Розрахунок ферм.

Порядок розрахунку ферм такий же, як і порядок розрахунку плоских несучих дерев'яних конструкцій:

1) статичний розрахунок;

2) підбір перерізу елементів ферми;

3) розрахунок вузлів.

Розрахунку ферм передує збір навантажень. Навантаження, що діють на ферму, складаються з постійного (від власної маси ферми та огороджуючих конструкцій покриття) і тимчасового (найчастіше тільки від снігу).

Статичний розрахунок ферми зводиться до визначення зусиль від зовнішніх навантажень в елементах ферми. Для всіх стержнів визначається значення поздовжньої сили N, а для верхнього поясу ще й згинальний момент M.

Визначення зусиль в стержнях можна робити графічно або аналітично. При цьому в схемах сегментних ферм криволінійні осі панелей верхнього поясу на ділянках між сусідніми вузлами замінюють хордами, що стягують ці дуги.

Зусилля визначають окремо:

1) для випадку завантаження сніговим рівномірно розподіленим навантаженням на половині прольоту;

2) для випадку завантаження сніговим навантаженням на всьому прольоті;

3) для випадку завантаження постійним навантаженням (власна вага ферми і вага огороджувальних конструкцій покриття) на всьому прольоті ферми.

Доцільно спочатку визначити зусилля від одиничного навантаження, а потім, помноживши на величини фактичних навантажень, отримати істинне значення зусиль у стрижнях.

При обчисленні зусиль у середніх розкосах враховують два випадки: коли розкіс стиснутий і коли розтягнутий.

Розрахункові зусилля в стержнях визначаються при наступних двох комбінаціях навантажень:

1) Рівномірно розподілене постійне навантаження на всьому прольоті, тимчасове (сніг) - на половині прольоту ферми.

2) Рівномірно розподілене постійне і тимчасове навантаження на всьому прольоті ферми.

Підбір перерізів елементів ферми.

Ширина перерізу елементів ферми визначається за граничним значенням гнучкості. Для елементів ферм встановлені такі граничні значення гнучкість (λ_гр):

- для верхнього поясу λ_гр=120 ;

- для елементів решітки λ_гр=150 ;

- для нижнього поясу зі сталі λ_гр=400.

Ширину перерізу верхнього поясу і елементів гратки доцільно призначати за значенням радіуса інерції.

, де l – розрахункова довжина стрижня ферми

Висоту перерізу верхнього поясу визначають, користуючись наближеною формулою для моменту опору:

Також момент опору дорівнює:

Звідси по відомим b і W знаходять h.

Після підбору перерізів елементів ферми, виконують перевірку їх міцності.

Стиснуті елементи ферм перевіряють на стійкість за формулою:

φ – коефіцієнт поздовжнього згину, що приймається за СНиП;

R_С – - розрахунковий опір деревини стиску.

Розтягнуті дерев'яні елементи перевіряють на міцність за формулою:

сталеві за формулою:

де m – коефіцієнт умови роботи (якщо пояс складається з двох елементів, то m = 0,85).

У випадку, коли верхній пояс навантажений міжвузловим навантаженням, його перевіряють, як стиснуто - згинаний елемент на міцність за формулою:

Згинальний момент M, викликаний наявністю міжвузлового рівномірно розподіленого навантаження, визначається по формулі:

Значення згинального моменту M_q може бути зменшено за рахунок розвантажувального моменту M_n, що створюється шляхом ексцентричного прикладання поздовжньої стискаючої сили N.

Сумарний згинальний момент в середині прольоту l, у цьому випадку обчислюється за формулою M=M_q-M_n, де M_n=N·e

У сегментних фермах ексцентриситет сили N виявляється за рахунок кривизни осі панелі верхнього поясу.

Поздовжня сила, спрямована по хорді дуги створює розвантажувальний згинальний момент

M_n=N·f₀

Значенння f₀ можна обчислити за формулою:

l₀ - довжина хорди;

r₀ – радіус дуги, по якій окреслено верхній пояс.

Для нерозрізного верхнього поясу згинальні моменти в крайній від опори панелі будуть рівні:

- в середині прольоту

- на опорі

Прогини ферм при дотриманні вимог по відношенню стріли підйому і довжини прольоту (f / L) не перевіряють, тому що ці співвідношення забезпечують необхідну жорсткість ферм.

Для запобігання небажаних наслідків, викликаних переміщеннями вузлів і прогинів нижнього поясу, що виникають все ж у процесі експлуатації, ферми проектують з будівельним підйомом (L/200). При обчисленні зусиль будівельний підйом не беруть до уваги.

Розрахунок і конструювання вузлів ферм.

Опорні вузли ферм з дощатоклеєних елементів, здійснюють шляхом упору крайньої панелі верхнього поясу в сталевий опорний башмак, до якого приварені сталеві елементи нижнього поясу.

В опорному вузлі перевіряється на зминання торець верхнього поясу за формулою:

Сталева упорна діафрагма, а також опорна пластина розраховуються на згин.

Вузли верхнього поясу.

Середній гребеневий вузол трикутної ферми вирішується у вигляді похилого лобового упору, перекритого дерев'яними або металевими накладками на болтах.

Розтягнута стійка у вигляді сталевого тяжа з нарізкою на кінці пропускається через отвір, що проходить через центр вузла, і закріплюється гайкою на шайбі.

Розрахунком цього вузла перевіряється напруження зминання під кутом до волокон в лобовому упорі і на зминання під кутом α2 під шайбою стійки. Поперечна сила у вузлі сприймається накладкою з болтами.

Вузли верхнього поясу сегментних ферм вирішуються за допомогою сталевих накладок - наконечників, зєднаних з розкосами болтами і прикріплених до болта, що проходить через центр вузла.

Центровий болт розраховують на сприйняття рівнодіючої сили від поздовжніх сил в розкосах.

Розрахунком також визначається кількість болтів у наконечниках і напруження зминання торців верхнього поясу. Проміжні вузли приєднання стійок і розкосів до верхнього поясу вирішуються аналогічним чином.

Вузли нижнього поясу металодеревяних ферм виконуються за допомогою двох фасонок, приварених до поясу. До фасонки болтами кріпляться дерев'яні розкоси.

Болти розраховуються на максимальні зусилля в розкосах.

Вузли ферм з цілісних елементів на лобових врубках вирішуються і розраховуються за правилами конструювання та розрахунку з'єднань на врубках (на зминання і сколювання).

Лекція 5

Зв'язки

Зв'язки бувають:

1) горизонтальні (або похилі для скатної покрівлі);

2) вертикальні у покритті, а також по поздовжнім і торцевим стінам.

Зв'язки забезпечують загальну стійкість будинку, сприймають вітрові й кранові гальмівні навантаження і передають їх на фундамент.

У будівлях з дерев'яним каркасом застосовують два основних види зв'язків:

а) зв'язкові ферми, що розташовуються вертикально, похило або горизонтально поперек будівлі по зовнішніх поясах (або зовнішньому контуру) несучих конструкцій;

б) поздовжні зв'язки (теж ферми), площина яких розташовується перпендикулярно площині несучих конструкцій; ці зв'язки закріплюють нижні пояси (або внутрішню кромку) несучих конструкцій.

Зв'язкові ферми, розташовані по зовнішніх поясах конструкцій, з'єднують ригелі двох сусідніх рам і їх стійки в просторовий блок жорсткості, здатний сприймати навантаження, спрямовані перпендикулярно площині основних несучих конструкцій. Поясами являються верхні пояси ригелів (ферм, клеєфанерних балок і т.п.) або весь переріз несучих конструкцій (дощатоклеених арок, рам, стояків). Гратка зв'язкових ферм може бути дерев'яною розкісною або перехресною із сталевих тяжів. Ці зв'язки сприймають вітрові і технологічні навантаження, спрямовані вздовж будівлі (вітер, поздовжнє гальмування кранів), забезпечують стійкість каркасу в процесі його монтажу.

Роль стійок в гратці зв'язкових ферм виконують прогони або панелі. Зв'язкові ферми встановлюють з інтервалом не більше 30м (частіше 18-24м), але не менше двох на будівлю.

Зв'язкові ферми біля торців будівлі можуть не встановлюватися, якщо торцеві стіни в змозі самостійно сприймати горизонтальні навантаження.

Зв'язки закріплюють дві крайні точки несучих конструкцій і одну або кілька проміжних точок.

Розрахунок зв'язкових ферм виконують на горизонтальні навантаження, які складаються із зовнішніх горизонтальних навантажень (вітру, гальмівних зусиль кранів тощо) та додаткових зусиль від вертикального навантаження внаслідок можливих недосконалостей форми (відхилення від вертикалі та інших дефектів).

Зв'язкові ферми розраховують як звичайні ферми.

Поздовжні зв'язки з'єднують несучі конструкції попарно і встановлюються з інтервалом, що дорівнює кроку несучих конструкцій.

Крок поздовжніх зв'язків визначають з умови забезпечення стійкості розкріплюючих конструкцій.

Рис. 57 - Напіврозкісна система (В = 6м)

Рис. 58 - Напіврозкісна система (В = 3м)

Поздовжні зв'язки розраховують на горизонтальну силу Р при встановленні зв'язків у карнизних вузлах рам і в арках.

Для наочності покажемо зв'язки в будівлі з каркасом, що складається із стійок і шарнірно обпертих на них балок (або ферм).

Рис. 59 - В'язева система з прогонами і дерев'яними напіврозкісними зв'язками

Лекція № 12

Просторові дерев'яні конструкції - основні форми, області застосування і основні розрахунки.

До просторових дерев'яних конструкцій або, як їх часто прийнято називати, до покрить-оболонок відносять покриття з вигнутою поверхнею, в якій всі складові елементи працюють спільно як єдине ціле. Оболонки завдяки такій поверхні менш матеріалоємні, ніж плоскі конструкції і є поєднаним видом покриття, тому що здатні виконувати одночасно несучу і огороджуючу функції. Вони можуть мати різноманітні форми різного функціонального призначення.

До основних конструктивних типів просторових дерев'яних конструкцій відносяться:

- розпірні склепіння при прямокутному плані і обпиранні на поздовжні стіни;

- складки і склепіння оболонки, обперті в основному тільки на поперечні торцеві стіни, а також оболонки подвійної додатної або від’ємної кривизни;

- купола, обперті по контуру круглої або багатокутної будівлі.

Зазначені типи дерев'яних конструкцій можуть бути виконані у вигляді:

• тонкостінних оболонок;

• ребристих складок і оболонок, в яких для збільшення жорсткості тонкостінні елементи посилені ребрами

• сітчастих систем.

Застосування перерахованих просторових дерев'яних конструкцій доцільно в наступних випадках:

• коли необхідно використовувати внутрішній габарит при малій будівельній висоті конструкцій (область застосування склепінь-оболонок і куполів);

• якщо в поздовжніх стінах необхідні великі отвори для воріт (наприклад в ангарах) і обпирання повинно здійснюватися на торцеві стіни (це область застосування склепінь-оболонок і складок);

• в покриттях над круглими, овальними, квадратними і багатокутними приміщеннями в плані (область застосування куполів).

Просторові дерев'яні конструкції використовуються для покриттів різних промислових, громадських і сільськогосподарських будівель: спортивних залів, зерноскладів, виставкових павільйонів, театральних та концертних залів, критих ринків і т.п.

Тривала експлуатація просторових конструкцій як у нас в країні, так і за кордоном свідчить про їх надійність та довговічність. Побудовані понад 35 років тому дерев'яні склепіння і куполи продовжують експлуатуватися і знаходяться в доброму стані. За кордоном просторові дерев'яні конструкції все ширше застосовують для перекриття унікальних за розмірами прольотів.

Розглянемо основні типи просторових дерев'яних конструкцій, дотримуючись їх класифікації.

Розпірні склепіння

Оболонки у вигляді склепінь мають циліндричну форму поверхні і обпираються на боки, паралельні твірним. Існує два основних види розпірних склепінь:

• тонкостінне клеєфанерне склепіння стрілчастого або круглого обрису з затяжкою або з передачею розпору безпосередньо опорам;