Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность материала.

Достоинства.

1. Малый объемный вес.

2. Низкий коэффициент теплопроводности.

3. Низкий коэффициент температурного расширения, вследствие чего не требуется устройство температурных швов в протяженных деревянных конструкциях.

4. Химическая стойкость. Благодаря строению древесины химические реагенты медленно проникают вглубь древесины, и их разрушительное действие происходит годами и даже десятками лет. Чем больше поперечное сечение элемента, тем продолжительнее будет его эксплуатация.

5. Гвоздимость. Древесина характеризуется не только хорошей гвоздимостью, но и способностью сопротивляться выдергиванию гвоздей, т.к. при забивке гвоздь сплющивает и раздвигает трубочки волокон дерева, которые в силу своей упругости плотно обжимают гвоздь и создают силы трения на поверхности соприкосновения с ним.

6. Производственные преимущества обработки древесины: легкость обработки, простота сборки, малая трудоемкость и энергоемкость заводской обработки дерева.

7. Нет сезонных ограничений для строительства.

Недостатки.

1. Анизотропность древесины.

2. Ненормальности в строении дерева.

3. Ограничение сортамента.

4. Изменение свойств в зависимости от влажности.

5. Пластичность древесины, ее способность под воздействием продолжительных нагрузок изменять свою форму без появления напряжений.

 

 

Конструктивные и химические меры по борьбе с гниением и пожарной опасности.

Гниение и защита деревянных конструкций от гниения

Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами – дереворазрушающими грибками. Некоторые грибы поражают еще растущие и высыхающие деревья в лесу. Складские грибы разрушают лесоматериал во время хранения их на складах. Домовые грибы – разрушают древесину строительных конструкций в процессе эксплуатации. Грибы развиваются из клеток – спор, которые легко переносятся движением воздуха. Приростая, споры образуют плодовое тело и грибницу гриба – источник новых спор.

Защита от гниения

1. Стерилизация древесины в процессе высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при t > 80^оС, что приводит к гибели спор грибов, грибниц и плодовых тел гриба.

2. Конструктивная защита предполагает режим эксплуатации, когда влажность древесины W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).

2.1. Защита древесины от атмосферной влаги – гидроизоляция покрытий, необходимый уклон кровли.

2.2. Защита от конденсационной влаги – пароизоляция, проветривание конструкций (осушающие продухи).

2.3. Защита от увлажнения капиллярной влагой (от земли) – устройство гидроизоляции. Деревянные конструкции должны опираться на фундамент (с битумной или рубероидной изоляцией) выше уровня грунта или пола минимум на 15 см.

3. Химическая защита от гниения необходима, когда увлажнение древесины неизбежно. Химическая защита заключается в пропитке ядовитыми для грибов веществами – антисептиками.

Водорастворимые антисептики (фтористый, кремнефтористый натрий) – это вещества не имеющие ни цвета ни запаха, безвредные для людей. Используются в закрытых помещениях.

Маслянистые антисептики – это минеральные масла (каменноугольное, антросценовое, сланцевое, древесный креозот и др.). Они не растворяются в воде, но вредны для человека, поэтому используются для конструкций на открытом воздухе, в земле, над водой.

Пропитка выполняется в автоклавах под высоким давлением (до 14 МПа).

Защита от жуков точильщиков – нагрев до t>80^oC или окуривание ядовитыми газами типа гексахлорана.

Горение и защита деревянных конструкций от возгорания

Характеризуется пределом огнестойкости (порядка 40 мин. для бруса 17 х 17 см, нагруженного до напряжения 10 МПа.).

Защита

1. Конструктивная. Ликвидация условий, благоприятных для возгораний.

2. Химическая (противопожарная пропитка или окраска). Пропитывают веществами, которые называются антипиренами (например, аммонийная соль, фосфорная и серная кислота). Пропитку выполняют в автоклавах одновременно с антисептированием. При нагреве антипирены расплавляются, образуя огнезащитную пленку. Защитная окраска выполняется составами на основе жидкого стекла, суперфтора и т.д.

 

Расчет на поперечный изгиб.

Рассмотрим три различных элемента с одинаковым поперечным сечением.

Для цельного сечения , ,

Для сечений на податливых связях , , .

Для сечения из свободно лежащих элементов , ,

Если сравнить геометрические характеристики, то

в 4 раза; в 2 раза; в 4 раза.

, ,

т.е. ; - коэффициент учитывающий податливость связей

; .

Расчет балки на податливых связях, таким образом, сводится к расчету балки цельного сечения с введением коэффициентов учитывающих податливость связей.

Нормальные напряжения определяют

, где момент сопротивления составной балки как цельной,

коэффициент, учитывающий податливость связей

Прогиб составной балки: , где момент инерции балки как цельной; коэффициент учитывающий сдвиг, вызванный податливостью связей. берутся из СНиП II-25-80.

Количество связей определяется расчетом на сдвигающие усилия: .

Распределение сдвигающих усилий по длине аналогично распределению касательных напряжений (). При равномерно распределенной нагрузке полное сдвигающее усилие:

В составной балке на податливых связях значение полного сдвигающего усилия , однако, из-за податливости связей изменится характер распределения сдвигающих усилий по длине балки. В результате сдвига брусьев треугольная эпюра превратится в криволинейную, близкую к косинусоиде AFC.

Если связи размещать по длине балки равномерно, то каждая связь может воспринять сдвигающее усилие, равное ее несущей способности ,а все .

Работа такого количества связей будет соответствовать прямоугольнику ADEC, т.е. связи, находящиеся около опор, будут перегружены. Следовательно, при расчете количества связей должны быть соблюдены два условия:

1.Число равномерно поставленных связей на участке балки от опоры до сечения с максимальным моментом должно воспринять полное сдвигающее усилие

2.Связи, поставленные около опор, не должны быть перегружены.

Для этого количество связей надо увеличить так, чтобы их работа соответствовала прямоугольной эпюре AFGC. Площадь по 1-му условию равна площади , то , откуда .

Связи около опор перегружены в 1,5 раза, поэтому для соблюдения второго условия надо увеличить их число в 1,5 раза. Таким образом, требуемое количество связей на участке балки от опор до сечения с максимальным моментом будет

Соединения на нагелях.

 

Расстояния вдоль волокон между нагелями S₁ устанавливается нормами в зависимости от вида напряженного состояния в соединениях. Они больше для гвоздевых стыков в которых возникают раскалывающие напряжения и меньше для болтовых, работающих только на скалывание.

Для болтов: S₁≥7d₁, где d₁- диаметр болта.

Для гвоздей: S₁≥ (15…25)d_гв.

Во избежание раскалывания допускается забивание гвоздей в доски толщиной не менее 4 диаметров гвоздя.

Расстояние S₂ и S₃ – так же регламентировано и составляет от 3 до 4 диаметров нагеля.

Работа и расчет нагельного соединения.

Древесина в нагельных гнездах работает на смятие, а сами нагели на изгиб. Крайние элементы сминают одним срезом нагеля, средние элементы двумя срезами, поэтому расчеты производят отдельно. Расчетная несущая способность одного среза нагеля вычисляют по формуле:

; 0,8 и 0,5 – осредненное расчетное сопротивление древесины смятию в кН/см².

На изгиб нагели рассчитывают по формулам:

Все эти формулы справедливы когда усилия действуют вдоль волокон древесины, если же направление усилий и волокон не совпадают для всех соединений (нагельных) кроме гвоздевых, несущую способность умножают на к_α на смятие и на в расчетах на изгиб. Гвоздевые соединения работают один по всем направлениям поскольку гвозди обмяли древесину при разбивке, уплотнив ее в направлении поперек волокон.

 

 

18. Соединения на гвоздях.

19. Лобовые врубки с одним зубом, конструирование, расчет.

Врубкой называют соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или иных рабочих связей. За этим видом соединения сохра­нилось старое название «врубка», хотя в настоящее время врезки и гнезда выполняют не топором, а электро- или мотопилой, цепнодолбежником и т. п.

Основной областью применения врубок являются уз­ловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхне­го пояса к растянутому нижнему поясу.

Соединяемые врубкой элементы деревянных конст­рукций должны быть скреплены вспомогательны­ми связями — болтами, хомутами, скобами и т. п., кото­рые следует рассчитывать в основном на монтажные на­грузки. Лобовая врубка может утратить несущую способ­ность при достижении одного из трех предельных состо­яний: 1) по смятию площадки упора F_смα; 2) по скалы­ванию площадки F_CK; 3) по разрыву ослабленного вруб­кой нижнего пояса.

Площадь смятия определяют глубиной врубки h_BP, которая ограничивается нормами h_вр≤h_бр/3, где h_бр— высота растянутого элемента. При этом несущая способ­ность врубки из условия разрыва растянутого элемента в ослабленном сечении при правильном центрировании узла всегда обеспечивается с избыточным запасом проч­ности. Решающее значение имеет как правило несущая способность врубки, исходя из условий скалывания.

Согласно СНиП П-25-80, лобовую врубку на скалы­вание рассчитывают определением среднего по длине площадки скалывания напряжения сдвига по формуле^

где R_ck — расчетное сопротивление древесины скалыванию для мак­симального напряжения; l_cк — расчетная длина плоскости скалыва­ния, принимается не более 10 глубин врезки в элемент; е — плечо сил сдвига, принимаемое 0,5h при расчете элементов с несимметрич­ной врезкой в соединениях без зазора между элементами и 0,25h при расчете симметрично загружаемых элементов с симметричной врезкой; β — коэффициент, принимаемый 0,25. Отно­шение l_ск/е должно быть не менее 3.

Однако выполненный анализ сложного напряженного состояния, возникающего по плоскости скалывания¹, по­казал, что вышеприведенная формула СНиП П-25-80 приемлема только для угла а=45°. А для угла а=30°, при котором несущая способность врубки повышается, формула СНиП не верна и должна быть заменена дру­гой:

В результате анализа установлено, что с увеличением глубины врубки h_вр при постоянной длине плоскости* скалывания l_ск снижается коэффициент концентрации напряжений сдвига и уменьшаются напряжения сжатия поперек волокон в начале плоскости скалывания. Выяв­лена зависимость коэффициента концентрации напряжений сдвига t_max/t_cpeд от отношения l_ск/е и от угла смятия α.

1) чем больше отношение длины плоскости скалыва­ния к е, тем больше коэффициент концентрации напря­жений сдвига; 2) чем меньше угол α, тем меньше коэффициент кон­центрации напряжений сдвига; 3) чем больше нормальная к плоскости сдвига со­ставляющая, тем выше значение концентрации напряже­ний сдвига.

 

 

20. Клеевые соединения.

Равнопрочность, монолитность и долговечность кле­евых соединений в деревянных конструкциях могут быть достигнуты только применением водостойких конструк­ционных клеев. Долговечность и надежность клеевого соединения зависят от устойчивости адгезионных свя­зей, вида клея, его качества, технологии склеивания, эк­сплуатационных условий и поверхностной обработки до­сок. Клеевой шов должен обеспечивать прочность соеди­нения, не уступающую прочности древесины на скалы­вание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон. Прочность клеевого шва, соответствующую прочности древесины на растяжение вдоль волокон, пока еще не удается получить, поэтому в растянутых стыках пло­щадь склеиваемых поверхностей приходится увеличи­вать примерно в 10 раз косой срезкой торца на ус или на зубчатый шип. Виды соединений на клею Растянутый стык клееных элементов в заводских ус­ловиях изготовляют на зубчатый шип (рис. IV.40, а, б) с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно 1: 10. Это унифицированное решение, по прочности не уступающее решению стыка на ус (при том же уклоне), более экономично по затрате древесины и более техно­логично в производстве; поэтому оно должно полностью заменить при заводском изготовлении все остальные ви­ды стыков. Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растя­жение, изгиб, кручение или сжатие. Согласно испытани­ям, прочность такого стыка на клее даже на разрыв оказалась не ниже прочности цельного бруска, ослаб­ленного «нормальным» для I категории сучком размером 1/4-1/6 ширины соответствующей стороны элемента. На практике рекомендуется использовать наиболее технологичный вариант с нарезкой ши­пов перпендикулярно пласти. Этот вариант применим при любой ширине склеиваемых досок, даже слегка по­коробленных. При стыковании клееных блоков больших сечений приходится применять склеива­ние холодным (или теплым) способом. Для сращивания фанерных листов в заводском про­изводстве таким же унифицированным неразборным видом соединения служит стыковое соединение на ус; его применение в напряженных элементах кон­струкций требует соблюдения следующих условий: дли­ну уса принимают равной 10—12 толщинам фанеры, а направление волокон наружных шпонов (рубашек) должно совпадать с направлением действующих усилий. Ослабление обычной фанеры стыком на ус учитывают коэффициентом Косл=0,6, а бакелизированной фанеры коэффициентом 0,8.

 

Для склеивания досок используют клеи на основе синтетических смол:

- фенолоформальдигидные;

- резорциноформальдегидные;

- фенолорезорциноформальдигидные.

Нанесение клея осуществляется на полуавтоматических линиях:

Пакет рейсмусовый станок клеенаносящее устройство приемник-накопитель.

Клей наносится b = 0,1 – 0,3мм, чем тоньше слой клея, тем прочнее соединение.

После нанесения клея производят запрессовку и выдержку заготовок под давлением для создания прочного соединения.

Большое внимание нужно уделить времени прошедшему с начала нанесения клея до полного обжатия пакета (время сборки), оно ограничивается 30 – 40 мин, поскольку клей может загустеть и потерять свои адгезионные свойства.

Клеефанерные балки.

По форме сечения могут быть коробчатыми, двутавровыми, двутаврово-коробчатыми (склеенными из двух или нескольких двутавров), треугольными, трапециевидными.

Однако наибольшее распространение в отечественном и зарубежном строительстве получили первые три вида балок:

1) коробчатого сечения

2) двутаврового сечения

3) двутаврово-коробчатого сечения

 

 

Традиционно клеефанерные балки состоят из дощатых поясов и фанерных стенок, однако в настоящее время предпринимаются попытки создания цельнофанерных конструкций, что позволяет экономить пиломатериал. Примером таких конструкций является цельнофанерная клееная балка, изобретенная в США

 

Предпринимаются попытки создания балок двутаврового сечения с поясами из манерных профилей (уголков), С-Петербург.

По длине клеефанерные балки могут иметь постоянное или переменное сечение.

Их высоту в середине пролета определяют расчетом на изгиб и она получается близкой к 1/10…1/12 пролета.

Высоту сечения на опоре определяют расчетом стенок на срез и устойчивость, но она должна быть не меньше 0.4 пролета.

Стенки клеефанерых балок изготавливают из водостойкой строительной фанеры толщиной 10…12 мм. Направления наружных волокон фанеры следует принимать параллельным волокном поясов и продольным осям балки. При этом стенка работает на изгиб в направлении наибольшей прочности и жесткости. Фанера стыкуется «на ус», либо встык с накладками. Как правило, в местах стыкования фанеры ставятся ребра жесткости, т.е. по длине балки ребра ставятся с шагом, равным 1/8…1/10 пролета.

 

«Расстановка ребер жесткости»

 

По плоскостям склеивания с фанерными стенками пояса должны иметь прорези для того, чтобы ширина клеевых швов не превосходит 10 см для предотвращения перенапряжений швов при короблении. По длине доски соединяются зубчатым стыком.

Нижние растянутые пояса должны изготовляться из досок 2 (или 1) сорта, сжатые пояса и ребра – из 2 (или 3) сорта.

 

 

Расчет ребристых клеефанерных балок производят на изгиб с учетом совместной работы дощатых поясов и фанерных стенок.

В двускатных балках переменной высоты сечения, где при равномерной нагрузке действуют максимальные напряжения изгиба, находятся не в середине пролета, а на расстоянии Х от опоры:

где γ=h_оп/l_i, где h_оп – высота опорного сечения между осями поясов,

l – пролет балки,

i – уклон верхнего пояса.

Изгибающий момент в этом сечении равен . Геометрические характеристики сечений клеефанерных балок определяются с учетом различных модулей упругости древесины (Eg) и фанеры (Еф).

В результате определяются приведенные к древесине поясов геометрические характеристики сечения

Расчет по прогибам

,

Клеефанерная балка с волнистой стенкой относится к классу малогабаритных балок. Пояса состоят из одиночных досок 2-го сорта. Они располагаются горизонтально плашмя, и в их плоскостях образуется волнистые по длине клиновидного сечения.

Фанерная стенка имеет волнистую форму, вклеиваются краями в пазы.

 

«Клеефанерная балка с волнистой стенкой»

Благодаря волнистой форме стенка лучше сопротивляется потере устойчивости, чем плоская.

Расчет плоских балок производится с учетом того, что стенка практически не работает на нормальные напряжения при изгибе и эти напряжения воспринимаются только поясами. Кроме того благодаря своей форме стенка является податливой, поэтому расчет таких балок по прочности и прогибам при изгибе производят как составных балок с податливой стенкой.

 

Дощатоклееные балки.

Дощатоклееные балки применяют, главным образом, в качестве основных несущих конструкций покрытия сельских, общественных и промышленных зданий, используют их также в виде прогонов, пролеты и нагрузки которых не позволяют применять прогоны цельного сечения, а также в виде главных балок перекрытий, мостов и других сооружений.

В отечественной практике строительства дощатоклееные балки находят применение в покрытиях пролетом до 18 м. За рубежом имеются примеры эффективного применения дощатоклееных балок в покрытиях пролетом до 30 м и более.

Дощатоклееные балки могут быть:

 

1) односкатными постоянной высоты;

2) двускатными переменного сечения, причем h₀ не менее 0.4h, где h₀ – высота балки у опоры, h – высота в середине пролета;

3) ломаными, состоящими из двух прямолинейных элементов, соединенных в коньке зубчатым соединением;

 

 

 

4) гнутыми;

 

 

Балки склеиваются из досок толщиной не более 42 мм (для гнутоклееных – не более 33 мм). Сечения дощатоклееных балок принимают в большинстве случаев шириной не более 17 см, что позволяет изготовлять их из цельных по ширине досок. Балки большей ширины изготовляют из менее широких досок, склеенных между собой кромками с расположением стыков вразбежку, что увеличивает трудоемкость их изготовления. Формы поперечных сечений балок могут быть весьма разнообразными. Традиционными формами сечения являются прямоугольное массивное, реже двутавровое или тавровое (т.к.они не технологичны в изготовлении).

«Виды сечений дощатоклееных балок»

 

Высота балок (h) принимается в пределах h=(1/8…1/12)l.

Для обеспечения устойчивости балок из их плоскости отношение высоты балки h к ширине b не должно быть больше 6 (h/b≤6). Дощатоклееные балки с большим отношением высоты к ширине поперечного сечения подлежат проверке на общую устойчивость.

Доски располагаются по высоте сечения балок таким образом, чтобы древесина наиболее высокого качества размещалась в наиболее напряженных нижней и верхней зонах.

«Расположение досок в балке»

По длине доски дощатоклееных балок стыкуются на зубчатый шип. Стыки смежных слоев должны располагаться вразбежку на расстоянии не менее 30 см.

Расчет дощатоклееных балок покрытий.

В большинстве случаев расчет производят по схеме однопролетной свободно опертой балки на равномерную нагрузку q от собственной массы покрытия, балки и массы снега.

Дощатоклееные балки рассчитывают как балки цельного сечения. За основное расчетное сопротивление при изгибе принимается для сосны

1 сорта Ru=14 МПа

2 сорта Ru=13 МПа

3 сорта Ru=8.5 МПа

При расчете дощатоклееных балок выполняют следующие проверки.

1. Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Здесь введены коэффициенты к моменту сопротивления:

m_δ – коэффициент условий работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения на несущую способность балки, его значение приведено в СНиП II-25-80 в зависимости от высоты сечения h

h=70 см → m_δ=1,

h<70 см → m_δ >1,

h>70 см → m_δ <1;

m_ф – коэффициент формы, для балок прямолинейной формы сечения m_ф =1, для балок двутавровых сечений m_ф даны в учебнике Г. Г. Карлсена в зависимости от отношения ширины стенки к ширине пояса.

Расчетное сечение, где действуют максимальные нормальные напряжения, в балках переменной высоты не совпадает, как в балках постоянной высоты, с местом действия максимального изгибающего момента, поскольку момент сопротивления сечений уменьшается у них от середины балки быстрее, чем изгибающий момент. Расстояние расчетных сечений от опор Х определяется путем отыскания максимума эпюры нормальных напряжений по длине балки.

Это сечение находится из общего выражения для нормальных напряжений

Для нахождения экстремальных точек эпюры напряжений необходимо приравнять нулю выражение, полученное после дифференцирования выражения для σ_u.

В двускатной балке переменного сечения при равномерно распределенной нагрузке

,

где h_оп – высота опорного сечения,

h – высота сечения в середина пролета балки.

Изгибающий момент в этом случае равен

«Эпюра изгибающего момента М»

В гнутоклееных балках дополнительно проверяется еще и напряжения растяжения в гнутой зоне.

2. Расчет на устойчивость плоской формы деформирования изгибаемых элементов.

,

где М – максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке l_p

m_δ и m_ф – балочный коэффициент и коэффициент формы (применяются такими же, как и при расчете прочности).

3. Проверка прочности по скалывающим напряжениям в сечении с максимальной поперечной силой выполняется по формуле Журавского

,

где Q – поперечная сила, S_бр – статический момент относительно нейтральной оси той части площади сечения, которая расположена выше или ниже проверяемого шва, J_бр – момент инерции сечения, b – ширина балки, и при двутавровом сечении – ширина стенки (b=b_ст).

4. Расчет по прогибам.

СНиП II-25-80 дает формулу для определения наибольшего прогиба шарнирно-опертых балок в виде:

,

где f₀ – прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига, для загруженной равномерно-распределенной нагрузкой

,

h – наибольшая высота сечения,

l – пролет балки,

k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, для балки постоянного сечения k=1,

с – коэффициент, учитывающий влияние деформации сдвига от поперечной силы.

Значение коэффициентов k и с для основных расчетных схем балок даны в приложении СНиП.

При проверке балки по прогибам должно выполняться условие

,

Кроме основных проверок в ряде случаев выполняются дополнительные проверки. К таким проверкам относятся проверка на смятие опорной площадки балки, проверка напряжений растяжения в гнутых балках и т.п.

Кроме однопролетных балок в ряде случаев с эффектом применяют многопролетные и консольные дощатоклееные балки. Расчет таких балок производится по общим принципам строительной механики с учетом формы и высоты сечения (коэффициентов m_δ и m_ф).

В случае, если необходимо повысить несущую способность и жесткость балки иногда выполняют армирование дощатоклееных балок.

Дощатоклееные армированные балки представляют собой деревянные клееные балки, в которые вклеиваются стержни стальной арматуры.

«Дощатоклееная армированная балка»

Целесообразно выполнять армирование двойной арматурой классов A-III и A-IV. Процесс армирования находится в пределах 2…4 %. Клей чаще всего эпоксидно-цементный.

Расчет армированных балок на изгиб производится с учетом совместной работы клееной древесины и арматуры методом приведенных сечений, учитывающим модуль упругости древесины и стали.

Расчет армированных балок по прочности производят исходя из того, что древесина разрушается раньше, чем стальная арматура:

 

23. Деревянные прогоны.

24,25. Обеспечение жесткости прогонных и беспрогонных решений.

Стропильные конструкции покрытия из соображений экономии материала проектируют с сечениями, развитыми в плоскости действия основных нагрузок – от собственного веса и снега. Это обуславливает их относительно низкую изгибную жесткость из плоскости и жесткость на кручение. Поэтому при проектировании покрытий уделяется особое внимание обеспечению устойчивости и жесткости всей системы покрытия в целом с помощью связей, на которые возлагается также задача восприятия возможных горизонтальных нагрузок: ветровой на торцы зданий, тормозных сил от кранового оборудования, сейсмических усилий. Для зданий с деревянными каркасами связи в покрытиях проектируются в плоскостях сжатых верхних поясов стропильных ферм, верхних граней стропильных арок или балок. Связи по верху стропильных конструкций образуются из продольных элементов и раскосов которые вместе со стропильными конструкциями образуют поперечные связевые фермы (в качестве продольных элементов используют прогоны или распорки). Для обеспечения пространственной жесткости зданий существуют два решения:

1- прогонное (в холодных зданиях) – Ставят из досок связи (скатные связи), там, где заканчивается одна – начинается другая, при шаге 4-6м, связевой блок ставится через 24-30м. Если покрытие проектируется с применением плит, в качестве продольных элементов для раскрепления стропильных конструкций применяют деревянные распорки, которые обычно идут на всю длину покрытия, а в пределах связевой фермы являются стойками ее решетки.

2 - беспрогонное – ставят распорки, распорка должна образовывать квадрат, между ними - крестовые связи (два тяжа диаметром 16-18мм). При беспрогонном решении покрытия наиболее часто проектируют связевые фермы с перекрестной решеткой из стальных тяжей, имеющих натяжные муфты. При меньшем шаге возможно проектирование раскосной и треугольной решеток.

 

Решетка проектируется симметричной относительно конька. Каркас торцевых стен зданий может быть самостоятельной конструктивной системой состоящей из шарнирно опертых на фундаменты стоек и обвязок, объединяющих стойки в каркас и воспринимающих нагрузки от конструкций покрытий. При большой высоте стоек их раскрепляют в плоскости торца горизонтальными распорками.

 

При расстановке связей вдоль здания следует учитывать согласованность их расположения в покрытиях и в продольных каркасах по колоннам имея ввиду что большинство горизонтальных нагрузок воспринимается поперечными связевыми фермами покрытий и передается на фундаменты через вертикальные связи в плоскостях колонн. Поэтому все связи должны располагаться в одном шаге осей, образуя замкнутый контур от одного до другого фундаментов. Расстановка вдоль здания должна быть симметричной относительно середины длины здания, равномерной, расстояние между связями должно быть не менее 24 метров.

26. Клееные фермы.

Фермы применяют, как правило, в статически определимых схемах в отношении как опорных закреплений, так и решения решетки.

В зависимости от конструктивных особенностей, связанных с методом изготовления, фермы подразделяют на фермы заводского (из клееных элементов) и построечного изготовления (из цельных элементов)

Наибольшее распространение в строительстве получили фермы заводского изготовления. К ним относятся металлодеревянные фермы, верхний пояс и сжатые стержни решетки которых выполнены из клееной древесины, а нижний пояс и растянутые стержни решетки - из стали.

Преимущества клееной древесины позволяют применять в случае необходимости, например, в условиях агрессивных сред, не только стальной, но и деревянный нижний пояс.

По очертанию фермы подразделяются на:

1. Треугольные;

2. Трапециевидные;

3. Многоугольные;

4. Сегментные.

Расчет ферм.

1. статический расчет;

2. подбор сечения элементов фермы;

3. расчет узлов.

Расчету ферм предшествует сбор нагрузок. Нагрузки, действующие на ферму, складываются из постоянных (от собственной массы фермы и ограждающих конструкций покрытия) и временной (чаще всего только от снега).

Статический расчет фермы сводится к определению усилий от внешних нагрузок в элементах фермы. Для всех стержней определяется значение продольной силы N, а для верхнего пояса еще и изгибающий момент M.

Усилия определяют отдельно:

1) для случая загружения снеговой равномерно распределенной нагрузкой на половине пролета;

2) для случая загружения снеговой нагрузкой на всем пролете;

3) для случая загружения постоянной нагрузкой (собственный вес фермы и вес ограждающих конструкций покрытия) на всем пролете фермы.

Целесообразно сначала определить усилие от единичной нагрузки, а затем, умножив на величины фактических нагрузок, получить истинное значения усилий в стержнях.

При вычислении усилий в средних раскосах учитывают два случая: когда раскос сжат и когда растянут.

Расчетные усилия в стержнях определяются при следующих двух комбинациях нагрузок:

1) Равномерно распределенная постоянная нагрузка на всем пролете, временная (снег) - на половине пролета фермы.

2) Равномерно распределенная постоянная и временная нагрузки на всем пролете фермы.

Узлы верхнего пояса.