Система деревянных прогонов.

Прогоны покрытия цельного сечения выполняются из досок на ребро, брусьев и бревен, окантованных с обеих сторон. Разрезные прогона более просты в изготовлении и монтаже, но требуют большого расхода древесины. Они стыкуются на опорах, впритык, на накладках или в разбежку. В консольно-балочных и неразрезных прогонах из спаренных досок стыки устраиваются в пролете.

(Тут эскиз)

Расчетными нагрузками являются собственный вес и снеговая нагрузка.

Для разрезной схемы:

Консольно-балочные прогоны являются многопролетными статически определимыми системами. Их применение целесообразно в том случае, когда временная нагрузка неподвижна и равномерно распределена по всем пролетам прогона.

Если шарниры расположить на расстоянии от опоры x=0,15l (l - пролет консольно-балочного прогона), то моменты на опорах будут равны по абсолютному значению максимальным моментам в пролетах, и получается так называемое равномоментное  решение прогона. Для выравнивания моментов в первом и последнем пролетах значение этих пролетов надо уменьшить до  0,85l.

Неразрезные прогоны состоят из двух рядов досок, поставленных на ребро и соединенных гвоздями, забиваемыми конструктивно с шагом 50см.   Каждый ряд досок выполнен по схеме консольно-балочного прогона с последовательным расположением стыков, но первый ряд не имеет стыка в первом пролете, а второй ряд досок – в последнем пролете.

Если шарниры расположить на расстоянии от опор х=0,21×l, то получиться равнопрогибное решение, при котором максимальные прогибы во всех пролетах, кроме крайних, будут одинаковыми. При уменьшении крайних пролетов до 0,79×l, то прогибы в этих пролетах будут равны прогибам в остальных пролетах.

Стыки выполняют там, где момент равен 0.

Доски одного ряда соединяют по длине без косого прируба. Концы досок одного ряда прибивают гвоздями к доске другого ряда, не имеющего в данном месте стыка. Гвоздевой забой стыка должен быть рассчитан на восприятие поперечной силы. Количество гвоздей с каждой стороны стыка определяется исходя из того, что поперечная сила, приходящаяся на один ряд досок:

, , откуда , где

Т_гв – несущая способность одного гвоздя.

Недостатком таких прогонов является малая изгибная жесткость в плоскости ската.

Конструктивный расчет производится по методике расчета целых сечений при поперечном изгибе. В тех случаях, когда жесткость покрытия в плоскости ската не велика (одинарный настил), то прогон считается на изгиб в двух направлениях. Если жесткость достаточна, то расчет производится только в одном направлении.

 

 

Клеефанерные панели.

Панели покрытий состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок, соединенных с каркасом водостойким клеем в одно целое, и образующих коробчатое сечение. Для их изготовления применяют фанеру повышенной водостойкости, и фанеру бакелизированную.

Целесообразность применения клеефанерных панелей определяется малой массой при высокой несущей способности, что обеспечивается совмещением в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций как поясов панели, так и настила, который воспринимает местную нагрузку. Клеефанерные панели являются жесткой коробчатой конструкцией, которая состоит из дощатых ребер толщиной после острожки 33 или 43мм и фанерных обшивок толщиной не менее 8мм. При необходимости ребра можно делать клееными.

Клеефанерными панелями можно перекрывать пролеты 3-6м, а если их ребра клееные – более 6м. Ширину панели делают равной ширине фанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания. Высота панели обычно составляет 1/30 – 1/40 пролета. Волокна наружных шпонов должны быть направлены вдоль оси панели, так как при этом создается возможность, во-первых, стыковать фанерные листы по длине «на ус» и, во-вторых, лучше использовать прочность фанеры.

Количество продольных ребер определяют в основном по условию расчета на изгиб поперек волокон наружных шпонов верхней фанерной обшивки при действии сосредоточенной расчетной нагрузки. Учитывая сопротивление повороту в опорных сечениях верхней обшивки со стороны ребер, можно в качестве расчетной схемы при расчете на временную сосредоточенную нагрузку принять балку с обоими защемленными концами.

Из плоскости работает настил длиной 50мм.

,

 α=(90; 0) в зависимости от ориентации фанеры по отношению к ребрам.

Клеефанерные конструкции рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины и фанеры по приведенным геометрическим характеристикам, причем приводят к тому материалу элемента конструкции, в котором находят напряжения.

Момент инерции:

Момент сопротивления:

, где у_н и у_в – расстояния от нейтральной оси до нижней и верхней граней обшивки.

Учитывая неравномерность распределения нормальных напряжений по ширине панели I_пр находится от приведенной ширины в=L/а.

I.

1.

 - коэффициент продольного изгиба пластинки опертой по двум сторонам.

 - коэффициент, учитывающий снижение прочности стыка на ус по сравнению с прочностью целой фанеры.

2.  Расчет устойчивости плоской формы деформирования не производится.

3. Расчет на сдвигающие напряжения.

 

1- S_пр – приведенный статический момент фанеры относительно геометрической оси панели,

2 - S_пр – приведенный статический момент фанеры и половины ребра относительно геометрической оси панели.

 

 

Статический момент:

II.

 - приведенный к фанере.

Умножением на 0,7, понижаем изгибную прочность на 30%.

 

Дощатоклееные балки.

- Цельного сечения (прогоны)

- Составного сечения на механических связях (плиты АКД)

Используются при небольших прогонах

- Клееные балки:

а) постоянного сечения по высоте

б) скатные, больших пролетов

I.

1.

Расчетные значения:

,

Для нахождения расчетного сечения:

При нахождении расчетных значений M_х и W_х учитывается острожка, а не исходная толщина досок.

2. Расчет устойчивости плоской формы деформирования.

, где

- для балок, шарнирно закрепленных от смещения из плоскости изгиба и закрепленных от поворота вокруг продольной оси.

 - коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке равном расчетной длине.

Устойчивость плоской формы деформирования балок двутаврового сечения следует рассчитывать в тех случаях, когда l_р>7b, где b – ширина сжатого пояса поперечного сечения.

3. Расчет по сдвигающим напряжением.

, где

 - расчетное сопротивление скалыванию при изгибе клеевого шва.

Клей в шве может находиться не по все длине.

II.

, где

 - учитывает влияние сдвигающих напряжений.

I – момент инерции балки в средней части,

 <1 – учитывает влияние переменности балки по высоте.

 

- вспарушенные

 

Необходимо исключить силы трения между опорными площадками, для исключения распора, для чего применяется специальная обработка узла сопряжения балки с колонной.

Расчет аналогичен расчету балки целого сечения. Но производится проверка прочности сечения на воздействие напряжения поперек волокон.

Клеефанерные балки

 

Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов. Поперечное сечение клеефанерной балки может быть двутавровым или коробчатым. Так как при этом пояса удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эффективно.

Фанерная стенка помимо работы на сдвигающие усилия может воспринимать и нормальные напряжения (при условии, если волокна наружных шпонов расположены вдоль оси балки).

Для лучшего использования несущей способности фанерной стенки целесообразно располагать фанеру так, чтобы волокна ее наружных шпонов были направлены вдоль оси балки. Продольное расположение волокон наружных шпонов позволяет стыковать фанеру «на ус».

Клеефанерные балки с плоской фанерной стенкой рекомендуется использовать для пролетов до 15м. Их высоту обычно назначают в пределах 1/8 – 1/12 пролета, при этом следует учитывать стандартные размеры фанерных листов. Толщину стенки принимают не менее 8мм.

Специфическая особенность клеефанерных балок – наличие в них тонкой фанерной стенки, которая требует специальных мер для ее закрепления от потери устойчивости. Придание жесткости фанерной стенке можно обеспечить двумя способами:

- постановкой дощатых ребер жесткости;

- устройством волнистой стенки.

При расчете задаются размерами поперечного сечения, длиной поясов.

Клеефанерные балки, так же как панели покрытия, рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины поясов и фанерной стенки по приведенным геометрическим характеристикам. Приведение осуществляют к материалу, в котором находят напряжение.

После чего находят расчетное значение х, там, где напряжение имеет наибольшую величину.

Для нахождения расчетного сечения:

Находятся .

I.

1. , где

 - коэффициент продольного изгиба, определяемый по длине участка верхнего пояса, закрепленного связями, из плоскости.

2. Расчет устойчивости плоской формы деформирования не производится.

3. Расчет по сдвигающим напряжением.

а)

б)  (напряжение в клеевых швах между шпонами фанеры).

4. Расчет фанерной стенки на действие главных растягивающих напряжений.

 - расстояние от точки до геометрической оси поперечного сечения.

,

5. Расчет стенки на устойчивость.

Расстояние между ребрами жесткости предварительно задается. При принятом между ребрами расстоянии должно быть соблюдено следующее условие:

, где критические напряжения определяются:

 - высота фанерной стенки в свету (между внутренними гранями поясов),

 - расчетная высота стенки, которую принимают равной  при расстоянии между ребрами а≥  и равной а при а< .

II.

, где

 - коэффициент, зависящий от граничных условий и вида загружения.

 

Стержневые конструкции

(конструкции сквозного пита).

Конструкции, состоящие из поясов и связывающих их решеток, называют сквозными. Пояса в сквозных деревянных конструкциях могут состоять из одного или нескольких ветвей, которые, в свою очередь, могут быть цельного или составного сечения.

Решетка состоит из отдельных стержней – раскосов и стоек. Применение решетки вместо сплошной стенки уменьшает расход материала на конструкцию. Однако в отличие от сплошных плоскостных конструкций в сквозных имеются узловые соединения элементов решетки между собой и с поясами, требующие специальных средств соединения.

Сквозные деревянные конструкции применяют, как правило, в статически определимых системах, как в отношении опорных закреплений, так и решения решетки. 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.

 

Стропильные фермы.

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.

В фермах из брусьев относительно небольшого поперечного сечения верхний пояс иногда выполняют из двух брусьев. Верхний брус служит для восприятия нагрузок от элементов кровли и передачи их на ближайшие узлы, а нижний брус воспринимает только сжимающие силы и проверяется на продольный изгиб с расчетной длиной, равной длине панели верхнего пояса.   В этом случае упор нижнего бруса в узловые детали и одного в другой в стыках осуществляется без эксцентриситета.

Решетку в деревянных сквозных плоскостных конструкциях выполняют из элементов прямоугольной формы поперечного сечения из цельной или клееной древесины. В некоторых случаях, например, в треугольных фермах, растянутые элементы – стойки выполняют из круглой гладкой стали.

Если длина панели более 6м, то шарнир будут сквозным, если меньше 6м, то примыкающим.

В варианте НПИИСК усилия в элементах верхнего пояса равны, а также узлы по поясам решаются одинаково. Шаг 6м, пролет до 18м.

 

 

4, 20.Трапециевидные фермы с восходящими опорными раскосами, и нисходящими опорными раскосами.

Подвес устанавливается иногда, и служит для ограничения гибкости нижнего пояса. В опорных элементах нижнего пояса усилия нулевые.

Верхний пояс составной из двух или трех элементов.

 

Многоугольная ферма.

Сегментная ферма.

Верхний пояс выполняется клееным. Также шарниры могут быть примыкающими или врезными.

Все фермы состоят из одного элемента – шпренгеля.

Особенности расчета деревянных ферм.

 - для Ме и ж/б,

 - для дерева

A- площадь поперечного сечения.

Определяем деформации стержня под действием единичной силы:

Для того, чтобы воспользоваться стандартным методом сил в расчетной формулах  и  необходимо заменить  на .

Если элемент составного сечения, то добавляется коэффициент  ().

Таким образом рассчитывают конструкции повышенной ответственности.

При расчете обычных строительных конструкций используются приближенные методы расчета.

1)  → ∞

2)  имеет значение, при которых изгибающий момент на опоре равен нулю.

Особенности узловых сопряжений по верхнему поясу.

Брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную балку со средней опорой на стойке решетки. Если нагрузка приложена не только в узлах, но и между ними, то на средней опоре возникает изгибающий момент, значение которого зависит от просадки опоры, т.е. от просадки бруса верхнего пояса на стойке. Значение этой просадки в общем случае не известно – оно зависит от точности сборки фермы, качества древесины, т.д. Поэтому в расчете рассматривают два крайних случая: 1)средняя опора не имеет просадки, и брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную неразрезную балку; 2) средняя опора имеет такую просадку, что изгибающий момент на средней опоре равен нулю, и брус верхнего пояса представляет собой разрезную балку с пролетом, равным длине панели.

Для уменьшения расчетных изгибающих моментов от межузловой нагрузки в верхнем поясе искусственно создают изгибающий момент обратного знака, для чего в промежуточных узлах верхнего пояса фермы применяют внецентренное стыкование брусьев, осуществляя упор только нижних частей поперечного сечения брусьев.

Оптимальное решение:

 - коэффициент, учитывающий приращение изгибающего момента за счет эксцентричного приложения продольной силы.

 - коэффициент, зависящий то вида нагружения и граничных условий.

1)

2)