Плоскі наскрізні конструкції. Ферми, основні види і розрахунок

Наскрізними несучими дерев'яними конструкціями називаються такі, в яких пояси з'єднані один з одним не суцільною стінкою з дощок або фанери (як у плоских суцільних конструкціях), а граткою, що складається з окремих стрижнів - розкосів і стійок.

Застосування гратки замість суцільної стінки зменшує витрати сировини на конструкцію, особливо при великих прольотах. У той же час наскрізні конструкції мають велику кількість вузлів у місцях з'єднання гратки з поясами, що значно ускладнює виготовлення таких конструкцій. Тому вибір типу конструкцій - суцільний або наскрізний проводиться на основі техніко-економічних даних з урахуванням призначення приміщення.

Наскрізні конструкції бувають:

1) балкові (ферми);

2) розпірні (арки та рами);

3) гратчасті стійки.

ферма

наскрізна арка

рама с підкосами

гратчаста стійка

Про наскрізні розпірні конструкції і про гратчасті стійки йшлося в попередніх лекціях.

Ферми - основний вид наскрізних конструкцій. Їх застосовують, як правило, в статично визначених схемах. Найбільшого поширення в будівництві набули ферми заводського виготовлення. До них відносяться металодеревяні ферми, верхній пояс і стиснуті стержні гратки яких виконані з клеєної деревини, а нижній пояс і розтягнуті стержні гратки - зі сталі.

Переваги клеєної деревини дозволяють застосовувати в разі потреби, наприклад, в умовах агресивних середовищ, не тільки сталевий, але й дерев'яний нижній пояс.

За обрисом ферми поділяються на:

1. Трикутні;

2. Трапецієвидні;

3. Багатокутні (частіше п'ятикутні);

4. Сегментні.

Рис. 53 - Трикутна металодеревяна ферма

Рис. 54 - П'ятикутна металодеревяна ферма

Рис. 55 - Сегментна металодеревяна ферма

З метою зменшення величини згинальних моментів передача стискаючого зусилля у вузлах верхнього поясу з прямолінійних елементів здійснюється з ексцентриситетом, як в арках. Перша панель нижнього поясу, в якому відсутні зусилля, може бути дерев'яною, а опорний спадний розкіс, що сприймає велике розтягуюче зусилля - сталевим, як і середня панель нижнього поясу. Трапецієвидна односхила ферма має аналогічне конструктивне вирішення.

Можуть застосовуватися так само ферми з паралельними поясами.

Трикутні клеєні ферми можуть мати верхній пояс з двох клеєних панелей різної довжини, довшою і потужною є перша від опори панель. З клеєної деревини виконуються також два розкоси. Нижній пояс і розтягнутий тяж приймаються сталевими. Панелі верхнього поясу у вузлах стикують з ексцентриситетом.

Сегментні клеєні ферми компонуються з таким розрахунком, щоб дуга верхнього поясу була з криволінійних елементів однакової довжини. Всі вузли, включаючи вузли верхнього поясу, центрують по осях елементів. Верхній пояс такої ферми може бути розрізним або нерозрізним. Завдяки криволінійному обрису верхнього поясу створюється зворотний вигин по відношенню до осі згину поясу під дією зовнішнього навантаження, тому ця ферма має мало навантажену гратку, що спрощує конструкцію її елементів та вузлів.

До ферм, що виготовляються на місці будівництва, відносяться ферми, елементи яких виконані з цілісних не клеєних колод, брусів або дощок з вузловими зєднаннями на нагелях (болтах, цвяхах) або на лобових врубках. Розтягнуті елементи гратки та нижній пояс ферми часто роблять сталевими.

За обрисом ферми, виготовлені на будмайданчику, можуть бути трикутними і багатокутними.

Ферми трикутного обрису з центральних елементів зі сталевим нижнім поясом дозволяють просто організовувати скатну плоску покрівлю. У цих фермах верхній пояс і розкоси роблять із брусів, а центральну розтягнуту стійку - з круглої сталі.

В багатокутних фермах зусилля в панелях верхнього поясу мало змінюються від опори до середини прольоту і в елементах гратки виникають невеликі зусилля. Це дає можливість приймати як верхній пояс, так і елементи гратки з деревини і тільки нижній розтягнутий пояс - з профільної сталі.

Недоліком такої ферми є невелика кількість вузлів.

Ферми на лобових врубках мають трикутний або п'ятикутний обрис.

Схема гратки в цих фермах така, що дерев'яні розкоси виявляються стислими, а металеві стійки - розтягнутими. Це дозволяє кріпити стиснуті розкоси до поясів за допомогою лобових врубок, що сприймають тільки стискаючі зусилля, а розтягнуті стійки (тяжі) роблять з круглої сталі. На одному кінці тяжів влаштована різьба і гайка, що забезпечує можливість ущільнення вузлів при складанні.

У п'ятикутних фермах поблизу середини прольоту при односторонньому сніговому навантаженні розкоси можуть працювати що розтяг і виключатися з роботи.

Для збереження геометричної незмінності гратку ферми забезпечують додатковими компенсуючими спадними розкосами.

Рис. 56 - П'ятикутна ферма з брусів або колод на лобових врубках.

Розрахунок ферм.

Порядок розрахунку ферм такий же, як і порядок розрахунку плоских несучих дерев'яних конструкцій:

1) статичний розрахунок;

2) підбір перерізу елементів ферми;

3) розрахунок вузлів.

Розрахунку ферм передує збір навантажень. Навантаження, що діють на ферму, складаються з постійного (від власної маси ферми та огороджуючих конструкцій покриття) і тимчасового (найчастіше тільки від снігу).

Статичний розрахунок ферми зводиться до визначення зусиль від зовнішніх навантажень в елементах ферми. Для всіх стержнів визначається значення поздовжньої сили N, а для верхнього поясу ще й згинальний момент M.

Визначення зусиль в стержнях можна робити графічно або аналітично. При цьому в схемах сегментних ферм криволінійні осі панелей верхнього поясу на ділянках між сусідніми вузлами замінюють хордами, що стягують ці дуги.

Зусилля визначають окремо:

1) для випадку завантаження сніговим рівномірно розподіленим навантаженням на половині прольоту;

2) для випадку завантаження сніговим навантаженням на всьому прольоті;

3) для випадку завантаження постійним навантаженням (власна вага ферми і вага огороджувальних конструкцій покриття) на всьому прольоті ферми.

Доцільно спочатку визначити зусилля від одиничного навантаження, а потім, помноживши на величини фактичних навантажень, отримати істинне значення зусиль у стрижнях.

При обчисленні зусиль у середніх розкосах враховують два випадки: коли розкіс стиснутий і коли розтягнутий.

Розрахункові зусилля в стержнях визначаються при наступних двох комбінаціях навантажень:

1) Рівномірно розподілене постійне навантаження на всьому прольоті, тимчасове (сніг) - на половині прольоту ферми.

2) Рівномірно розподілене постійне і тимчасове навантаження на всьому прольоті ферми.