Особенности расчета сегментных металлодеревянных ферм

Статический расчет сегментных металлодеревянных ферм ведется по общим правилам строительной механики на два вида загружения:

- постоянная и временная (снеговая) нагрузка по всему пролету;

- постоянная нагрузка по всему пролету и временная (снеговая) на по­ловине пролета.

Снеговая нагрузка принимается по схеме 2 прил. 3 СНиП [1] для свод­чатых покрытий, при этом наиболее невыгодное сочетание нагрузок полу­чается обычно при учете односторонней снеговой нагрузки, распределен­ной по закону треугольника (см. рис. 9.4, а).

 

 

Геометрические размеры элементов ферм определяют, заменяя криво­линейный верхний пояс прямолинейным, т. е. соединяя узлы верхнего пояса прямыми линиями — хордами.

Конструктивный расчет ферм заключается в подборе сечения поясов, раскосов, конструировании и расчете узлов. Верхний пояс ввиду криволи-нейности и приложения нагрузки между узлами рассчитывается как сжа­то-изгибаемый элемент по формулам (3.20)-(3.23) главы 3. Расчетный из­гибающий момент в панелях верхнего пояса определяется как сумма мо­ментов от поперечной нагрузки и момента от продольной силы, возникающего за счет выгиба панели (рис. 9.21).

При разрезном верхнем поясе момент определяется по формуле:

    M _расч = M_q – Nf ₀                 (9.3)

M_q — изгибающий момент, определенный по балочной схеме,

М_д = qd ₁ ² /8;

q —расчетная условно равномерно распределенная (в пределах пане­ли) нагрузка; d ₁ —горизонтальная проекция панели между центрами узлов;

N — расчетная сжимающая сила в панели верхнего пояса;

f ₀ — стрела подъема (кривизны) панели; f ₀ = d ² /8 R; d — длина пане­ли по хорде; R — радиус кривизны верхнего пояса,

R = (l ² + 4 f ²) /8 f      l — пролет фермы; f — высота фермы в середине пролета между осями поясов.

При неразрезном верхнем поясе расчетные изгибающие моменты в пролете и на опорах определяются как для неразрезной многопролетной балки с равными пролетами по приближенным формулам:

 

  для опорных (крайних) панелей:

 

                М_пр = qd ₁ ² /14 – 0,69 Nf ₀; (9.4)

                М_оп =- qd ₁ ² /10 + 0,72 Nf ₀; (9.5)

 

для средних панелей:

         М_пр = qd ₁ ² /24 – 1/3 Nf ₀; (9.6)

         М_оп =- qd ₁ ² /12 + 2/3 Nf ₀;    (9.7)

 

 

 

Моменты от продольных сил определены исходя из предположения, что каждая панель представляет собой однопролетную балку, причем крайние панели считаются шарнирно опертыми с одного конца и жестко закреплен­ными с другого, а средние панели — с обоими жестко закрепленными конца­ми. При определении гибкости расчетную длину крайних панелей принима­ют равной 0,8 длины хорды, а средних панелей — 0,65 d.

Сечение нижнего пояса подбирается по формуле для центрально-растя­нутых стальных элементов по площади нетто, т. е. с учетом ослаблении от от­верстий для узловых болтов. При расположении узлового болта с эксцентри­ситетом относительно оси нижнего пояса нижний пояс проверяется на вне-центренное растяжение с учетом нагрузки от собственного веса.

Сжатые раскосы рассчитываются на продольный изгиб с расчетной длиной, равной длине раскоса между центрами узлов фермы. Растянутые раскосы рассчитываются на растяжение с учетом имеющихся ослаблений. В целях унификации все раскосы принимаются одинакового сечения.

Затем определяется количество глухарей (нагелей), необходимых для креп­ления пластинок к раскосам; рассматривается наиболее нагруженный элемент. Стальные пластинки проверяются на растяжение по ослабленному сечению и на устойчивость из плоскости, расчетная длина пластинки принимается равной расстоянию от узлового болта до ближайшего к нему болта раскоса. Для умень­шения расчетной длины пластинок ставится дополнительный стяжной болт вне раскоса.

Конструируется и рассчитывается опорный узел фермы:

- выполняется проверка торца верхнего пояса на смятие;

- назначаются размеры опорной плиты из условия опирания и закрепления анкерными болтами;

- определяется необходимая длина сварных швов для крепления угол­ков нижнего пояса к фасонкам опорного узла.

При необходимости рассчитывается стальной вкладыш в узлах разрезно­го верхнего пояса и узловой болт. Узловой болт, на который надеваются пла­стинки раскосов, рассчитывается на изгиб от равнодействующей усилий К.^, возникающих в примыкающих раскосах при односторонней нагрузке.

Момент в узловом болте М= R _б a, где а — плечо приложения силы R _б, а = δ+ 0,5δ₁ (δ — толщина пластинки-наконечника, δ₁ — толщина крайнего ребра узлового вкладыша).

Строительный подъем ферм назначается равным 1/200 пролета.

Выполняется проверка фермы на действие монтажных нагрузок.

 

 

Доцент                                                                       А.В. Бобрицкий

 

Лекция

«Ограждающие конструкции с применением древесины и пространственные деревянные конструкции»

 

Учебные вопросы

1. Настилы.

2. Плиты покрытия на деревянном каркасе.

3. Порядок расчета плит покрытия на деревянном каркасе.

4. Пространственные деревянные конструкции.

5. Обеспечение пространственной устойчивости с применением деревянных конструкций.

6. Эксплуатация деревянных конструкций.

 

Учебная литература.

17. Конструкции из дерева и пластмасс. Под ред. Г.Г. Карлсена, Москва, Стройиздат, - 1975 г.

18. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. /М.М. Гаппоев и др. – М.; Издательство АСВ, 2004 г.;

19. Деревянные конструкции. Примеры расчета и конструирования: учебное пособие / под ред. Д.К. Арленинова. – М.; Издательство АСВ,      2006 г.;

20. Деревянные конструкции. Учебное пособие / А.В. Калугин. – М.; Издательство АСВ, 2008 г.

 

Ограждающие конструкции из древесины применяются в зданиях и сооружениях в виде настилов, обрешетки, кровельных щитов, плит покры­тия, плит подвесных потолков и стеновых панелей.

Такие конструкции используются при возведении сельских производ­ственных зданий, промышленных зданий с химически агрессивной средой по отношению к железобетону и стали, общественных и спортивных зданий, малоэтажных жилых домов. На ограждающие конструкции расходуется значительная часть древесины, используемой в строительстве, от их правильного и рационального конструирования во многом зависит эф­фективность всего здания (сооружения) в целом.

Достоинства и недостатки этих ограждающих конструкций такие же, что и других конструкций из древесины. В современном строительстве в основном применяются настилы из досок и брусков в конструкциях покрытий неотапливаемых зданий и сооружений и в покрытиях отапливае­мых зданий с холодным чердаком, а также плиты покрытий на деревянном каркасе в покрытиях отапливаемых зданий и сооружений.

Настилы

                                Конструктивные особенности

Настилы из досок или брусков применяются в покрытиях в виде основы  под кровли различных типов либо в качестве самостоятельных кровельных щитов заводского изготовления. На рис. 5.1 показана конструк­ция кровельного дощатого щита, применяемого в покрытиях большепро­летных складов минеральных удобрений, на рис. 5.2 - общий вид кровельного щита и на рис. 5.3 — монтаж этих щитов на одном из складов. Щиты изготавливаются из «продороженных» досок – одновременно с острожкой досок на пласти выбираются две полукруглые выемки, кото­рые служат для лучшего стока воды по доскам защитного слоя, а в досках рабочего слоя — для вентиляции.

Настилы участвуют в обеспечении пространственной жесткости и ус­тойчивости покрытий зданий и сооружений. Вместе с тем они относятся к менее ответственным конструкциям, для изготовления которых допус­кается использовать древесину 3-го сорта, при этом расчетное сопротив­ление древесины изгибу принимается равным 13 МПа.

Различают два типа настилов: продольный —доски рабо­чего слоя настила располагаются перпендикулярно коньку кровли; попе­речный — доски рабочего слоя настила располагаются параллельно конь­ку кровли.

Поперечные настилы конструируют однослойными: сплошными или разреженными, в виде обрешетки (под кровлю из штучных материалов: оцинкованных стальных листов, волнистых асбестоцементных листов, че­репицы и других аналогичных материалов) или в виде двойного перекре­ стного настила (под мягкую, рулонную кровлю).

Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев: нижнего — рабоче­ го и верхнего — защитного. Защитный косой слой выполняется из досок толщиной 16...32 мм, шириной не менее 100 мм, укладываемых под углом 45...60° к рабочему слою. Защитный слой обеспечивает совместную работу всех элементов настила, защищает рулонную кровлю от разрывов при короб­лении и растрескивании более толстых досок рабочего слоя.

Толщина и шаг досок рабочего настила определяются расчетом и ти­пом кровли. Доски рабочего настила должны иметь длину, достаточную для перекрытия двух пролетов. При стандартной длине досок по сущест­вующему сортаменту до 6,5 м такой настил может применяться только при шаге несущих конструкций не более 3 м.

В настоящее время накапливается опыт применения в покрытиях скла­дов минеральных удобрений стеклопластиковых листов типа ПВХ (вол­нистых — на прямолинейных покрытиях и плоских — на криволинейных) по деревянной обрешетке (см. рис. 5.4).

            Особенности расчета настилов

Настилы условно рассматриваются как двухпролетные неразрезные балки. Схемы приложения нагрузок и расчетные схемы настилов приведе­ны на рис. 5.5, 5.6. Расчет ведется для полосы настила шириной 1 м с уче­том числа досок рабочего слоя на этой ширине (доски защитного слоя учи­тываются только при сборе нагрузок). При углах наклона кровли более 10° считается, что:

- постоянная нагрузка от покрытия (включая собственную массу на­стила) равномерно распределена по поверхности кровли;

-снеговая нагрузка зависит от формы покрытия и распределяется на   горизонтальную проекцию кровли;

- ветровая нагрузка, при углах наклона кровли до 30°, разгружает настилы и в расчетах не учитывается;

          -временная от сосредоточенного груза Р= 1∙1,2 = 1,2 кН. При разре­женном настиле с шагом досок   а > 15 см нагрузка от сосредоточенного груза передается на одну доску (брусок); при сплошном настиле — на две доски; при двойном настиле (рабочем и защитном) этот груз счита­ется распределенным на ширину 0,5 м настила       (Р = 2,4 кН).

 

Настилы рассчитываются на два сочетания нагрузок:

I сочетание: постоянная + временная снеговая (q '_р = q '_ПОСТ + s '),

М_р ^I = q _р ' l _р ² /8.          (5.1)

II сочетание: постоянная + временная от сосредоточенного груза    (q '_р = q '_ПОСТ + P '),     

  

      М_р ^II = 0,07 q ' _ПОСТ l _р ² + 0,21 P ' l _р (5.2)

 

где Р' — расчетная нагрузка от сосредоточенного груза;

l _р — расчетный пролет настила.

 На I сочетание нагрузок расчет ведется по формулам:

на прочность

            α = М_р ^I / W_нт ≤ R _и    (5.3)         

где М_р ^I — расчетный изгибающий момент от I сочетания нагрузок;

W_нт — момент сопротивления нетто, W_{нт = (} bδ ² / 6) n;

b - рабочего настила; δ — толщина досок рабочего настила; n — число досок на расчетной ширине 1 м, п = 100/ b + с; с — рас­стояние между досками в свету;

на жесткость

f / l = 2,13 q_x ^н l _р ³ / 384 EJ ≤ [ f / l ] = [1/150]    (5.4)

При II сочетании нагрузок проверяется только прочность:

                   α =    М_р ^II /W_нт ≤   R _иm _н                     (5.5)

 

где М_р — расчетный изгибающий момент при II сочетании нагрузок;

т_н — коэффициент, учитывающий кратковременность действия на­грузки (т_н = 1,2).

Продольный и поперечный настилы рассчитываются на составляющие нагрузок, перпендикулярные скату кровли. Скатные составляющие нагру­зок воспринимаются жесткой основой крыши или косым настилом. Порядок конструктивного расчета настилов:

- по величине М _max (от I или II сочетания нагрузок) определяется тре­буемый момент сопротивления рабочего слоя W_тр;

- принимается по сортаменту толщина досок рабочего слоя δ;

- вычисляется требуемая общая ширина досок В на расчетной ширине
1 м по формуле В ≥ 6 W_тр / δ ².

В результате расчета может получиться три варианта конструкции на­стила: 1) при   В= 100 см — сплошной настил; 2) при В < 100 см — разре­женный настил, в этом случае принимают по сортаменту ширину досок рабочего настила b и рассчитывается шаг расстановки этих досок: а = 100 b /В (см); 3) при В > 100 см — несущей способности настила недос­таточно, необходимо увеличить толщину досок рабочего настила или из­менить конструкцию настила.