Багатокутні ферми, їх конструкція та розрахунок

До освоєння виробництва клеєних конструкцій ферми цього типу застосовувалися у великих обсягах в якості несучих конструкцій, покриттів виробничих будівель прольотами від 12 до 30 м. Верхній пояс ферм має вигляд багатокутника, вписаного в коло.

При проектуванні таких конструкцій, при необхідному прольоті, задається висота ферми, яка повинна бути рівною 1/8 прольоту. Виходячи з цих параметрів визначають радіус кола, в якій повинні бути вписані панелі верхнього поясу, і центральний кут, хорда якого дорівнює прольоту. Панелі верхнього поясу беруть довжиною до 4-х м при їх непарній кількості. Кількість панелей нижнього поясу на одну панель менше. Решітка трикутна зі стійками, для зменшення згинального моменту в панелі верхнього поясу. Вузли кріплення розкосів поєднуються з вузлами панелей верхнього поясу. Перетини однакові у всіх панелях верхнього поясу, а елементи решітки (стислі і розтягнуті) приймаються дерев'яними. Нижній пояс виконується з металу.

У вузлових з'єднаннях верхнього поясу ферми розміщують сталеві з парні вкладиші, в центрі яких розташовується вузловий циліндричний стрижень, що пропускається через отвір. Розкоси та стійки решітки та бруса мають по кінцях пластинки-наконечники, виконувані зі смуг виття стали, які надягають на вузловий стрижень

Стик панелей верхнього поясу перекривається дерев'яними накладками на болтах. Діаметр вузлового стрижня, на який надягають наконечники розкосів, визначається з розрахунку на вигин від рівнодіючої зусиль у прилеглих розкосах. Діаметр і кількість нагелів, що кріплять наконечники до розкосів, визначають за методикою розрахунку нагельних сполук. Наконечники стислих розкосів перевіряються на стійкість. Розрахункову довжину наконечника приймають рівною довжині від вузлового болта щ стяжного болта біля торця розкосу.

У вузлах, між торцями сусідніх брусів, верхнього поясу, де передбачені центральні сталеві зварені вкладиші з похилими та отвором для вузлового стрижня.

З'єднання стійок з верхнім поясом проводиться конструктивно, виходячи в основному з монтажних навантажень, але при цьому забезпечується міцний контакт.

У вузлах нижнього поясу наконечники розкосів і стійок надягають на циліндричний стрижень з кінцевими різьбленням, приварений до поясу. Враховуючи невеликі зусилля в решітці ферми, допускається її позацентровий кріплення до нижнього поясу.

Розрахунок панелі верхнього поясу багатокутної брущатий ферми: а - передумови без осадки проміжної опори; б - передумова з осадкою проміжної опори

Розміри поперечного перерізу верхнього пояса визначають з розрахунок опорної панелі, як найбільш навантаженої і центральної, верхньої горизонтальної панелі. В елементах верхнього поясу ферми, крім поздовжніх зусиль, діє згинальний момент від невузлового поперечного навантаження. Для його зменшення поздовжні зусилля, за допомогою вкладишів, прикладають з ексцентриситетами. При розрахунку панелей верхнього поясу (крім опорної) необхідно розглядати два варіанти розрахункової схеми, що обумовлено як точністю виготовлення, так і прогином ферми в часі. При цьому у разі просадки середньої опори за розрахунковий згинальний момент приймається деформаційний момент, а в гпучае без просадки опори за розрахункову величину приймається і і згинальний момент тільки від різниці поперечного навантаження і поздовжньої сили.

Багатокутним фермам зі сталевим нижнім поясом надають будівельний підйом, рівний 1/200.

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

· статичний розрахунок;

· підбір перерізу елементів ферми;

· розрахунок вузлів.

Розрахунком ферм передує збір навантажень. Навантаження, які діють на ферму, складаються з постійних (від власної маси ферми та огороджуючих конструкцій покриття) і тимчасової (найчастіше тільки від снігу).

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

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

Зусилля визначають окремо:

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

2) для випадку завантаження сніговим навантаженням на всьому прольоті;

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

Доцільно спочатку визначити зусилля від одиничної навантаження, а потім, помноживши на величини фактичних навантажень, отримати справжнє значення зусиль у стержнях.

При обчисленні зусиль в середніх розкосі 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, тимчасова (сніг) - на половині прольоту ферми.

2) Рівномірно розподілене постійна і тимчасова навантаження на всьому прольоті ферми.

Підбір перерізів елементів ферми.

Ширина перерізу елементів ферми визначається за граничним значенням гнучкості. Для елементів ферм встановлено такі граничні значення гнучкості (λ пр):

- Для верхнього пояса λ пр = 120;

- Для елементів решітки λ пр = 150;

- Для нижнього поясу зі сталі λ пр = 400.

Після підбору перерізів елементів ферми, виконують перевірку їх міцності.