Сквозные плоскостные конструкции
43. Сквозные плоскостные конструкции. Основные фрмы, общие принципы конструктивного решения и расчета.
Конструкции, состоящие из поясов и связывающих их решеток, называют сквозными. В сквозных конструкциях имеются узловые соединени элементов решетки между собой и с поясами, требующие специальных средств соединения.
При эксплуатации конструкций в условиях повышенной химической агрессивности среды сквозные деревянные конструкции не рекомендуются к применению, так как на открытых горизонтальных поверхностях элементов конструкции накапливается много агрессивной пыли, которая соединяясь с влагой в воздухе образует кислоты и щелочи, приводящие к разрушению древесины. В то же время увеличение поверхности деревянной конструкции и применение деревянных элементов небольшого поперечного сечения повышает пожарную опасность здания.
В сквозных конструкциях много металлических включений (растянутые элементы и элементы соединений).
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.
В современном строительстве наиболее широко применяют фермы сегментные с криволинейным клееным верхним поясом, многоугольные и треугольные.
Усилия в элементах ферм следует определять в предположении шарнирности узлов.
Отбор древесины при ее применении для растянутых элементов должен быть тщательным, так как ее пороки отрицательно влияют на прочность при растяжении.
Рекомендуемые материалы
В качестве нижних поясов ферм используют растянутые элементы из клееной древесины, поскольку в склеиваемых досках предварительно можно вырезать места с пороками, а их соединения, выполненные на зубчатый шип, расположить вразбежку. При этом повышается огнестойкость конструкции, а также стойкость к воздействию химическии агрессивных сред.
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.
Нижний брус воспринимает только сжимающие силы и проверяется на продольный изгиб с расчетной длиной, равной длине панели верхнего пояса.
В верхнем поясе ферм, выполненном из прямолинейных элементов от действия внеузловой поперечной нагрузки, возникают значительные изгибающие моменты. Для уменьшения сечения необходимо стремится к снижениюдействующих в них изгибающих моментов, создавая разгружающий момент обратного знака эксцентричным приложением нормальной силы. Эксцентриситет может быть различным. Нередко его определяют из условия равенства абсолютных значений момента в пролете от нагрузки в панели верхнего пояса, деленного на коэффициент |, и момента от эксцентриситета е
По абсолютной величине эксцентриситет не должен превышать 1/4 высоты сечения пояса или не менее половины сечения во избежание возможного разрушения от скалывания.
Потолок следует подвешивать к узлам нижнего пояса, чтобы не вызывать изгибающих моментов в элементах нижнего пояса между узлами. Утеплитель, используемый в подвесном потолке, должен находиться ниже нижнего пояса на 15—20 см. В фермах на нагелях, где для их расстановки требуется много места в узле, допускается внецентренное прикрепление решетки. Это вызывает в поясах изгибающие моменты, учитываемые в расчете, и увеличивающие сечение пояса.
При отсутствии стыка в панелях нижнего пояса, смежных с эксцентрично решенным узлом, можно считать, что момент распределяется между смежными панелями пояса поровну. При наличии стыка момент воспринимается одной панелью, не имеющей стыка.
При внецентренном прикреплении решетки в коньковом узле верхнего пояса с восходящими раскосами при загружении всего пролета моменты невелики и расчетным здесь является узловой момент при односторонней нагрузке.
Заменим нормальную силу от действия постоянной q и временной Р: и поперечную силу Q=Pl/8
Изгибающий момент, на который и рассчитывают верхний пояс в узле как внецентренно-сжатый элемент, но без введения коэффициента 
.
Деформации (прогибы) сквозных конструкций являются следствием не только упругих деформаций элементов и соединений в узлах и стыках, но и рыхлых деформаций, например от неплотностей в соединениях при их изготовлении.
Увеличение прогибов происходит преимущественно в первые два-три года эксплуатации, когда древесина еще не достигла равновесной влажности и когда покрытие в первый раз загружается полной нагрузкой.
В цельнодеревянных фермах прогибы обычно больше так как в них имеется большое число элементов и узлов, соответственно большее количество мест смятия, в особенности под углом и поперек к волокнам. Стыки на нагелях, также способствует увеличению деформаций. В фермах с клееным нижним поясом при стыковании досок по длине с помощью зубчатого соединения прогибы будут меньше.
, где 
— усилие в элементах фермы от единичной силы, приложенной в_том узле,_в. котором определяется прогиб фермы.
В деревянных или металлодеревянных фермах прогиб, определенный по приведенной формуле будет занижен, так как в ней учитываются только упругие удлинения или укорочения материала элемента, но не принимаются во внимание деформации в соединениях — в узлах ферм и в стыках элементов, учет которых обязателен, так как они значительно увеличивают прогиб.
Предельные деформации по нормам: при соединении на нагелях всех видов (в том числе и в стыках) 2 мм;
в примыканиях деревянных элементов под прямым углом 3 мм.
Для уменьшения видимого провисания ферм последним при изготовлении придают строительный подъем (обратный выгиб нижнего пояса), принимаемый 1/200 пролета.
44. Сегментные клееные фермы.
Верхний пояс клееных сегментных ферм очерчен по дуге и разбит на панели крупных размеров. В современном строительстве применяют главным образом метал-лодеревянные сегментные фермы с клееным верхним поясом и с прямолинейным нижним поясом из профильной или круглой стали. Пролеты клееных ферм рекомендуется принимать до 36 м.
Сегментные фермы можно изготовлять и значительно больших пролетов, а при обеспечении надлежащего контроля за качеством нижние пояса выполнять клееными, причем очертание нижних поясов может быть не только прямолинейным, но и криволинейным.
В конструктивном отношении верхний пояс представляет собой пакет, склеенный из досок плашмя, имею-ющий прямоугольное сечение шириной b и высотой h. Поясам сегментных ферм следует придавать строительный подъем, равный 1/200 пролета.
Стыки гнутоклееных блоков выполняют непосредственным упором торцов или через сварные вкладыши в узлах, закрепленных от выхода из плоскости фермы.
В этом отношении сегментные фермы являются выгодной конструкцией, так как в ней применяется треугольная решетка и в узлах сходится не более двух элементов, которые центрируют в этих узлах.
Очертание верхнего пояса близко к кривой давления от нагрузки, равномерно распределенной по всему пролету, и усилия в решетке сравнительно малы. Следует стремиться использовать минимальное число панелей и принимать длину панелей верхнего пояса не менее 6 м.
Конструкция узлов верхнего пояса различна при разрезном и неразрезном поясе. В обоих случаях к концам раскосов прикрепляют на болтах металлические пластинки — наконечники, имеющие в свободном конце отверстие для узлового болта.
При разрезном верхнем поясе в его стыке помещают металлический вкладыш. Узловой болт расположен в центре вкладыша. Усилия от раскосов через пластинки-наконечники воспринимаются узловым болтом, который передает их равнодействующую на металлический вкладыш, а последний — на верхний пояс. Работа узлового болта в металле с последующим распределением усилия по большой поверхности соприкасания вкладыша с торцами верхнего пояса, отсутствие скалывания, шарнирность в присоединении элементов решетки и простота сборки—положительные особенности данного решения узла. Передача усилия в стыках и узлах вдоль волокон древесины уменьшает вредное влияние усушки на деформацию ферм.
Узел разрезного верхнего пояса может не иметь металлического вкладыша. В этом случае торцы панелей верхнего пояса упираются один в другой. Стык перекрывается парными деревянными накладками на болтах. Между панелями верхнего пояса и парными накладками в специально выбранных в накладках пазах помещают наконечники раскосов, выполненные из полосовой стали. Узловой болт, в таком случае фактически работает как четырехсрезный болт, в расчете обычно рассматривают как трехсрезный болт (этим учитывается разрезность верхнего пояса в месте расположения болта).
Верхний пояс таких ферм следует разбивать так, чтобы первые от узла панели не превышали 0,7 длины остальных панелей одинаковой длины.
Наконечники соединяются с элементами решетки глухими стальньми нагелями. При использовании сквозных нагелей отверстия для них надо одновременно сверлить в металлических пластинках - наконечниках и в деревянном верхнем поясе, что вызывает известные затруднения.
В неразрезном верхнем поясе равнодействующую усилий сходящихся в данном узле раскосов передается металлическими накладками - наконечниками на узловой болт, от него на узловые металлические накладки, а от них рассредоточено металлическими нагелями на верхний пояс. Нагели эти работают под углом к волокнам верхнего пояса, что должно учитываться в расчете.
Промежуточый узел нижнего пояса может решаться путем приваривания сверху к профильным элементам пояса узловой шпильки с резьбой по обеим концам для крепления пластинок—наконечников раскосов. Такой вариант более предпочтителен, так как наилучшим образом создается шарнирность в узле, а также обеспечивается удобство сборки. Тем не менее в расчете необходимо учесть эксцентричное решение узла.
Опорные узлы имеют следующие варианты:
1. торец клееного верхнего пояса упирается в упорный элемент (упорная пластинка из листовой стали, усиленная ребрами жесткости или швеллер) сварного башмака. Боковые фасонки сварного башмака передают усилия на опорную плиту. Верхний пояс соединяют со сварным башмаком болтом (глухарями), причем болт (глухари) пропускают либо через боковые фасонки, либо через приваренные к упорной плите специально предназначенные для этой цели накладки из листовой стали;
2. ижний конец клееного верхнего пояса обрезают так, чтобы создать горизонтальную плоскость для опирания фермы и вертикальную плоскость для упора- в сварной элемент, состоящий из упорного элемента и боковых фасонок. Боковые фасонки глухарями крепят к верхнему поясу. К ним, в свою очередь, приваривают стальные элементы нижнего пояса.
В опорных узлах обоих вариантов, где сходятся элементы, имеющие большие усилия, должно быть осуществлено строгое центрирование всех элементов.
РАСЧЕТ
Расчет клееных сегментных ферм начинают с определения продольных усилий в элементах ферм от узловой расчетной нагрузки. Криволинейный верхний пояс заменяют при этом прямолинейным— узлы верхнего пояса соединяют прямыми линиями — хордами, исходя при этом из предположения шарнирности узлов.
Верхний пояс:
Вследствие криволинейности верхнего пояса и расположения нагрузки между узлами он работает как сжато-изгибаемый стержень. Принятое сечение проверяют по формуле:
В случае разрезного верхнего пояса, загруженного равномерно распределенной нагрузкой
f - cтрела выгиба панели, приближенно определяемая по формуле
Аналогично, в некоторых случаях упрощенно находят расчетный момент М, когда панели разрезного верхнего пояса загружены неравномерной распределенной, временной поперечной нагрузкой, сосредоточенными силами и т. д.
В фермах с неразрезным верхним поясом моменты М0 определяют как для многопролетной неразрезной балки с равными или неравными пролетами. Панель представляет собой однопролет-ную балку, причем крайние панели, расположенные у опор фермы, рассматривают как однопролетные балки, шарнирно опертые с одного конца и с жестко закрепленным другим концом, а средние панели — как одно-пролетные балки с жестко закрепленными концами.
Лекция "7 Астрология" также может быть Вам полезна.
При проверке сечения неразрезного верхнего пояса по формуле сжато-изгибаемого стержня его расчетную длину при определении гибкости и коэффициента | принимают в частном случае при равных панелях и равномерно-распределенной нагрузке в пролете крайней (опорной) панели 0,8 длины хорды, а в средних панелях 0,6 длины хорды.
Сегментные фермы с отношением высоты к пролету меньше 1/7 следует рассчитывать с учетом дополнительных напряжений, возникающих в неразрезных поясах в результате прогиба ферм с учетом деформаций податливых соединений.
Нижний пояс:
Металлический нижний пояс проверяют на растяжение по площади нетто, т.е с учетом ослаблений от отверстий для узловых болтов. В случае эксцентричного крепления решетки в узлах нижнего пояса необходимо в расчетах учесть влияние возникающего при этом дополнительного изгибающего момента в нижнем поясе. Сжатые раскосы рассчитывают на продольный изгиб с расчетной длиной, равной длине раскоса между центрами узлов фермы; растянутые на растяжение с учетом имеющихся ослаблений.
Металлические пластинки-наконечники рассчитывают на продольный изгиб. Их расчетную длину принимают равной расстоянию от узлового болта до ближайшего болта в пластинке. Для уменьшения продольного изгиба пластинок-наконечников их стягивают дополнительным болтом, который, ставят у торца деревянной части раскоса со стороны пояса.
Узловой болт, на который надевают пластинки-наконечники раскосов, рассчитывают на восприятие силы R, равной равнодействующей усилий сходящихся в узле раскосов.
