего пояса клеедеревянной фермы с восходящими раскосами решаются несколько сложнее, поскольку в них кре­пятся сжатые клеедеревянные раскосы. Узлы пятиугольной клеедеревянной фермы — карнизный, коньковый и промежуточные — могут выполняться с применением стальных креплений с диа­фрагмами, к которым крепятся лобовыми упорами и болтами клеедеревянные стержни и сварными швами стальные стержни нижнего пояса и опорных раскосов.

Узлы цельнодеревянных ферм решаются с учетом того, что стержни этих ферм имеют меньшую высоту сечений, чем клеедеревянные, и их нижние пояса могут быть как дере­вянными, так и стальными.

Узлы брусчатой треугольной фермы решаются следующим образом. Опорный узел (рис. 8.5) выполняется в ви­де лобовой врубки. В концевой части бруса нижнего пояса вырезается треугольное гнездо, в которое вводится нижняя часть торца бруса верхнего пояса — «зуб» и упирается в рабочую площадь гнезда. Глубина врубки должна быть не более '/з вы­соты сечения нижнего бруса, а расстояния от ее вершины до конца нижнего бруса — не менее 1,5 высоты его сечения для получения достаточных площадей растяжения и скалывания. Врубка должна быть центрирована по осям опоры, верхнего пояса и ослабленного врубкой сечения нижнего пояса, чтобы в этом сечении не возникло кроме растягивающих усилий еще из­гибающих моментов.

Лобовая врубка дополнительно стягивается наклонным бол­том, перпендикулярным к верхнему брусу, к так называемым аварийным. Он обеспечивает цельность врубки при монтаже. В случае разрушения врубки от скалывания конца нижнего бруса этот болт начинает работать на растяжение и предотвра­щает опасность разрушения фермы. Опорная подбалка, приби­ваемая гвоздями, предохраняет нижний брус от местного смятия на опоре и создает наклонную площадь смятия для шайбы аварийного болта.

Коньковый узел этой фермы (рис. 8.5, а) выполняется в виде наклонных лобовых упоров торцов брусьев верхнего пояса и го­ризонтального лобового упора шайбы растянутого стержня сред­ней стойки. Узел перекрывается двусторонними накладками из толстых досок, прикрепленных к брусьям верхнего пояса болтами. Средний узел нижнего пояса этой фермы решается с при­менением двойных накладок из брусьев сечением, не меньшим половины сечения бруса нижнего пояса и болтов. Сжатые брусья раскосов пропускаются в зазор между накладками нижнего пояса, упираются вертикальными площадями концов друг в друга, а горизонтальными площадями — на шайбу растянутого.стерж­ня стойки. При этом в узле создаются два лобовых упора. Промежуточный узел верхнего пояса решается в виде лобовых врубок сжатых брусьев раскосов, скрепленных болтами, в гнезда, сделанные в брусьях верхнего пояса. При наличии подвесного потолка в этом узле крепится также стальной стержень растяну­той стойки гайкой на шайбе.

Дата добавления: 2014-01-04