Пространственные связи в покрытиях и принципы их расчета

50. Пространственные связи в покрытиях и принципы их расчета.

Ветровое давление, передающееся на деревянную торцовую стену каркасной конструкции небольшой вы­соты, распределяется между фундаментом и верхним по­крытием с помощью работающих на изгиб вертикальных стоек каркаса. Конструкция покрытия в этом случае должна передавать ветровое давление че­рез верхнюю обвязку продольным стенам, которые, в свою очередь, должны иметь в своей плоскости связи, рассчитанные на передачу этих усилий фундаментам. При устройстве в качестве основы под рубероидную кровлю щитового перекрестного настила покрытие пре­вращается в неизменяемую и жесткую диафрагму. В этом случае расчет сводится к проверке прочности:

а) прикрепления верхних концов стоек каркасной стены к прогонам на передачу ветрового давления;

б) гвоздевой пришивки прогонов к щитовому насти­лу, скрепленному диагональными элементами;

в) соединения гвоздями обоих щитовых настилов для перекрытия их стыков, расположенных вразбежку;

г) прикрепления настила, связанного с диагональны­ми элементами, к верхней обвязке каркасных деревян­ных стен.

Указанное решение покрытия обеспечивает хорошее закрепление плоских деревянных конструкций в проект­ном положении.

Жесткость покрытий с одинарным настилом или с об­решеткой без диагональных элементов недостаточна для восприятия ветровой нагрузки и закрепления плоскост­ных деревянных конструкций в проектном положении. В этом случае при наличии деревянных каркасных стен необходимо устройство в плоскости верхних поясов несу­щих конструкций горизонтальных связей, располагаемых в торцовых частях здания и по его длине на расстоянии не более 20 м (рис. 1).

Для покрытия, выполненного из разрезных кровель­ных панелей, жестких и неизменяемых в своей плоско­сти, требуется установка монтажных связей, которые прикрепляют непосредственно к основной несущей кон­струкции (рис. 1, б).

Рекомендуемые материалы

Горизонтальные связи, воспринимающие ветровую нагрузку, образуют в плоскости верхних поясов двух со­седних несущих конструкций решетчатую ферму, которая передает действующие в ее плоскости усилия на продольные стены. При жестких торцовых стенах, вос­принимающих ветровую нагрузку, и небольшой длине здания (до 20 м) устойчивость плоских деревянных кон­струкций может быть создана прогонами кровли, на­дежно скрепленными с верхним поясом фермы и заанкеренными своими концами в торцовые каменные стены (рис. 2). При этом стыки разрезных или консольно-балочных прогонов должны быть перекрыты накладками на гвоздях.

В средней части зданий большой протяженности, кроме того, устраивают горизонтальные связи (см. рис. 1) на расстоянии около 20 м от торцовой стены и. одни от других.

На рис. 3 показана пространственная схема здания с покрытием по пятиугольным фермам; в торце зда­ния сделан проем для ворот. Ветровую нагрузку, прихо­дящуюся на площадь F₁, воспринимают нижние опорные устройства раздвижных ворот. Давление на площадь F₃ передается через прогоны бесчердачному покрытию, а давление на площадь F₂ воспринимается специальной горизонтальной надворотной фермой, подвешенной к ос­новным фермам на уровне затяжек и передающей ветро­вую нагрузку продольным стенам здания.

Кровельное покрытие, воспринимающее давление ветра с площади F₃, не примыкает непосредственно к настенному брусу. Для передачи этого ветрового давле­ния на настенный брус в панелях фонаря должны быть предусмотрены связи. Для большей светопрозрачности фонаря такие связи часто выполняют перекрестными из круглой стали (рис. 4).

Рис. 2. Примеры крепления прогонов кровли:

а-к ферме; б-к торцевым стенам.

Рис. 3. Устройство ветровых связей при покрытии по пятиугольным фермам:

1-связи в плоскости покрытия (также связи должны быть с противоположного конца, на рисунке не показаны); 2-вертикальные связи (см. рис. 4.); 3-надворотная ветровая ферма; 4-ворота.

Рис. 4. Перекрестные связи световой плоскости фанарей (к рис. 3.)

Обеспечение пространственной устойчивости плоскостных деревянных конструкций

Рассмотренные ранее пространственные крепления. воспринимающие ветровые усилия, в то же время слу­жат для предупреждения выпучивания сжатого контура плоскостных деревянных конструкций. В большинстве случаев сжатый пояс в них раскрепляют прогонами кровли, которые должны быть прочно прикреплены к верхнему поясу, и настилам кровли.

В арочных конструкциях помимо верхних (сжатых) поясов следует раскреплять и нижние сжатые пояса арок, а в некоторых рамных конструкциях - внутренний контур рамы, который может быть сжат на всей своей длине или на части ее, особенно при несимметричном приложении нагрузок. Нижние пояса раскрепляют (при пространственно устойчивом верхнем покрытии) устрой­ством вертикальных связей. Учитывая деформации в соединениях связей, за расчетную длину сжатого нижне­го пояса при проверке его устойчивости следует прини­мать расстояние между связями, увеличенное на 25 %.

Основным типом поперечных вертикальных связей являются жесткие связи, соединяющие попарно вдоль здания соседние конструкции (рис. 5). Вертикаль­ные связи не следует делать непрерывными по всей дли­не здания, так как при обрушении по какой-либо причи­не одной из несущих конструкций она перегрузит через связи соседние конструкции, что может привести к по­следовательному обрушению всего покрытия.

Рис. 5. Вертикальные поперечные связи:

а-правильно; б,в-неправильно.

Устройство вертикальных связей в виде подкосов (рис. 5, б) нецелесообразно. Если по длине здания будет действовать снеговая нагрузка различной интен­сивности (рис. 5, в), то подкосы не предупредят, а наоборот, будут способствовать выпучиванию закрепля­емого ими пояса фермы.

Связи рассчитывают на усилия, направленные пер­пендикулярно плоскости раскрепляемой конструкции. В случае раскрепления верхнего сжатого пояса ферм связями, расположенными в плоскости покрытия, рассто­яние между узлами закрепления b устанавливают в со­ответствии с условиями гибкости пояса из плоскости фермы. При этом каждый узел закрепления рассчитыва­ют на силу Q = bq_св. Значение q_св определяют по форму­лам                                        

а) в покрытиях по фермам, однопролетным балкам и пологим аркам (f / l < 1 / 6)

б) в покрытиях по трехшарнирным рамам и высоким аркам (f / l < 1 / 3)

в) в покрытиях по консольным балкам и рамам при положительном изгибающем моменте в пролете

при отрицательном изгибающем моменте в пролете

Узловую нагрузку на связевую поперечную ферму или на точку крепления элементов покрытия к несущим конструкциям определяют по формуле

где  q_в - расчетная равномерно рас­пределенная вертикальная нагрузка на 1 м горизонтальной проекции несущей конструкции покрытия, Н/м; при наличии иных видов на­грузок (сосредоточенной, распределенной на части пролета и т п) они должны быть приведены к эквивалентной равномерно распре­деленной по всему пролету; п -  общее число основных несущих конструкций на всю длину здания в рассматриваемом пролете; t -  общее количество поперечных связевых ферм (в том числе заменя­ющих их торцовых стен) на всю длину здания в одном пролете; S_св - горизонтальная проекция длины панели связевой фермы или расстояние между точками крепления элементов покрытия к несу­щим конструкциям, м.

Рис. 6. Схема связей:

а-поперечные связи; б-связи, располагаемые в плоскости сжатых нижних поясов.

При раскреплении нижних поясов ферм арочной кон­струкции попарно поперечными связями (рис. 6, а) последние воспринимают, таким образом, горизонталь­ные силы Q от двух смежных поясов и передают их в плоскости верхних поясов или на жесткую систему кро­вельного покрытия, образуемую щитовым настилом, ли­бо на ветровые фермы или специальные связи.

Близко расположенные друг от друга арочные или рамные конструкции иногда соединяют попарно решет­чатыми связями, располагаемыми в плоскости нижних сжатых поясов (рис. 6, б). Такие связи рассчиты­вают как горизонтальные фермы, имеющие пролет, рав­ный длине нижнего пояса полуарки. Такое решение свя­зей менее рационально. При этом связи по верхнему поя­су должны быть рассчитаны на восприятие не только го­ризонтальных сил от закрепляемых узлов верхнего пояса, но и от реактивных сил в верхнем шарнире и от горизонтальных ферм по нижнему поясу.

Если к одной системе связей прикреплены сжатые контуры нескольких плоских конструкций, то усилия, пе­редающиеся на узлы связей, принимают равными nQ {п - количество раскрепляемых конструкций).

Бывают случаи, когда даже при отсутствии активных сил, действующих перпендикулярно плоскости конструк­ции, приходится принимать меры к пространственному креплению ее растянутого контура. Примером таких кон­струкций являются шпренгельные системы (рис. 7).

В лекции "11 Приемы преодоления технических противоречий" также много полезной информации.

 Рис 7. Условие устойчивости и пространственное крепление узла Г

нижнего пояса шпренгельных ферм

Шпренгельные конструкции характеризуются пони­женным по отношению к линии опор расположением нижнего пояса в средней части пролета и по крайней мере одним переломом в его очертании - в месте сжатой стойки. Если при. этом верхний пояс расположен выше уровня опор, то равновесие узла Г устойчивое (рис. 7, а). При отклонении узла Г из плоскости систе­мы он стремится вернуться в прежнее положение. Если верхний пояс расположен ниже уровня опор, узел Г на­ходится в неустойчивом положении (рис. 7, в). При прямом верхнем поясе равновесие узла Г становится без­различным (рис. 7, б).

На практике применяют шпренгельные конструкции с расположением верхнего пояса по схемам, приведен­ным на рис. 7, а, б. Однако неизбежный прогиб под максимальной нагрузкой превращает схему б в схему в и узел Г становится также неустойчивым. Поэтому вари­анты б и в требуют обязательного устройства вертикаль­ных связей. Устройство вертикальных связей необходимо при любой схеме конструкции, если к нижнему поясу ее приложены активные силы, действующие перпендику­

лярно ее плоскости, например силы торможения от под­весного транспортного оборудования. Во многих случа­ях сечения элементов связей приходится назначать по конструктивным соображениям, при этом предельная максимальная гибкость элементов не должна превосхо­дить 200.

При применении в конструкции покрытия кровельных панелей последние могут быть использованы также для закрепления сжатого контура плоских деревянных кон­струкций. При этом связи, соединяющие панели с закреп­ляемым сжатым элементом, располагают равномерно по всей его длине и рассчитывают на усилие q.