Гнутоклееные рамы. Основы расчета и конструирования.

Ответ:

Распространенными конструкциями являются гнутоклееные рамы прямоугольного сечения, состоящие из гнутых, склеенных по пласти, досок.

В таких рамах для образования карнизного узла доски выгибаются, образуя плавный переход от ригеля к стойке. Таким образом, жесткий узел здесь выполняется цельноклееным, что выгодно отличает данную конструкцию от рам с карнизными узлами на податливых связях.

При наибольшей высоте стойки вся рама выполняется из двух элементов
Г-образного очертания, соединенных между собой в коньке.

Вместе с этим гнутоклееные рамы имеют существенные недостатки экономического порядка. В связи с необходимостью выгиба досок в узле сопряжения ригеля и стойки для этих рам необходим тонкий пиломатериал (δ=12…17 мм после острожки), что связано со значительным удорожанием конструкции: при использовании таких досок резко увеличиваются потери древесины и расход клея, а также трудозатраты на изготовление.

В результате оказывается, что гнутоклееные рамы являются по себестоимости, наиболее дорогие из всех рам.

Расчет рамы выполняют в следующей последовательности:

1) статический расчет, т. е. вычисление усилий в элементах рамы от действия внешних нагрузок (снег, ветер) собственного веса рамы и веса покрытия;

2) проверка сечений рамы;

3) расчет узлов рамы.

При статическом расчете определяют усилия и строят эпюры М, N, Q от действия равномерно распределенной нагрузки отдельно от собственного веса конструкций, от снеговой нагрузки слева, справа от конькового узла и на всем пролете, а так же от действия равномерно распределенной нагрузки от ветра слева и справа.

При высоте стойки до 4 м расчет на ветровую нагрузку можно не производить.

Например, так выглядит загружение от собственного веса.

 

Усилия в раме можно определять либо относительно ее геометрической оси, либо относительно наружного контура. В последнем случае необходима корректировка изгибающего момента вследствие переноса нормальной силы с нагруженного контура на ось сечения.

 

Усилия определяются методами строительной механики в характерных точках по периметру рамы, например А, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Количество точек определяется характером эпюр.

Для примера покажем эпюры M, N, Q от равномерно распределенной нагрузки слева от конькового узла.

Целесообразно сначала определить усилия и эпюры от равномерно распределенной единичной нагрузки (q₁=1), а затем с учетом коэффициента k=q/q₁, (где q – реальная нагрузка, q₁ – единичная нагрузка) определять усилия от реальных нагрузок.

В результате статического расчета определяются расчетные усилия в сечениях рамы при основных и дополнительных сочетаниях нагрузок:

а) расчетная постоянная и временная на всем пролете;

б) постоянная на всем пролете, временная – на половине пролета;

в) по схемам а и б в сочетании с ветром.

При выполнении статического расчета рамы, также как и при расчете других конструкций необходимо пользоваться СНиП «Нагрузки и воздействия».

Поскольку в настоящее время в практике строительства применяют только клееные рамы, то в дальнейшем речь будет идти об этих рамах.

Проверка сечений рамы

Наиболее напряженными сечениями по нормальным напряжениям, если обратить внимание на эпюры M и N, для рам являются карнизные узлы, а для рам с подкосами – сечения у концов подкоса в местах примыкания его к стойке и ригелю.

1. Расчет на прочность элементов трехшарнирных рам в их плоскости допускается выполнять по правилам расчета сжато-изгибаемых элементов с расчетной длиной, равной длине полурамы по осевой линии:

2. Устойчивость плоской формы деформирования трехшарнирных рам допускается выполнять по формуле:

Криволинейные участки гнутоклееных рам

Криволинейные участки гнутоклееных рам при отношении h/r≥1/7 (h – высота сечения, r – радиус кривизны центральной оси криволинейного участка) следует рассчитывать

Здесь при проверке напряжений по внутренней кромке расчетный момент сопротивления следует умножать на коэффициент k_rb:

Расчет узлов рамы

Для рам заводского изготовления выполняется расчет опорного и конькового узлов. Опорные шарнирные узлы клееных рам могут быть весьма разнообразными.

Покажем несколько вариантов опорных узлов:

 

Для всех вариантов опорных узлов продольная сжимающая сила N воспринимается смятием вдоль волокон древесины стойки. В этом случае проверку выполняют по формуле:

Поперечная сила Q может быть передана на фундамент через болты или глухари, крепящие стойку к стальным элементам, заделанным в фундамент. В этом случае рассчитывается количество болтов, воспринимающих силу Q.

В другом варианте опорного узла поперечная сила передается через деревянный брусок или через вертикальный лист стального башмака. В этом случае

Коньковый узел чаще всего решается с деревянными накладками на болтах, хотя возможны и другие варианты конькового узла (при больших величинах поперечной силы), например, с металлическими соединительными деталями.

 

Количество болтов рассчитывается из условия восприятия ими поперечной силы.

Лобовые упоры соединения ригелей рассчитывают на смятие под углом и вдоль волокон на действие продольной силы N.