Сегментные и многоугольные фермы

Многоугольные фермы

До освоения производства клееных конструкций фермы этого типа при­менялись в больших объемах в качестве несущих конструкций, покрытий производственных зданий пролетами от 12 до 30 м. Верхний пояс ферм име­ет вид многоугольника, вписанного в окружность.

При проектировании таких конструкций, при требуемом пролете, зада­ется высота фермы, которая должна быть равной 1/8 пролета. Исходя из этих параметров определяют радиус окружности, в которой должны быть вписаны панели верхнего пояса, и центральный угол, хорда которого равна пролету. Панели верхнего пояса принимают длиной до 4-х м при их нечет­ном количестве. Количество панелей нижнего пояса на одну панель меньше. Решетка треугольная со стойками, для уменьшения изгибающего момента в панели верхнего пояса. Узлы крепления раскосов совмещаются с узлами панелей верхнего пояса (рис.)• Сечения одинаковы во всех панелях верхнего пояса, а элементы решет­ки (сжатые и растянутые) принимаются деревянными. Нижний пояс выпол­няется из металла.

В узловых соединениях верхнего пояса фермы размещают стальные с парные вкладыши, в центре которых располагается узловой цилиндрический стержень, пропускаемый через отверстие. Раскосы и стойки решетки и бруса имеют по концам пластинки-наконечники, выполняемые из полосо вой стали, которые надевают на узловой стержень (9.11.а).

Стык панелей верхнего пояса перекрывается деревянными накладками на болтах. Диаметр узлового стержня, на который надевают наконечники раскосов, определяется из расчета на изгиб от равнодействующей усилий в примыкающих раскосах. Диаметр и количество нагелей, крепящих нако­нечники к раскосам, определяют по методике расчета нагельных соедине­ний. Наконечники сжатых раскосов проверяются на устойчивость. Расчет­ную длину наконечника принимают равной длине от узлового болта щ стяжного болта у торца раскоса.

В узлах, между торцами соседних брусьев, верхнего пояса, где предуо мотрены центрирующие стальные сварные вкладыши с наклонными граня» ми и отверстием для узлового стержня.

Соединение стоек с верхним поясом производится конструктивно, исхо» дя в основном из монтажных нагрузок, но при этом обеспечивается плот| ный контакт.

В узлах нижнего пояса наконечники раскосов и стоек надеваются на им линдрический стержень с концевой резьбой,

приваренный к поясу. Учив вая небольшие усилия в решетке фермы, допускается ее внецентренное крепление к нижнему поясу.

 

 

Расчет панели верхнего пояса многоугольной брусчатой фермы: а - предпосылки без осадки промежуточной опоры; б - предпосылка с осадкой промежуточной опоры

Размеры поперечного сечения верхнего пояса определяют из расчет опорной панели, как наиболее нагруженной и центральной, верхней гори»' зонтальной панели. В элементах верхнего пояса фермы, кроме продольных усилий, действует изгибающий момент от внеузловой поперечной нагручки. Для его уменьшения продольные усилия, посредством вкладышей, прикли-дывают с эксцентриситетами. При расчете панелей верхнего пояса (кроме опорной) необходимо рассматривать два варианта расчетной схемы (рис

 

что

обусловлено как точностью изготовления, так и прогибом фермы во времени. При этом в случае просадки средней опоры за рисчетный изгибающий момент принимается деформационный момент, а в гпучае без просадки опоры за расчетную величину принимается и и ибающий момент только от разницы поперечной нагрузки и нродорльной силы.

Многоугольным фермам со стальным нижним поясом придают строи­тельный подъем, равный 1/200.

Сегментная ферма

Альтернативными многоугольным фермам являются сегментные фермы с иерхним поясом из клееных элементов криволинейного очертания в соот­ветствии с формой пояса, которая позволяет увеличить длину панелей верх­него пояса, отказаться от стоек решетки, повысить надежность конструк­ции в целом и кровельного покрытия в частности.

Верхний пояс сегментных ферм имеет круговое очертание с постоянным рндиусом кривизны. Радиус окружности, по которой очерчена ось верхнего Пояса фермы

Верхний пояс сегментных ферм может быть выполнен из нескольких от«] дельных блоков, т.е. разрезным или состоять из двух половин со стыком в коньковом узле - неразрезным. Верхний пояс может выполняться также полностью неразрезным, т.е. весь верхний пояс из одного сплошного ЭЛЯ мента. Фермы с верхним неразрезным поясом более экономичны, однако их изготовление связано с возможностью площади цеха, где осуществляется изготовление и с возможностью транспортировки

Сечение пояса принимается прямоугольным, при этом отношение высо­ты к ширине не более 4. При разрезном верхнем поясе в его стыке помсщп ется металлический вкладыш с параллельными гранями. Вкладыш обеспе­чивает необходимую плотность примыкания и центрирования торцов бло­ков. В центре металлического вкладыша имеется отверстие для узловою цилиндрического стержня. Стык верхнего пояса перекрывается деревяннм

Рис.9.13. Присоединение раскосов к неразрезному верхнему поясу: 1 - деревянная накладка; 2 - нагели; 3 - стальной вкладыш;4 - центральный стержень; 5 - наконечники; 6 - стяжные

болты.

Ми накладками на болтах (рис.9.13.). При верхнем неразрезном поясе узло-но и болт проходит через отверстие в металлических накладках, которые крепятся к верхнему поясу с обеих сторон в месте узла с помощью нагелей и иоспринимают равнодействующую усилию в раскосах.

Раскосы фермы выполняются из древесины и снабжены наконечниками 1 стальных пластин, по аналогии с раскосами многоугольной фермы. Узлы Крепления раскосов к верхнему и

нижнему поясу из металла решается ана-ногично узлам многоугольной фермы.

Расчет усилий и моментов от снеговых нагрузок определяется при вари-инте несимметричной схемы снегоотложения (2), поэтому распространен­ное мнение о небольших усилиях в решетке и равенства нормальных уси­лий в верхнем поясе, которое имеет место при симметричной равномерно-распределенной нагрузке ошибочно.

При неразрезном верхнем поясе расчетная схема фермы представляет собой статически неопределимую систему, и расчетная схема представляет собой раму с неразрезными поясами и шарнирным креплением решетки. 11ри разрезном верхнем поясе в расчетную схему вводятся шарниры в узлы и система рассматривается как статически определимая рама с прямолиней­ными панелями между узлами. В этом случае расчетный изгибающий мо­мент в середине панели верхнего пояса определяют с учетом обратного мо­мента, возникающего из-за криволинейности верхнего пояса по формуле:

где М_ч - момент от поперечной внеузловой нагрузки в середине панели как для однопролетной балки, шарнирно опертой в узлах (опорах); N - нор­мальная сила в панели, центрально приложенная в сечении узлов от нагруз­ки на всю ферму.

Диаметр и крепление цилиндрического стержня в узлах нижнего пояса для крепления наконечников раскосов определяется в зависимости от мак­симальной разницы усилий в соседних панелях нижнего пояса.

Опорные узлы сегментных ферм имеют два основных варианта:

- закрытый, когда к боковым фасонкам опорной металлической детали
привариваются снаружи элементы нижнего пояса;

- открытый узел, когда боковые фасонки не закрывают пояс, а опорная
металлическая деталь является элементом нижнего пояса.

К сегментным фермам можно отнести сборную линзообразную ферму. (борность обеспечивается использованием вклеенных стержней (рис. 9.14.) Фермы опираются на стены или колонны через опорные металлические пластины, с вертикально вклеенными стержнями. Возникающие на опоре сдвигающие усилия, воспринимаются опорными стальными деталями на нклеенных стержнях, которые свариваются между собой при монтаже.

Решетка фермы раскосная или в виде стоек из деревянных элементов сплошного сечения. Элементы решетки соединены с поясами с помощьюпклеенных стержней периодического профиля. Линзообразные фермы рас-гматриваются как статически неопределимые системы с неразрезными по-|сами. Статический расчет фермы можно производить по стандартным про-фиммам на ЭВМ.

Преимущество такой конструкции, по сравнению с сегментной, заклю- ■вется в значительном радиусе кривизны верхнего пояса, а требуемая высо-III фермы в середине пролета обеспечивается гнутоклееным нижним по- ■сом. Такая геометрия очертания кровли позволяет принимать в расчете ринномерно-распределенную по всему пролету схему снегоотложения, При которой элементы фермы нагружены более равномерно, чем при несим­метричной схеме снегоотложения

41. Связевые системы обеспечивающие простнственную уст-ть плоских ДК. Констр решение связевых решеток и узлов крепления.

Плоские несущие конструкции предназначены для восприятия нагрузок, направление которых совпадает с плоскостью несущей системы. Также имеется ряд силовых воздействий (ветер и т.,д.,), направление которых не совпадает с плоскостью несущей системы, и восприятие их требует закрепление конструкций в поперечном направлении. Поперечное закрепление необходимо также для обеспечения устойчивости конструкции. Для этой цели применяются специальные связи жесткости и ветровые связи, которые воспринимают силы, действующие перпендикулярно к плоскости основных несущих конструкций, и передают их на нижележащие несущие конструкции. Связи представляют собой плоские неизменяемые системы, расположенные в горизонтальных, вертикальных или наклонных плоскостях. Связи бывают: - горизонтальные (для удержания нижних поясов ферм, нагруженных горизонтальной нагрузкой);

вертикальные (для обеспечения вертикального положения конструкции); - скатные (служат для удержания верхних сжатых поясов ферм, расположенные в плоскости скатов крыши);

Для обеспечения пространственной жесткости покрытия может быть использована конструкция крыши. При отсутствии жесткого ската крыши устраивают специальные скатные фермы жесткости, поясами которых являются верхние пояса соседних ферм локры -тия, а стойками -прогоны (или распорки), к элементам покрытия добавляются только раскосы, которые выполняются из досок, прибитых гвоздями снизу к прогонам или сверху к поясам ферм, а также из круглой стали в виде тяжей. Для создания неизменяемого пространственного блока покрытия необходимо, кроме скатных ферм жесткости, поставить между двумя соседними фермами вертикальные связи в плоскости опорных стоек (если они есть) и в середине пролета, а также закрепить опорные узлы ферм. При больших пролетах ферм (> 24м) вертикальные связи ставят еще и в четвертях пролета.

Для восприятия горизонтальных нагрузок на здание и передачи их на фундаменты, а также для устойчивости стоек здания устраиваются вертикальные связи по рядам колонн. Эти связи выполняют в виде подкосов или крестов и располагают в местах устройства жестких блоков покрытия. Поверху ряд колонн связан обвязочным брусом, выполняющим роль распорки. Обычно связи подбирают по гибкости. Сечение сжатых элементов находят по формулам:

H=lx/0.29*X и Ь=1у/0.29*л, где Ix и ly - свободные длины
элемента связи в двух плоскостях. Гибкость сжатых элементов Х=200,
растянутых Х=400.

Несущие пластмассовые конструкции. Примеры. Пневматические конструкции.

Эффективность применения конструкций из пластмасс и сопутствующих материалов в отечественном строительстве определяется их специфическими особенностями. Эффективно применение трехслойных плит, панелей и элементов оболочек. Эти конструкции изготовляются в основном из алюминия и пенопласта и являются наиболее перспективными для применения в строительстве. Они характеризуются оптимально малой плотностью по сравнению с другими аналогичными Конструкциями и обладают со ответственно высокими теплоизоляционными свойствами. Покрытия и стены из них не требуют применения водо- и пароизоляционных слоев. Однако стоимость этих конструкций несколько выше чем из легкого и многопустотного железобетона. Кроме того, алюминий и пенопласта являются пока дефицитными материалами. Эти конструкции особенно эффективны при строительстве зданий в отдаленных неосвоенных районах севера и востока нашей страны. Производство их в первую очередь было организовано в районных с развитой промышленностью, откуда они отправлялись к мосту строительства автодорожным, водным или воздушным транспортом. Значительная экономия получается также в процессе их монтажа и в результате облегчения каркаса и фундаментов зданий. Алюминиево-пенопластовые панели имеют также значительные архитектурные достоинства и применяются в стеновых отражениях общественных зданий в центральных районах страны. эффективность их применения определяется по такой же методике сравнения, как и деревянных конструкций.

Пневматические строительные конструкции, мягкие оболочки, во внутренний замкнутый объём которых воздухонагнетательными установками (вентиляторами, воздуходувками, компрессорами) подаётся атмосферный воздух, чем достигается их устойчивость и противодействие внешним нагрузкам (несущая способность). Впервые П. с. к. были применены в 1946 при сооружении обтекателя радиолокационной антенны (инженер У. Бэрд, США). В последующие годы П. с. к. получили распространение во многих странах. Изготовляют из технических тканей с покрытиями из полимеров (в т. ч. каучуков) или армированных плёнок. Силовой основой плёнок и тканей служат нити из синтетического, реже стеклянного волокна.

Пневматические конструкции разделяются на пневмокаркасные (надувные) и воздухоопорные. Пневмокаркасные - это надувные стержни или панели, несущая способность которых обеспечивается повышенным давлением воздуха в замкнутом объеме элемента. Большое внутреннее давление воздуха требует высокой степени герметичности и прочности материала.

Воздухоопорные конструкции представляют собой оболочки, стабилизированные в проектном положении незначительной разницей давления в разделяемых оболочкой пространствах. Это конструкции, которые опираются на воздух. Достоинства: малый собственный вес, высокая мобильность, быстрота и простота возведения, возможность перекрытия больших пролетов, высокая степень заводской готовности и др. Для воздухоопорных - возможность перекрытия больших пролетов. Недостатки: для надувных - большое внутреннее давление воздуха требует высокой степени герметичности и прочности материала, которые ограничивают пролет конструкции, а так же и высокая стоимость пневмокаркасных констр. по сравнению с воздухоопорными. Высокие эксплуатационные расходы на содержание пневматических конструкций. Наибольшее распространение получили оболочки в форме цилиндрических сводов и сферических куполов. Существуют так же оболочки, усиленные тросами, тогда их пролет может достигать 160м и более

Достоинства П. с. к.: малая масса, возможность перекрытия больших пролётов без внутренних опор, полная заводская готовность, быстрота монтажа, транспортабельность, свето- и радиопрозрачность, работ