Конструкції дерев'яних рам

Рами є одним з основних класів несучих дерев’яних конструкцій. Їхня форма цілком відповідає большості виробничих і громадських споруд. Вертикальні стійки і похилі ригелі служать основами для настилів покритів і обшивок стін. Однак рами вимагають більшої витрати деревини на виготовлення, ніж арки, оскільки форма їх осей менше відповідає закономірностям діючих в них розподілених і особливо зосереджених навантажень. У вітчизняному будівництві в основному застосовують однопролітні двосхилі рами при прольотах 12...24 м, можуть бути до 60 м. Дерев'яні рами можна розділити по ряду признаків.

По статичним схемам дерев'яні рами можуть бути статично визначними й один раз статично невизначеними.

Трьохшарнірна рама (рис. 7.1, а) є статично визначеною. Перевагою цієї схеми є незалежність діючих у її перерізах зусиль від осідання фундаментів і відносна простота рішень шарнірних опорних вузлів. До недоліків відноситься виникнення великих згинальних моментів у карнизних перерізах чи вузлах.

Рис 7.1. Статичні схеми дерев'яних рам: а—трьохшарнірна; б—двухшарніирна жорстко обперта; в-двухшарнірна шарнірно обперта

Двухшарнірна схема з жорсткими опорними вузлами (рис. 7.1, б) є один раз статично невизначеною. Перевагами цієї схеми є відсутність згинальних моментів у шарнірних з'єднаннях ригеля зі стійками. Це спрощує їхню конструкцію і дає можливість застосування як ригеля клеєдеревяних балок, арок із затяжками, сегментних і трикутних ферм. Недоліками цієї схеми є наявність жорстких опорних вузлів, у яких діють згинальні моменти і конструкції яких складніше шарнірних, а також залежність величин зусиль у таких рамах від просідань опор.

Двухшарнірная схема із шарнірними опорними вузлами (рис. 7.1, в) теж один раз статично невизначена. Перевагами цієї рами є відсутність згинальних моментів у шарнірних опорних вузлах, що дозволяє просто вирішувати їхню конструкцію, і можливість застосовувати як ригель клеєдерев'яні балки і ферми, що мають опорні стійки, наприклад п’ятикутні. Недоліком цієї схеми є наявність жорстких карнизних вузлів, у яких діють згинальні моменти, що ускладнюють їх конструкцію.

По конструкції поперечного перерізу дерев'яні рами поділяються на клеєдерев’яні, суцільнодерев'яні і клеєфанерні. Трьохшарнірні клеєдерев'яні рами заводського виготовлення є одним з основних видів дерев'яних рам. Вони бувають беспідкосними і можуть мати від двох до чотирьох підкосів (рис. 7.2). Елементи цих рам мають прямокутні клеєдерев’яні перерізи До недоліків ломаноклеєної рами відноситься те, що їх важко транспортувати, деревина в зоні перелому осі і зубчатого стику, де діють максимальні згинальні моменти, працює на нормальні напруження від стиску з згином під значним кутом до напрямку волокон.

Рис. 7.2. Клеєдеревяні трьохшарнірні рами: а — гнутоклеєная; б — ломаноклеєная; в — четирьохпідкосна;

г — двопідкосна; д -із внутрішніми опорними підкосами; е — із зовнішніми опорними розкосами

Гнутоклеєна трьохшарнірна рама(рис. 7.2, а) складається з (напіврам Г-образної форми прямокутного перемінного перерізу, вигнутих при виготовленні в зоні майбутнього карнизу. Перевагою цієї рами є те, що вона складається тільки з двох великих елементів — напіврам, що з’єднуються при зборці всього трьома вузлами-двома опорними і одним коньковим. Друга перевага - це змінна висота перерізів — максимальна в зоні згина, де діють максимальні згинальні моменти, і мінімальна в вузлах, де моменти відсутні

Технологія виготовлення гнутих клеєдеревяних напіврам змінного перерізу більш складна і трудомістка, ніж прямих елементів. При виготовленні цих напіврам застосвуються тонкі дошки, які дозволяють гнути їх по мінімальному що допускається радіусу r >=150d. Це підвищує трудомісткість виготовлення, витрату деревини при остружці і клею. Крім того, у зонах карниза для обпирання на них настила покриття вимагаються додатково похилі стержні

Ломаноклеєна рама (рис. 7.2,б), або клеєдерев'яна рама з прямолінійних піврам на зубчатих шипах складається з двух напіврам. Кожна напіврама має Г-образну форму з переломом осі в місці карнизного вузла. Напіврама складається з двох прямих елементів — стійки і напівригеля, що мають змінні перерізи, максимальні в зоні перелому осі. Ці елементи з'єднуються під необхідним кутом похилим зубчастим шипом. Ломаноклеєна рама має тіж переваги, як і гнутоклеєна.

Клеєдерев’яна трьохшарнірна чотирьохпідкосна рама (рис. 7.2, в) складається з двох стійок, двох напівригелів перемінної висоти перерізу і чотирьох підкосів постійного перерізу, що з'єднують стійкі з ригелем. Підкоси створюють додаткові опори для ригеля, що приводить до зменшення згинальних моментів у ригелі в порівнянні з безпідкосною рамою. Особливо зменшуються при цьому моменти в стійках. Ця рама є збірно-розбірною і складається з прямих клеєдерев’яних елементів, простих у виготовленні, що легко можуть транспортуватися будь-яким видом транспорту. Основним недоліком цієї рами є більше, чим у беспідкосних рамах, число елементів і вузлів, что підвищує трудомісткість виготовлення і зборки. Підкоси також зменшують вільний простір приміщень, тому застосування цих рам найбільше раціонально в покриттях навісів.

Двохпідкосна клеєдерев¢яна трьохшарнірна рама (рис. 7.2, г) складається з двох стійок, двох напівригелів перемінного перерізу і двох підкосів постійного перерізу. До недоліків цієї рами відноситься наявність значних розтягуючих зусиль у карнизних вузлах, для спрйняття яких необхідне застосування металевих кріплень і гвинтів. Крім того, згинальні моменти в стійках і ригелях цієї рами значно більші, ніж у рамах з парними підкосами. Підкоси зменшують вільний простір приміщення.

Клеєдеревяна трьохшарнірна рама з опорними підкосами(рис. 7.2, д) складається з двох напівригелів перемінного перерізу, двох підкосів і двох стійок постійного перерізу. Основні переваги цієї рами ті ж, что й інших підкісних рам. Основні недоліки — це робота стійок на розтягання і згин від вітрового навантаження, що ускладнює конструкцію їх вузлових кріплень, та значна довжина стиснутих підкосів, переріз яких визначаються з умови гнучкості, що гранично допускається.

Клеєдеревяна трьохшарнірна рама з зовнішніми розкосами (рис. 7.2, е) відрізняється від попередньої тільки зовнішнім розташуванням розкосів. Переваги її і недоліки ті ж, що й інших підкосних рам. Зовнішні розкоси працюють у цій рамі на розтяг і можуть виготовлятися як із клеєної деревини, так і сталі. При цьому вони не зменшують внутрішнього простору приміщення .

Рис. 7.3. Двухшарнірні клеєдерев’яні рами: . а- з жорсткими опорами й аркою; б-із жорсткими опорами і фермою;

в - із шарнірними опорами і клеедере’вянною балкою.

Двухшарнірні клеєдерев’яні рами (рис. 7.3) складаються з трьох .конструктивних елемент - двох вертикальних стійок і горизонтального ригеля. Їхня основна перевага — це відносна простота виготовлення і транспортування прямих стійок і балкових конструкцій ригелів у порівнянні з гнутими і ломаними напіврамами. Крім того, їх горизонтальні ригелі зручні для кріплення до них необхідної в деяких приміщеннях підвісної стелі.

Опорні і конькові вузли гнутоклеєних і ломаноклеєних рам можуть мати конструкції аналогічні конструкціям опорних і конькових вузлів клеєдерев’яних арок. Опорні вузли цих рам виготовляються з використанням металевих башмаків з опорними листами, подвійними фасонками і діафрагмами,які перадають зусилля в стійках на фундаменти. При цьому в гнутоклеєній рамі з постійним перерізом стійки діафрагма може бути приварена до опорного листа (рис. 7.4, а), а в ломаноклеєній рамі з стиками перемінної висоти між діафрагмою й опорним листом може бути залишений зазор (рис. 7.4,б).

Рис. 7.4. Опорні вузли клеєдерев’яних рам: а — зі стійкою постійного перерізу; б — зі стійкою перемінного перерізу;

1 — стійки; 2 сталевий башмак; 3 — болт. 4 — анкер; 5 — зварювання

Конькові вузли цих рам можуть виконуватися аналогічно коньковим вузлам трьохшарнірних арок із застосуванням сталевих кріплень чи двосторонніх клеєдеревяних накладок і болтів. Карнизні стики ломаноклеєних рам вирішені з застосуванням зубчастих шипів, іноді з використанням вставок з деревяного пластика підвищеної міцності (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Карнизні стики ломаноклеєних рам: а — із зубчатим шипом; б — із вставкою з деревяного пластику;

1— стійка; 2 — ригель; 3 — зубцюваті шипи; 4 — вставка

Суцільнодерев’яні рами з брусів або колод з товстих дощок (рис.7.6) мають свої переваги. Вони можуть бути виготовлені на будь-якому будівельному майданчику, в приміщенні або під навісом у будь-який час року і не обов'язково в заводських умовах. Їхня вартість нижче клеєдерев’яних.

До недоліків відноситься те, що їх виготовлення важко механізується, вимагає витрати дефіцитних лісоматеріалів великих перерізів і великих витрат ручної праці робітників високої кваліфікації. Прольоти цих рам невеликі, звичайно до 15 м.Основна область використання - невеликі будинки, які будуються в районах, де немає заводського виготовлення дерев'яних конструкцій.