Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Деревянные строительные конструкции состоят в основном из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница). Древесину твердых лиственных пород применяют для нагелей, подушек и др деталей.
На поперечном сечении: под корой расположен тонкий слой КАМБИЯ. В растущем дереве камбий обуславливает прирост древесины и коры. В центре сечения ствола расположена сердцевина, диаметром 2-5 мм. Вся основная древесина между тонким слоем камбия и сердцевиной состоит из 2 частей, отличаются друг от друга оттенками – внутренняя зона, более темная, назвается ядром, а более светлая заболонью. С возрастом размеры ядра увеличиваются за счет перехода части заболонной древесины в ядровую.(Процент площади поперечного ствола, приходящийся на заболонь увеличивается с переходом вверх по стволу).
Достоинства:
Недостатки:
Для повышения защиты от возгорания применяют следующие методы:
Гниение – разрушение древесины, в следствии жизнедеятельности грибов. Для возможности гниения необходимо увлажнение древесины, и доступ воздуха.
Целлюлоза (С6Н10О5) + Вода (Н2О) = Глюкоза (С2Н12О6); Глюкоза + Углекислый газ (СО2) = Вода + Углекислый газ (6 Н2О + 6 СО2).
Древесина содержит органические питательные вещества для бактерий, жучков и т.п.
Для борьбы с гнеением применяют конструкционную и химическую защиту, для борьюы с жучками – химическую.
К конструкционным мероприятиям относят:
- защита от атмосферных осадков,
- удаление влаги из сырых помещений (вентиляция),
- борьба с конденсатом и т.п,
- правильный подбор породы древесины.
Химические мероприятия:
- влагозащитные лаки и эмали,
- антисептические составы.
История:
Дерево в качестве строительного материала применяется с древнейщих времен. Этому способствовало наличие лесов, легкость обработки и транспортировки деревянных элементов к месту строительства. Кроме того древесина обладает хорошими конструктивными качествами – хначительной прочностью и упругостью при сравнительно небольшой массе.
Основной формой бревенчатых сооружений стал сруб, который выполнялся из горизонтально расположенных бревен, соединненых врубками, шипами и др видами соелинений, что требовало большой квалификации мастера. Этот этап преобладал до 18 века.
После Великой Октябрьской революции перед строителями была поставлена задача создать новые формы деревянных конструкций построечного изготовления, не требующих квалифицированных плотников. Были введены дощато-гвоздевые соединения.
Далее в начале 19 века были предложены брусчатые конструкции на пластинчатых нагелях.
После ВОВ объем деревянного строительства сократился, изменился и требования к строительству. Вместо конструкций построечного изготовления потребовались конструкции заводского изготовления. Развиваются клееные и клеефанерные конструкции.
Область применения:
Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и под углом к ним. Прочность древесины на смятие вдоль волокон мало отличается от прочности на сжатие вдоль волокон и нормы не делают различия между ними.
Смятию поперек волокон древесина сопротивляется слабо. Смятие под углом занимает промежуточное положение.
При смятие поперек волокон после сплющивания и разрушения стенок клеток происходит уплотнение древесины, уменьшение деформаций и рост сопротивления сминаемого образца.
Рис. 1.
Участок I – показывает почти упругую работу древесины в начале нагружения. На участке II – происходит ускоренный рост деформаций в результате сплющивания клеток. На участке III – рост деформаций замедляется за счет уплотнения древесины. Разрушение древесины при смятии заключается в нарушении связей между волокнами и появлении трещин.
О роботе древесины на смятие поперек волокон судят по значению допустимых в эксплуатации деформаций (с учетом фактора времени). За нормируемый предел обычно принимается напряжение при некотором пределе пропорциональности , этот предел имеет наименьшее значение при смятие по всей поверхности и максимальное при смятии на части длины и ширины.
Рис.2
В двух последних случаях деформации уменьшаются благодаря поддержки сминаемой площадки соседними незагруженными участками древесины.
Расчетное сопротивление местному смятию определяется при этом:
- – расчетное сопротивление древесины смятию под углом 900 (поперек волокон) по всей поверхности, – длина площадки смятия вдоль волокон. При этом длина ненагруженных участков не менее длины площадки смятия и толщины элемента).
При смятии под углом α значение (сопротивление древесины смятию
) возрастает с уменьшением угла.
Рис 3.
Сопротивление древесины смятию под углом α к направлению волокон:
– расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон, – расчетное сопротивление древесины смятию под углом 900 (поперек волокон).
«Скалывание» - разрушение в результате сдвига одной части материала относительно другой. Предел прочности древесины при скалывании поперек волокон и под углом к волокнам меньше, чем вдоль волокон (поперек более чем в 2 раза). Прочность древесины при скалывании очень мала ввиду ее волокнистого строения. Волокна древесины имеют относительно слабые связи между собой, которые легко разрываются при скалывании. Элементы при скалывании разрушаются хрупко и распадаются на части без заметных предварительных деформациях при средних напряжениях скалывания Пороки древесины в разной степени влияют на прочность при скалывании. Сучки – не снижают прочности. Трещины в зонах действия значительных скалывающих напряжениях не допускаются.
Скалывание при изгибе возникает от действия парных сдвигающих сил Т, действующих в противоположных направлениях. Эти силы вызываются поперечными силами Q и по длине элемента изменяются также. По высоте сечения скалывающее напряжение распределяются неравномерно: максимальное значение – на нейтральной оси и снижаются до нуля к кромкам. По ширине сечения они не изменяются.
Рис.4.
Расчет изгибаемых элементов на прочность по скалыванию определяется по формуле:
где – расчетная поперечная сила (максимальная), – статический момент брутто сдвигаемой части сечения элемента относительно нейтральной оси, – момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси, – расчетная ширина сечения, – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.
В большинстве цельных изгибаемых элементов напряжение скалывание к моменту их разрушения от изгиба далеко не достигают предела прочности при скалывании и расчетная проверка не требуется. Только при расчете очень коротких балок и больших сосредоточенных близ опор нагрузках такая проверка необходима.
Элементы конструкций рассчитывают по методу предельных состояний. Предельным называется такое состояние конструкции, при котором конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям.
I – по потере несущей способности (по пригодности к эксплуатации) (прочности, устойчивости);
II – по деформациям (по пригодности к нормальной эксплуатации) (прогибам, перемещениям).
Расчет по первому предельному состоянию ведется на расчетные нагрузки, по второму на нормативные нагрузки (без учета коэффициентов перегрузок – коэффициенты по нагрузкам и назначения конструкции).
Принцип расчета:
– предельная нагрузка, Ф – несущая способность конструкции.
Несущая способность конструкции зависит от сорта древесины, от породы древесины, от условий эксплуатации, от температуры воздуха при эксплуатации, от длительности действия и вида нагрузок.
По СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции»:
В таблице 3 и 4 даны расчетные сопротивления сосны, ели и лиственницы в зависимости от сортов древесины. Для других пород расчетные сопротивления получают путем умножения на переходный коэффициент , принимаемый по таблице 5. В таблице 6 даны расчетные характеристики для фанеры, в зависимоти от ее вида.
Есть еще куча коэффициентов повышающие или понижающие расчетные сопротивления, это все указано в СП п.5.2.
Расчетные сопротивления умножаются на следующие коэффициенты условий работы:
И т.д.
Расчетные значения в табл. 3,4 и 6 ДЕЛЯТ на коэффициенты надежности по сроку службы, по табл.12.
Модуль упругости при расчёте по II группе предельных состояний принимают: вдоль волокон поперек .
Расчет центрально сжатых элементов следует проводить по формулам:
А) на прочность
Б) на устойчивость
где – расчетная продольная сила, – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон, - коэффициент продольного изгиба, – площадь нетто поперечного сечения (минус ослаблений, чистая), – расчетная площадь поперечного сечения.
При отсутствии ослаблений или ослабления не выходят на кромку и их площадь , . При ослаблениях, не выходящих на кромку , . При симметричных ослаблениях, выходящих на кромку .
– площадь сечения брутто (с ослаблениями).
Коэффициент продольного изгиба:
,
где – для древесины, = 1 – для фанеры, А=3000 для древесины и =2500 для фанеры.
Гибкость элементов цельного сечения определяют по:
– расчетная длина элемента;
- радиус инерции сечения элемента с максимальными размерами брутто относительно осей Х и У.
Вывод :
По формуле Эйлера:
Так как радиус инерции , и
Коэффициент продольного изгиба = отношение критического напряжения к пределу прочности:
Так как для абсолютно упругого материала E=const, а предел прочности материала без учета рассеяния для данного материала тоже постоянен, то считаем, что и получаем .
Расчетная длина элемента определяется:
где – свободная длина, – коэффициент, принимается согласно п.6.23 СП.
Рис. 5.
Расчет деревянных элементов на изгиб по нормальным напряжениям производят приближенно. При более точном методе потребовалось бы учитывать различные модули упругости в сжатой и растянутой зонах.
Рис.6.
Из этого рисунка видно, что в сжатой зоне развиваются большие платические деформации, которые нарушают прямолинейность распределения нормальных напряжений по высоте сечения.
В чистой древесине , с учетом пороков .
Рис.7.
Реальные конструкции рассчитывают при двух допущениях:
где М – расчетный изгибающий момент; – расчетное сопротивление изгибу; – расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента, для цельных элементов ; для составных элементов , – коэффициент, табл.16, зависит от числов слоев в элементе и его пролете. При определении ослабления сечений, расположенные на участке элемента длиной до 200 мм, принимают совмещенными в одном сечении.
Рис.8.
В этом случае действующее усилие q раскладывают по направлению главных осей, затем находят изгибающие моменты, действующие в этих плоскостях.
Расчет элементов на прочность при косом изгибе производят по формуле:
Где – составляющие расчетного изгибающего момента для главных осей сечения х и у, – моменты сопротивлений поперечного сечения нетто относительно главных осей сечения х и у.
Прочность проверяют в сечениях, где действуют наибольшие изгибающие напряжения и в сечениях, где есть ослабления.
Было установлено Журавским Д.И., что в элементах, работающих на поперечный изгиб действуют не только нормальные, но и касательные напряжения, поэтому разрушения могут произойти не только от нормальных, но и от касательных напряжений в зависимости от того, какие из них раньше достигнут предела прочности. Касательные напряжения особенно опасны при больших сосредоточенных грузах близко расположенных от опор или в балках двутаврового сечения.
где – расчетная поперечная сила (максимальная), – статический момент брутто сдвигаемой части сечения элемента относительно нейтральной оси, – момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси, – расчетная ширина сечения, – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.
В большинстве цельных изгибаемых элементов напряжение скалывание к моменту их разрушения от изгиба далеко не достигают предела прочности при скалывании и расчетная проверка не требуется. Только при расчете очень коротких балок и больших сосредоточенных близ опор нагрузках такая проверка необходима.
где – максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке , – максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваем участке .
Коэффициент для изгибаемых элементов прямоугольного сечения, шарнирно закрепленных от поворота вокруг продольной оси в опорных сечениях определяют по формуле:
где – расстояние между опорными сечениями элемента (опорами), b – ширина поперечного сечения, h – высота сечения, – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке , определяется по табл. Е2 прил. Е в СП.
Наибольший прогиб определяют по формуле:
где – прогиб без учета деформаций сдвига, h –высота сечения, – пролет балки, k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, = 1 для балок постоянного сечения, с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы. K и c – в приложении Е, табл. Е.3. в СП.
При косом изгибе полный прогиб равен геометрической сумме прогибов от усилия qх и qу:
Предельные прогибы не должны превышать установленных СП табл.19 в зависимости от вида конструкций.
Сжато-изгибаемый элемент – элемент на который действует изгибающий момент и центрально приложенное продольное усилие. Изгибающий момент может создаваться:
А) внецентренно приложенной сжимающей силой и тогда элемент называется ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫМ, б) поперечной нагрузкой.
Рис.9.
Так как жесткость стержня не бесконечна, то он под влиянием изгибающего момента прогибается. При этом у сжимающей силы присутствует эксцентриситет, от чего создается дополнительный момент.
Где – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме (СП, п.6.17. примечания).
- При симметричном нагружении и для консольных элементов:
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
– изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продрльной силы, - коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины и =2500 для фанеры.
- При несимметричном нагруженние:
– изгибающие моменты от симметричной и кососимметричной составляющих нагрузок, – коэффициенты, определяемые по формуле выше при величине гибкости, соответствующей симметричной и кососимметричной формам продольного изгиба.
где – расчетная поперечная сила, – статический момент брутто сдвигаемой части сечения элемента относительно нейтральной оси, – момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси, – расчетная ширина сечения, – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе, N – расчетная продольная сила, e – эксцентриситет силы N.
В большинстве цельных изгибаемых элементов напряжение скалывание к моменту их разрушения от изгиба далеко не достигают предела прочности при скалывании и расчетная проверка не требуется. Только при расчете очень коротких балок и больших сосредоточенных близ опор нагрузках такая проверка необходима.
Рис.10.
После прогиба стержня, нормальное усилие, растягивающее стержень будет создавать дополнительный момент противоположного знака и таким образом уменьшать основной момент.
Расчет внецентренно-растянутых элементов осуществляется по формуле:
Где – площадь сечения нетто, – расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента, для цельных элементов ; для составных элементов , – коэффициент, табл.16, зависит от числов слоев в элементе и его пролете. При определении ослабления сечений, расположенные на участке элемента длиной до 200 мм, принимают совмещенными в одном сечении.
На прочность при растяжении сильно влияют пороки древесины.
Врубкой называют соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или иных рабочих связей.
Основной областью применения врубок являются узловые соединения в брусчатых и и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса к растянутому нижнему.
Соединяемые врубкой элементы должны быть скреплены вспомогательными связями – болтами, хомутами, скобами и т.п. которые рассчитывают в основном на монтажные нагрузки.
Рис.11.
Узловые элементы из брусьев и круглого леса на лобовых врубках слеует выполнять с одним зубом. Рис.11.
Рабочая плоскость смятия во врубках должна располагаться перпендикулярно оси примыкающего сжатого элемента.
Длину плоскости скалывания лобовых врубок принимают не менее - высота сечения скалываемого элемента.
Глубина врубки , (в промежуточных узлах сквозных конструкций ). При этом в брусьях не менее 2 см, в круглых – 3 см.
Расчетное усилие, действующее на соединение, не должно превышать несущей способности соединений.
Лобовая врубка может утратить несущую способность при достижении одного из трех состояний:
Несущая способность врубки из условия разрыва растянутого элемента при правильном центрировании узла всегда обеспечивается с избыточным запасом прочности.
Расчетная несущая способность лобовых врубок принимается по формулам:
– расчетная площадь смятия, – расчетная площадь скалывания, расчетное сопротивление древесины смятию под углом α к направлению волокон, – расчетное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины.
– расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон, – расчетное сопротивление древесины смятию под углом 900 (поперек волокон), угол = углу между направлениями сминающего усилия и волокон сминаемого элемента.
Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление:
– расченое сопротивление скалыванию вдоль волокон, – расчетная длина плоскости скалывания, принимают не более 10, – плечо сил скалывания (=0,5h при нессиметричной врезке, =0,25h при симметричных врезках), – коэффициент схемы скалывания.
Цилиндрическими нагелями называют БОЛТЫ, шпильки, нагели, гвозди, шурупы и т.п., в соединениях, работающих на сдвиг. (По СП)
В учебнике нагель – гибкий стержень, который соединяет элементы деревянных конструкций и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб.
Работа болта (всех нагелей): силы, сдвигающие сплачиваемые элементы, стремятся опрокинуть нагель. Под действием этих сил нагель изгибается. Равновесие болта обеспечивается только продольными силами, параллельными направлению сдвига соединяемых элементов.
Болты устанавливают в предварительно рассверленные гнезда. Диаметр отверстия обычно равен диаметру болта (или меньше на 0,2-0,5 мм).
В растянутых элементах следует ставить только четное количество рядов нагелей. Это объясняется тем, что при нечетном числе рядов средний оказывается по оси доски в зоне наиболее возможного появления продольных трещин в результате усушки древесины.
Каждое пересечение нагеля с рабочим швом называется «срезом». Напряжения среза в нагеле не учитываются, поскольку срезать деревянным элементом нагель нельзя.
В зависимости от расположения срезов по отношению к осям действия сил различают симметричные и несимметричные соединения.
а) симметричные
б) несимметричные
Расчет нагельных соединений основан на том, что действующее на соединение усилие не должно превышатьб расчетной несущей способности.
Расчетная несущая способность болта на один шов сплачивания в соединениях элементов из сосны или ели определяют по таблице 20 СП.
При определении несущей способности нагелей в конструкциях из других пород, в различных условиях эксплуатации учитывают коэффициенты и др., см. вопрос 4:
- из условия смятия – умножают на коэффициенты;
- из условия изгиба – умножают на корень из этих коэффициентов.
Расчетную несущую способность болтов при направлении передваваемого усилия под углом к волокнам следует определять с умножением:
– коэффициент снижения расчетного усилия нагеля, зависит от угла α – угол между направлением силы и волокнами древесины (принимается по табл.21 СП).
Число болтов:
Где N – рсчетное усилие, Т – наименьшая расчетная несущая способность (из 3-х условий: условия смятия крайнего элемента; среднего элемента; изгиба болта), – число расчетных швов одного нагеля. В соединениях число нагеле должно быть не менее 2-х, исключения – нагели, устанавливаемые конструктивно.
При несимметричных соединениях см. табл.20 поз. 2.
Рис.20.
Для болтов (стальных нагелей):
При толщине пакета :
Для деревянных нагелей: Несущая способность нагеля из условия скалывания древесины зависит от растановки нагелей. Минимальные расстояния назначаются таким образом, чтобы несущая способность нагеля на скалывание превышала несущую способность нагеля на изгиб и смятию древесины нагельного гнезда.
Цилиндрическими нагелями называют болты, шпильки, нагели, ГВОЗДИ, шурупы и т.п., в соединениях, работающих на сдвиг.
Гвозди в соединениях сдвигаемых элементов работают как нагели. Их обычно забивают в древесину без предварительного просверливания, что обуславливает некоторые особенности их работы.
Исследования показали повышенную несущую способность гвоздей, вставленных в предварительно просверленные отверстия. Однако в этом случае гвозди принято называть тонкими (проволочными) нагелями и их расчет полностью совпадает с расчетом нагелей.
Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6 мм и поэтому их несущая способность не зависит от угла между направлением действия силы и направлением волокон. В связи с этим для гвоздей коэффициент уменьшения несущей способности не применяют при определении несущей способности (см. табл. 20 СП) (в др. нагельных соединениях применяют).
где – толщина крайних элементов, а также более тонких элементов односрезных соединений, - диаметр гвоздя.
Расчетная несущая способность нагеля на изгиб в двухсрезных несимметричных соединениях при неодинаковой толщине элементов определяют с учетом того, что толщина крайнего элемента
При несимметричных соединениях см. табл.20 поз. 2.
Выше формулы для пород сосна, ель. При определении несущей способности нагелей в конструкциях из других пород, в различных условиях эксплуатации учитывают коэффициенты и др., см. вопрос 4:
- из условия смятия – умножают на коэффициенты;
- из условия изгиба – умножают на корень из этих коэффициентов.
Выбирают из 3 T
При двух срезных соединениях (и более) определяют несущую способность по каждому срезу.
И несущая способность гвоздя определяется как сумма минимальных несущих способностей по обоим срезам: .
Количество гвоздей:
(на рис. a1, с, а2)
Рис.12. Определение расчетной длины защемления конца гвоздя
При определении расчетной длины защемления конца гвоздя не следует учитывать заострённую часть гвоздя длиной , кроме того, из длины гвоздя следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами.
Если расчетная длина защемления гвоздя получается , то его работу в примыкающем к нему шве учитывать не следует. (т.е. если
При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную длину последнего элемента следует уменьшать на , за счет отщепа нижнего слоя.
Диаметр гвоздя принимают не более 0,25 толщины пробиваемых элементов (
Заостренный конец гвоздя, проникая в древесину раздвигает ее волокна в стороны, в результате чего происходит уплотнение древесины около гвоздя, что увеличивает опасность раскалывания древесины. Уменьшить эту опасность можно относительно более редкой рассановкой забиваемых гвоздей по сравнению с нагелями.
Рис. 13
Расстояние между осями гвоздей:
- вдоль волокон:
- поперек волокон:
Недостатком гвоздевых соединений является заметная ползучесть при длительно действующих нагрузках
Для увеличения лотности соединения, особенно в случае прикрепления стальных накладок к деревянным элементаи, нашли применение особые гвозди с негладкой (профильной) поверхностью, забиваемые в древесину пневматическими молотками.
Разработал инженер Деревягин.
Для сплачивания двух или трех брусьев, составленных по высоте, применяют пластинчатые нагеля, вставленные в гнезда, прорезаемые цепнодолбежным станком.
Применение дубовых или березовых пластинчатых нагелей (пластинок) допускается для сплачивания брусьев в составных элементах со строительным подъемом, работающих на изгиб и на сжатие с изгибом.
Рис.14.
Размеры пластинок и гнезда для них, а также расстановку их в сплачиваемых элементах принимают по рисунку 14.
Направление волокон в пластинках должно быть перпендикулярно плоскости сплачивания элементов.
Сплачивание по высоте сечения более трех элементов, а также применение элементов, срощенных по длине, не допускается.
Расчетная несущая способность, кН дубового или березового пластинчатого нагеля с размерами по рисунку 14 ув соединениях элементов из сосны или ели определяют по формуле:
где – ширина пластинчатого нагеля, см, которую принимают равной ширине сплачиваемых элементов при сквозных пластинках и – при глухих.
В случае применения для сплачиваемых элементов других пород вводят поправочный коэффициент для скалывающих напряжений по таблице 5 СП.
Также в условиях повышенной влажности или температуры умножают на поправочные коэффициенты См. вопрос 4:
- из условия смятия – умножают на коэффициенты;
- из условия изгиба – умножают на корень из этих коэффициентов.
Число нагелей принимают на половине длины панели по формуле:
Где – максимальный изгибающий момент в балке, – статический момент брутто сдвигаемой части относительно оси, – момент инерции брутто всего сечения, – рассчетная несущая способность одного нагеля.
Из условия размещения нагелей на половине длины панели
Момент сопротивления цельного сечения: для составных – коэффициент для составного элемента на поддатливых соединениях (табл.16 СП).
Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения, не уступающую прочности древесины на скалывание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон. Соответствующую прочность клеевого шва на растяжение пока не удается получить, поэтому в растянутых стыках площадь склеиваемых поверхностей приходится увеличивать примерно в 10 раз косой срезкой торца на ус или на зубчатый шип. Где сжатие можно впритык.
При расчете конструкций клеевые соединения следует рассматривать как неподатливые соединения.
Клеевые соединения следжует использовать:
А)для стыкования отдельных слоев на зубчатом соединении
Рис.15
Б) для образования сплошного сечения (пакетов) путем сплачивания слоев по высоте и ширине сечения.
При этом по ширине пакета швы склеиваемых кромок в соседних слоях следует сдвигать не менее чем на толщину слоя по отношению друг к другу.
Рис.16
По длине пакета зубчатые шипы в соседних слоях следует сдвигать . При этом в одном сечении пакета не должно совпадать более 25% слоев с зубчатыми шипами, кроме крайних слоев растянутой зоны изгибаемых элементов, где допускается совпадение не более 2-х слоев.
Применение усового соединения допускается для фанер вдоль волокон наружных слоев.
Рис.17.
Толщина склеиваемых слоев в элементах В прямолинейных элементах можно 42 мм при условии устройства в них продольных компенсационных прорезей.
В клееных элементах из фанеры с древесиной не следует применять доски шириной более 100 мм при склеивании их с фанерой и более 150 мм – в примыканиях элементов под углом 300-450.
Чем суше и тоньше доски, тем меньше опасность образования в них трещин. Ограничения по влажности древесины 8-12%.
Виды клеев: казеиновые, фенольные, эпоксидные. Вид клея назначается по СП табл.2 в зависимости от температурно-влажностных условий (класс эксплуатации) и класса ответственности конструкций. Для лучшего склеивания поверхности должны быть хорошо остроганы.
Достоинства дощатоклееных балок:
Рис.17.1.
Рис.18.
Применение соединений на вклеенных стержнях из арматуры периодического профиля (А300-А600) диаметром 12-25 мм, работающих на выдергивание и продавливание, допускается в условиях эксплуатации конструкций при температуре окружающего воздуха
Предварительно очищенные и обезжиренные стержни вклеивают составами на основе эпоксидных смол в просверленные отверстия или в профрезерованные пазы. Диаметр отверстий или размер пазов следует принимать на 5 мм больше диаметра стержней.
Расчетную несущую способность стержня на выдергивание или продавливание вдоль и поперек волокон в растянутых и сжатых стыках элементов деревянных конструкций из сосны и ели определяют:
– диаметр отверстия, м; – длина заделываемой части стержня, которую следует принимать по расчету, но – расчетное сопротивление древесины скалыванию, – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня,
Расстояние между осями вклеенных стержней, работающих на выдергивание или продавливание не менее до наружных граней
??? НАДО?? Соединение на вклеенных стальных нагелях.
Расчетную несущую способность на сдвиг , вклеенного в древесину цилиндрического нагеля из стальной арматуры периодического профиля на один шов соединения элементов из сосны или ели при глубине заделки следует определять по таблице 23 СП с учетом коэффициентов, приведенных ниже. При определении несущей способности нагелей в конструкциях из других пород, в различных условиях эксплуатации учитывают коэффициенты и др., см. вопрос 4:
- из условия смятия – умножают на коэффициенты;
- из условия изгиба – умножают на корень из этих коэффициентов.
Например для симметричного и несимметричного соединения для арматуры А300 несущая способность на изгиб нагеля
Рис.19.
Расстояние между осями вклееных нагелй при их расстановке: вдоль волокон поперек волокон , и . При шахматной растановке нагелей минимальные расстояния: .
Настилы являются несущими элементами ограждающих деревянных покрытий. На их изготовление расходуется до 70% объёма древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий. Поэтому проектирование рациональных конструкций настилов во многом определяет экономическую эффективность покрытий в целом.
Настилы из досок применяют в покрытиях в виде сплошной конструкции или обрешетки под кровли различных типов.
Конструкция: (См. рис. VI.2. – VI.4. в учебнике стр. 217)
Защитный настил образует сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50 см.
Настилы и обрешетки рассчитывают по двум предельным состояниям на прочность и прогиб.
Настилы и обрешетки под кровлю следует рассчитывать на следующие сочетания нагрузок:
1) постоянная (собственный вес) и временная от снега (расчет на прочность и прогиб);
2) постоянная (собственный вес) и временная от сосредоточенной нагрузки =1 кН, с учетом коэффициента перегрузки и учетом коэффициента условия работы (расчет только на прочность).
При двойном перекрестном настиле рассчитывают на изгиб только рабочий настил и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются защитным настилом. Сосредоточенный груз распределяется на ширину 50 см рабочего настила при двойном настиле.
Соединительные гвозди слоев настила в большинстве случаев работают с большими запасами прочности.
Расчетные схемы
Расчет на прочность:
При первом сочетании , при втором где – расчетная сосредоточенная нагрузка, приходящаяся на 1 м ширины настила при наличии косого защитного настила, когда нагрузка передается на ширину настила, равную 0,5 м.
В курсовом определяли по первому и второму сочетанию нагрузок и от него находили требуемый , который должен быть меньше принятого момента сопротивления принятой конструкции рабочего настила:
Расчет на прогиб:
Значения максимальных прогибов должны быть не больше указанных в табл. 19 СП).
Прогоны рассчитывают по двум предельным состояниям на прочность и прогиб.
Прогоны покрытий цельного сечения выполняют из досок на ребро, брусьев и бревен, окантованных с обеих сторон.
Разрезные прогоны более просты в изготовлении и монтаже, но требуют больших затрат древесины. Они стыкуются на опорах впритых на накладках или вразбежку. В консольно-балочных и неразрезных прогонах стыки устраиваются в пролете.
Рассмотрим конструкцию спаренных неразрезных прогонов (как в курсовом).
Они состоят издвух рядов досок, поставленных на ребро и соединенных гвоздями, забиваемыми конструктивно с шагом 50 см.
Рис.21.
По длине доски соединяют так: концы досок одного ряда прибивают гвоздями к доске другого ряда, не имеющего в данном месте стыка.
Стыки досок устраиваются на расстоянии от опор . В точках, где изгибающий момент в неразрезных балках, загруженных равномерно распределённой нагрузкой по всех их длине, меняет знак.
Если стыки расположить на расстоянии , то будет так называемое ранопрогибное решение прогона, при котором максимальные прогибы во всех пролетах, кроме крайних будут одинаковы. При уменьшении крайних пролетов до прогибы в этих пролетах будут равны прогибам в остальных пролетах.
В консольно-балочных прогонах равномоментное решение.
Тогда моменты и прогибы будут следующими (при расстоянии от опор :
Если все пролеты равны (как в курсовом), то М на первой опоре , а прогиб в крайнем пролете .
Расчет:
(от кровли, настила, утеплителя и т.п., от собственного веса прогона) – это постоянная + снеговая=полная нагрузка.
Момент считаем от полной нагрузки.
Значения максимальных прогибов должны быть не больше указанных в табл. 19 СП).
Гвоздевой стык рассчитывается на восприятие поперечной силы.
Количество гвоздей с каждой стороны стыка определяется исходя из того, что поперечная сила, приходящаяся на один ряд досок в то же время , откуда
Где – растояние от опоры до центра гвоздевого забоя, учитывая что каждый гвоздь воспринимает равное усилие .
Клеефанерные панели покрытия.
Панели покрытия состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок, соединенных с каркасом водостойким клеем в одно целое, и образующих коробчатое сечение.
Для их изготовления применяют фанеру повышенной водостойкости, а для конструктивной, не защищённой от увлажнения – бакелизированную фанеру.
Панели обладают малой массой при высокой несущей способности, что обеспечивается совмещением в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций как поясов панелей, так и настила, который воспринимает местную нагрузку.
Панели являются жесткой коробчатой конструкцией, которая состоит из дощатых ребер толщиной после острожки 33 или 43 мм и фанерных обшивок толщиной При необходимости ребра можно делать клееными.
Рис.22.
В качестве утеплителей применяют несгораемые и биостойкие материалы – пенопласт, стекломаты. При изготовлении панели на верхнюю обшивку наклеивают один слой рубероида, образующее кровельное покрытие, второй и третий слои рубероида приклеивают после установки панелей на место.
Клеефанерными панелями перекрывают пролеты от 3 до 6 м, а если их ребра клееные – более 6 м. Высота панели 1/30…1/40 пролета.
Волокна наружных шпонов фанеры должны быть направлены вдоль оси панели, т.к. при этом создается возможность стыковать фанерные листы по длине на ус, и лучше использовать прочность фанеры.
Расчет:
Клеефанерные конструкции расчитываются с учетом различных модулей упругости древесины и фанеры по приведенным геометрическим характеристикам, причем приводят к тому материалу, в котором находят напряжения:
- момент инерции, приведенный к фанере:
Статический момент и площадь аналогично.
Момент сопротивления:
где – коэффициент продольного изгиба:
При
При
– коэффициент, учитывающий ослабление сечения стыком «на ус», при отсутствие стыка
где – статический момент обшивки относительно оси панели, – ширина ребра.
где – приведенный статический момент половины сечения относительно нейтральной оси.
Количество продольных ребер определяют по условию расчета на изгиб поперек волокон наружных шпонов верхней фанерной обшивки при действии сосредоточенной расчетной нагрузки 1000 Н с коэффициентом перегрузки 1,2. При этом считается, что действие сосредоточенной нагрузки распределяется на ширину 100 см.
Расчетная схема (как балка с защемлёнными концами (т.к. учитываем сопротивление повороту в опорных сечениях верхней обшивки со стороны ребер)).
Рис.23.
Максимальный момент .
Изгибные напряжения в верхней обшивке поперек волокон наружных шпонов фанеры:
Если прировнять, то получаем расстояние между осями ребер:
Балки бывают постоянной высоты, бывают двускатными. Прямоугольного, таврового и двутаврового сечения.
Достоинства дощатоклееных балок:
1)Работают как монолитные конструкции;
2) Можно изготавливать с большой высотой сечения;
3) В балках длиной > 6,5 м стыковое соединение вдоль пролета производится вразбежку с помощью зубчатого стыка, при этом нет ослабления сечения;
4) Позволяют рационально разместить доски различного качества по высоте и по длине. Слои из досок первого и второго сортов укладывают в наиболее напряженные зоны балки, третий сорт – в менее напряженные места.
5) Возможно использование маломерных пиломатериалов.
Рис.17.1.
Надежность балок зависит от качества склейки и тщательного соблюдения процесса изготовления. Это возможно только в заводских условиях с необходимым оборудованием при качественной сушке пиломатериалов.
Для пролетов 6-24 м используют балки, склеиваемые из досок плашмя. Высота балок . Ширина балок берут минимальной и определяют из условия опирания панелей покрытия и обеспечения монтажной жесткиости. Уклон верхних граней двускатных балок принимается i=1/2,5…1/10.
Виды клеев: казеиновые, фенольные, эпоксидные. Вид клея назначается по СП табл.2 в зависимости от температурно-влажностных условий (класс эксплуатации) и класса ответственности конструкций. Для лучшего склеивания поверхности должны быть хорошо остроганы.
Чем суше и тоньше доски, тем меньше опасность образования в них трещин. Ограничения по влажности древесины 8-12%.
По длине доски соединяются зубчатым стыком перпендикулярно пласти.
Рис .24.
Расчет:
Где – коэффициент условия работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения (по таблице 9 СП),
При
– коэффициент, учитывающий толщину слоев, зависит от толщины доски (табл.10 СП)
При
В двускатных балках при равномерно распределнной нагрузке сечение с максимальным нормальным напряжением не совпадает с положением максимального момента. Это сечение находится от опоры на расстоянии:
Где – макисмальный изгибающий момент на рассматриваемом участке , – максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваемом участке .
Коэффициент для балок шарнирно закрепленных от смещения из плоскости изгиба и закрепленный от поворота вокруг оси:
Где – расчетный пролет - расстояние между опорными сечениями балок, b – ширина поперечного сечения, h – максимальная высота поперечного сечения на рассматриваемом участке – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке
Скалывающие напряжения проверяют в сечении с максимальной поперечной силой по обычной формуле:
где – расчетная поперечная сила (максимальная), – статический момент брутто сдвигаемой части сечения элемента относительно нейтральной оси, – момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси, – расчетная ширина сечения, – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.
Наибольший прогиб определяют по формуле:
где – прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига, h –наибольшая высота сечения, – пролет балки, k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, = 1 для балок постоянного сечения, с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы. K и c – в приложении Е, табл. Е.3. в СП.
При равномерно распределенной нагрузке:
Предельные прогибы не должны превышать установленных СП табл.19 в зависимости от вида конструкций.
Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов
Рис.25
Поперечное сечение такой балки может быть двутавровым или коробчатым. Клеефвнерные балки могут быть постоянной высоты, двусктными, и с криволинейным верхним поясом.
Так как в клеефанерных балках пояса удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эффективно.
Если волокна рубашки расположны перпедикулярно оси балки, то стенка работает только на касательные напряжения .
Если же волокна рубашки расположены вдоль оси балки, стенка работает на и напряжения (нормальные и касательные). При таком расположении модуль упругости фанеры примерно на 50% больше, чем при поперечном расположении, что определяет лучшее использование фанеры на сжатие и растяжение при изгибе на ребро.
Кроме того продольное расположение позволяет стыковать фанеру «на ус».
При поперечном расположении стыки можно выполнять только используя накладки, что менее надежно ( к тому же накладки перекрывают стык стенки лишь в чистоте между поясами и, таким образом, уменьшается момент инерции сечения в стыке).
Основным преимуществом балок с криволинейным верхним поясом по сравнению с двускатными является то, что они не имеют стыка в коньке и поэтому могутбыть выполнены полностью безметальными, что делает их пригодными к применению в помещениях с агрессивной средой (для химических производств).
Наличие тонкой стенки требует специальных мер, для ее закрепления от потреи устойчивости. Это можно обеспечить двумя способами: А) Постановкой дощатых ребер жесткости, Б) устройством волнистой стенки.
Клеефанерные балки, также как панели покрытия расчитываются с учетом различных модулей упругости древесины и фанеры по приведенным геометрическим характеристикам, причем приводят к тому материалу, в котором находят напряжения:
- момент инерции, приведенный к фанере:
К древесине
Статический момент и площадь аналогично.
Момент сопротивления:
Клеефанерные балки бывают: с плоской фанерной стенкой, с волнистой стенкой,
Пролет L=12…18 м. Высота сечения
Для придания волнистости стенке на копировальном станке в досках пояса выбирают криволинейные пазы клиновидного сечения, в которые на клею вставляют фанерную стенку.
Рис.26.
Пролет L=12м. Высота сечения . Отношения ширины к высоте пояса: . Отношение высоты волны к ее длине: .
Расчет балок с плоской фанерной стенкой.
Расчет клеефванерной балки производят с учетом работы стенки на нормальные напряжения. Но надо иметь ввиду, что основная доля нормальных напряжений воспринимается поясами, поэтому при определении напряжений надо сравнивать их с расчетными сопротивлениями древесины растяжению и сжатию, а не изгибу как в обычных балках.
где – приведенный к материалу поясов (древесине) момент сопротивления, - коэффициент продольного изгиба для пояса из плоскости изгиба.
В двускатных клеефанерных балках, аналогично дощатоклееным при равномерно распределнной нагрузке сечение с максимальным нормальным напряжением не совпадает с положением максимального момента. Это сечение находится от опоры на расстоянии:
где – расчетная поперечная сила (максимальная), , – приведенные статический момент и момент инерции балки (к фанере приводим), – суммарная толщина фанерных стенок, – расчетное сопротивление фанеры срезу.
Наибольший прогиб определяют по формуле:
где – прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига, h –наибольшая высота сечения, – пролет балки, k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, = 1 для балок постоянного сечения, с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы. K и c – в приложении Е, табл. Е.3. в СП.
При равномерно распределенной нагрузке:
Предельные прогибы не должны превышать установленных СП табл.19 в зависимости от вида конструкций.
Расчет балок с волнистой стенкой:
Предпосылки:
А) Волнистая стенка не воспринимает нормальные напряжения, так как при изгибе балки она способна складываться или распрямляться, т.е. обладает податливостью.
Б) Из-за податливости волнистой стенки полки балки упруго сдвигаются друг относительно друга.
В) Поэтому балку с волнистой стенкой рассчитываем как составную балку на податливых связях. Роль связей играет волнистая стенка.
– коэффициент, учитывающий податливость волнистой стенки, уменьшающий несущую способность:
Где В – коэффициент податливости:
– статический момент пояса (полки) относительно нейтральной оси, – модуль упругости древесины полки, L - пролет балки, – толщина фанерной стенки, – модуль сдвига фанеры.
Где – глубина паза, – расчетное сопротивление скалыванию фанеры.
– коэффициент, учитывающий податливость волнистой стенки, уменьшающий жесткость балки:
– расчетное сопротивление фанеры срезу, – коэффициент устойчивости волнистой стенки (зависит от гибкости стенки).
Ферма – стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой после условной замены ее жестких узлов шарнирными. Фермы относятся к классу сквозных конструкций, в которых пояса соеденены между собой решеткой, состоящих из отдельных стержней – раскосов и стоек. Фермы применяют, когда балки сплошного сечения оказываются экономически невыгодными. Применение решетки уменьшает расход материала, но увеличивает трудоемкость, так как появляются узлы – места соединения решетки с поясами.
Фермы построечного изготоавления (на врубках и в которых верхние пояса из брусьев на пластинчатых нагелях – наиболее простые фермы) лучше применять там, где трудный доступ (нет дорог).
Рис. 27.
Шаг дощатых ферм в малоэтажном строительстве 0,5-2 м, шаг брусчатых и металлодеревянных ферм в покрытиях зданий 2-6 м.
В верхнем поясе ферм, выполненном из прямолинейных элементов от действия внеузловой поперечной нагрузки, возникают значительные изгибающие моменты. Чтобы уменьшить сечение верхнего пояса, стремятся снизить действующие в них изгибающие моменты, создавая разгружающий момент обратного знака (который не должен превышать 25% балочного момента) с помощью приложения сжимающей нормальной силы с эксцентриситетом.
Конструктивно это создается смещением площадок смятия в узлах на величину эксцентриситета относительно геометрической оси элемента. Эксцентриситет обеспечивается прорезью глубиной h=2e.
Рис. 28.
Эксцентриситет определяют из условия равенства момента в пролете от нагрузки в панели верхнего пояса и момента от эксцентриситета е:
При этом эксцентриситет не должен превышать ¼ высоты сечения пояса (так как иначе возможно разрушение от скалывания в узлах опирания верхнего пояса).
Верхний пояс ( как в курсаче) рассчитывается как сжато-изогибаемый стержень на продольное усилие Q и местную поперечную нагрузку q (в нее входят вес кровли, 2/3 веса фермы, снеговая нагрузка
Где – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме (СП, п.6.17. примечания).
- При симметричном нагружении и для консольных элементов:
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
– изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продрльной силы, - коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины и =2500 для фанеры.
В большинстве цельных изгибаемых элементов напряжение скалывание к моменту их разрушения от изгиба далеко не достигают предела прочности при скалывании и расчетная проверка не требуется.
(Вдруг понадобится) Расчет изгибаемых элементов на прочность по скалыванию определяется по формуле:
где – расчетная поперечная сила (максимальная), – статический момент брутто сдвигаемой части сечения элемента относительно нейтральной оси, – момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси, – расчетная ширина сечения, – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.
где – максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке , – максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваем участке , n =2 – для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования и n=1 если есть закрепления.
Коэффициент для изгибаемых элементов прямоугольного сечения, шарнирно закрепленных от поворота вокруг продольной оси в опорных сечениях определяют по формуле:
где – расстояние между опорными сечениями элемента (опорами), b – ширина поперечного сечения, h – высота сечения, – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке , определяется по табл. Е2 прил. Е в СП.
- коэффициент продольного изгиба:
,
А=3000 для древесины и =2500 для фанеры.
Гибкость элементов цельного сечения определяют по:
Фермы на лобовых врубках – один из самых старых и надежных типов деревянных конструкций построечного изготовления. Применяется в строительстве с/х и временных зданий и сооружений.
Основная форма ферм на лобовых врубках – треугольная ( L= 9-20 м, ).
Чтобы обеспечить работу раскосов только на сжатие применяют решетку с нисходящими раскосами и растянутыми стойками-тяжами. Верхний и нижний пояса и раскосы выполняют из брусьев или бревен, стойки – из круглой стали.
Рис.29.
Стыки верхнего пояса ферм осуществляют лобовым упором и перекрывают парными накладками на болтах.
Опорные узлы осуществляются лобовым упором на металлических натяжных хомутах или тяжах, передающих усилие от вкладыша, в который упирается верхний пояс, на накладки, соединенные с нижним поясом нагелями из круглой стали и болтов. Подобное решение полностью исключает работу на сдвиг со скалыванием древесины нижнего пояса в опорном узле фермы.
Рис.31.
Коньковый узел выполняют простым лобовым упором и перекрывают парными деревянными накладками на болтах и нагелях.
Раскосы ферм соединяют с поясами на лобовых врубках с одним зубом и дополнительно крепят болтами или скобами.
Исключение составляет средний узел нижнего пояса, где сходятся два раскоса. Данные раскосы либо вводят в промежуток между парными накладками растянутого стыка нижнего пояса и крепят к ним болтами, либо упирают в специально предназначенную для этих целей бобышку со скошенными торцами. Введение такой бобышки позволяет уменьшить ослабление нижнего пояса врезками.
Нижние пояса ферм пролетом до 12 м имеют один стык в середине фермы, перекрытый парными накладками на болтах, а у ферм пролетом свыше 12 м устраиваются либо такие же раздельные стыки в местах перелома нижнего пояса для образования строительного подъема, либо устраивают раздвинутый стык (с накладками большей длины).
Высота накладок равна высоте пояса, а толщина = 0,5 толщины нижнего пояса. При выполнении стыков болты располагают в два ряда, чтоб не попасть в трещины.
Для снижения напряжений в ослабленных врубками сечениях поясов ферм из брусьев, центрирование в опорных и промежуточных узлах производят по центру ослабленного сечения пояса. Центрирование поясов из бревен осуществляется по осям поясов, так как ослабление врубкой бревен приводит к незначительному смещению оси ослабленного сечения по отношению к оси бревна.
ТОЧно НЕ НАДО!!!! Конструктивный расчет ферм на лобовых врубках:
После определения усилиц в элементах следует:
- опредление площади сечения верхнего и нижнего поясов в опорной панели с учетом ослаблений сечений врубками;
- конструируетсмяи рассчитывается опорный узел;
- проверяется сечение верхнего пояса: при узловой нагрузке – по формулам для центрально-сжатых элементов, при внеузловой – сжато-изогнутых;
- конструируется и рассчитывается коньковый узел (лобовой упор с деревянными накладками), промежуточные узлы (как лобовые врубки с одним зубом), стыки нижнего пояса, подбирают сечение стоек-тяжей, рассчитываются шайбы под тяжи, а также вкладыши и накладки;
- проверяют элемены фермы на монтажные усилия во время подъема, назначается величина строительного подъема.
Рассмотрим ферму, как в курсовом проекте: пятиугольную металлодеревянную ферму с составным верхним поясом.
Применение составных балок из брусьев на пластинчатых нагелях для верхних поясов дает возможность увеличить длину панели до 6,5 м и следовательно значительно сократить число узлов.
Ввиду значительной работы верхнего пояса на сжатие и в особенности на поперечный изгиб от внеузловой нагрузки в целях разгрузки верхнего пояса предусмотрено создание разгружающих моментов обратного знака путем эксцентричного опирания брусьев в опорных и промежуточных узлах. Стыки брусьев перекрываются деревянными накладками на болтах.
Нижний пояс делают металлическим из профильной стали.
Решение узлов в многоугольных фермах во много аналогично решению узлов в сегментных клееных фермах (см.вопр.24).
Раскосы и стойки решетки имеют на конце вверху металлические швелера-наконечники, прикрепленные болтами к деревянному элементу и выполненные из уголков (здесь не полосовая сталь, так как необходимо обеспечить устойчивость на изгиб из плоскости решетки).
Верхний пояс опирается на стойкую, через горизонтальный лист и упирается в швеллер через вертикальную пластинку. С двух сторон приделывают фасонки, скрепленные с верхним поясом и стойкой на болтах, и к ним привариваются уголки нисходящего раскоса.
Усилия от одного элемента пояса на другой передается лобовым упором. В узле создается эксцентриситет при помощи прорези глубиной = 2e.
Стык пояса перекрывается с двух сторон накладками на болтах.
Усилие от стойки передается на верхний пояс через подбалку, которая работает на смятие над торцом стойки.
Стык стойки с поясом перекрывают парными накладками на болтах.
Узел скреплен фасонкой. К фасонке привариваются нисходящий раскос и элемент нижнего пояса (справа) из уголов.
Усилие от восходящего сжатого раскоса передаются на стальную вертикальную диафрагму узла (пластинку).
(Нижний пояс справа из бруса упирается также в вертикальную плстинку???)
Стойка опирается на горизонтальную диафрагму (плстинку). Горизонтальную пластинку поддерживает вертикальное ребро.
Соединение двух полуферм на строительной площадке выполняется парными деревянными накладками и металлическими фланцами (2 штуки) на болтах.
Эксцентриситет обеспечивается продольной прорезью.
Раскосы крепятся через наконечники из швеллеров к стальным фланцам на сварке. Чтобы сжимающие усилия передались с раскоса на наконечники делают распорку из швеллера.
Для уменьшения провисания нижнего пояса в узле предусмотрена подвеска.
5. Опорный узел
Ферма передает давление на колонны через обвязочные брусья, выполняющие назначение горизонтальных распорок связей жесткости между колоннами.
Стойка упирается в обвязочный брус через горизонтальную пластинку (которая на болтах крепится к обвязочному брусу). Нижний пояс из бруса упирается в стойку через вертикальную пластинку.
Стойка и нижней пояс скреплены фасонками на болтах.
Обвязочный брус крепится к колонне на болтах через уголки.
Сегментные фермы экономичнее треугольных по расходу материала, так как верхний пояс очерчен по дуге окружности, близкой к эпюре давлений при равномерно распределенной нагрузке по всему пролету, что резко снижает изгибающие моменты в поясе и усилия в раскосах.
Пролеты назначаются L=12-36 м, Отношение высоты фермы к пролету .
Сегментные фермы отличаются небольшой массой, малым числом монтажных элементов, простотой узловых соединений. В сегментных фермах не рекомендуется устраивать различные надстройки, световые фонари, подвесные потолки, так как это значительно усложняет конструкцию ферм.
В практике строительства в покрытиях нашли применения два типа сегментных ферм:
- металлодеревянные сегментные фермы с клееным верхним поясом и прямолинейным нижнем поясом из профильной или круглой стали,
- фермы из брусков и досок на гвоздях.
Рассмотрим далее первый вариант.
Верхний пояс рекомендуется изготавливать неразрезным на весь пролет, однако в некоторых случаях это невозможно осуществить по условиям транспортирования или заводской технологии. Тогда верхний пояс может быть изготовлен разрезным, состоящим из двух или нескольких отдельных блоков, соединяемых в узлах.
При разрезном верхнем поясе все панели одинаковой длины, при неразрезном – крайние = 0,7 длины средних панелей.
Верхний пояс – пакет, склееный из досок плашмя. Поясам сегментных ферм придают строительный подъем =1/200 пролета.
Элементы решетки выполняют либо из бруса, либо из клеёной древесины.
В сегментных фермах применяется треугольная решетка, что облегчает конструкцию узлов, так как в узлах сходится не более двух элементов, которые центрируются в этих узлах.
Конструкция узлов верхнего пояса различны при разрезном и неразрезном поясе.
Рис.32. - разрезной
В обоих случаях к концам раскосов прикрепляются на болтах металлические пластинки – наконечники, имеющие в свободном конце отверстие для узлового болта.
При разрезном верхнем поясе в его стыке помещают металлический вкладыш, зажатый между сходящимися в узле торцами элементов верхнего пояса. 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. Стык верхнего пояса перекрывается деревянными накладками на болтах.
Узел разрезного верхнего пояса может не иметь металлического вкладыша, тогда торцы панелей верхнего пояса упираются один в другой.
Между панелями верхнего пояса и парными накладками в специально сделанных в накладках пазах помещают наконечники раскосов, выполненные из полосовой стали. Наконечники крепятся к верхнему поясу и к парным накладкам узловым болтом.
Под одну из пластинок-наконечников делается стальная подкладка, той же толщины, что и сама пластинка, благодаря чему пересекающиеся в узле пластинки оказываются расположены в разных плоскостях.
Рис. 33 - неразрезной
При неразрезном верхнем поясе конструкция его узлов несколько меняется. Узловой болт проходит через через отверстие в верхнем поясе и в металлических пластинках – накладках, прикрепленных к верхнему поясу с обеих сторон в месте узла с помощью стальных нагелей.
Как и при разрезном поясе усилия от раскосов передаются пластинками наконечниками на узловой болт, от него на металлические пластинки и далее на верхний пояс.
Нижний пояс выполняется из двух уголков, имеющих прямолинейное очертание, но при сборке ферм для создания строительного подъема ему придают небольшую кривизну.
Из возможных вариантов решения промежуточных узлов нижнего пояса наиболее предпочтителен вариант с применением узловой шпильки, в котором наилучшем образом создается шарнирность в узле, а также обеспечивается удобство сборки.
Сверху к профильным элементам нижнего пояса приваривается узловая шпилька с резьбой по обоим концам для крепления пластинок-наконечников раскосов.
Рис.34.
Опорный узел ферм решается преимущественно в «открытом» варианте, когда боковые пластинки в меньшей степени закрывабт верхний пояс. Торец верхнего пояса упирается в упорную пластику, выполняемую обычно из швеллера, который вваривается между боовыми пластинками. Уголки нижнего пояса приваривают к боковым пластинкам опорного узла изнутри – для уменьшения ширины фермы.
Рис.35.
Расчет.
Считаем на два загружения:
Криволинейный верхний пояс заменяют прямолинейным, т.е. соединяют узлы верхнего пояса прямыми линиями – хордами.
Верхний пояс рассчитывают как внецентренно-сжатый (сжато-изгибаемый) стержень (вследствие его криво линейности и расположения нагрузки между узлами).
Расчет на прочность производят по формуле:
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
- коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины и =2500 для фанеры.
Расчетный изгибающий момент M в панели верхнего пояса вычисляют как сумму моментов от поперечной нагрузки и момента от продольной силы, возникающего за счет выгиба панели.
При разрезном верхнем поясе:
– изгибающий момент по балочной схеме при равномерно распределенной нагрузки, – проекция панели между центрами узлов.
– стрела подъема (выгиба, кривизны) панели
R – радиус кривизны верхнего пояса
– пролет фермы, f –высота фермы между осями поясов.
Рис.36.
При неразрезном верхнем поясе расчетные изгибающие моменты в пролете и на опорах определяют как для неразрезной многопролетной балки с равными пролетами по приближенным формулам, которые есть в справочниках.
Металлический нижний пояс проверяют на растяжение по площади нетто, т.е. с учетом ослаблений от отверстий для узловых болтов. При расположении узлового болта с эксцентриситетом относительно оси нижнего пояса, нижний пояс проверяют на внецентренное растяжение с учетом нагрузки от собственного веса.
Сжатые раскосы рассчитывают на продольный изгиб с расчетной длиной = длине раскоса между узлами; растянутые – на растяжение с учетом имеющихся ослаблений.
Металлические пластинки наконечники рассчитывают на продольный изгиб (на растяжение по ослабленному сечению и на устойчивость из плоскости). Их расчетную длину принимают от узлового болта до ближайшего болта в пластинке. Для уменьшения продольного изгиба планок их стягивают дополнительным болтом, который ставят вне раскоса.
Решетчатые стойки применяются в составе рам для приданию зданию поперечной устойчивости и жесткости, а также в конструкциях торцевых стен.
Решетчатые стойки состоят из из двух ветвей, каждая из которых крепится к фундаменту анкерными болтами.
Стойки воспринимают вертикальные нагрузки (вес кровли, снег и кранов) и горизонтальные (ветровая и от сил торможения крановой тележки) нагрузки.
В капитальных зданиях обычно применяют решетчатые стойки с паралельными поясами или при наличии мостового крана ступенчатого очертания с размещением их внутри здания. Ранее применялись решетчатые стойки треугольного очертания снаружи здания.
.
Вверху стойки шарнирно соединяются с фермами или балками покрытия (в результате чего вертикальная нагрузка, изгибающая ригель, не вызывает в стойках изгибающих моментов). Фермы (балки) покрытия устанавливают на опорные брусья и закрепляют с боков накладками или уголками на болтах. К фундаментам стойки крепятся жестко при помощи конструкций, состоящих из анкерных болтов, траверс и прокладок.
В зданиях с мостовыми кранами нижняя часть стоек состоит из двух или трех ветвей и решетки, соединяющей крайние ветви стойки. Надкрановая часть стойки состоит из одной ветви, которая является продолжением нижней ветви и вместе с ней образует сквозную шатровую ветвь.
В промежуточных стойках над крановая часть может также выполняться в виде самостоятельной качающейся стойки, которая опирается на траверсу решетчатой части. Такие стойки по расходу древесины на 20% экономичнее, чем сквозные шатровые стойки. Однако они сложнее при монтаже.
Такие стойки целесообразно применять тогда, когда высота их в 1,5…2 раза больше высоты крайних стоек (например при уклоне кровли 1:5). В этом случае поперечная жесткость рамы при работе на ветровую нагрузку мало зависит от схемы закрепления ветви промежуточной стойки, и поэтому могут применяться обе конструктивные схемы.
Размеры решетчатых стоек. (определяются соотношением между пролетом здания и пролетом мостового крана, а также жесткостью поперечной рамы).
Из условия жесткости рекомендуется применять отношение – расстояния между осями ветвей в основании стойки к - высоте подкрановой части ветви – для стоек с параллельными поясами и – для контрфорсов треугольного очертания.
Подкрановые ветви стоек обычно располагают по оси подкрановых путей.
Ветви стоек состоят из одного или двух бревен или брусьев 200-240 мм и раздвинутых на толщину решетки (100…120 мм). Ветви соединяются между собой брусками решетки (шириной 150 мм). Угол наклона решетки к горизонту .
Соединяются ветви с решеткой на болтах диаметром 20…25 мм. Расстояние между болтами по длине ветви рекомендуется назначать не более 7 толщин бревен. В этом случае при расчете гибкость ветви принимаем равной .
В случае трехветвевой нижней части стойки раскосы не крепятся к шатровой ветви. Вертикальная нагрузка от покрытия предается этой ветвью непосредственно на фундамент.
Стыки наружных ветвей крайних стоек располагают в любой панели решетчатой части, кроме верхней. В сквозной шатровой ветви промежуточных стоек в целях более жесткого защемления ветви стык следует располагать в пределах нижней половины решетчатой части стоек.
Продольная жесткость каркаса здания (действуют нагрузки от ветра и торможения крана) обеспечивается установкой между крайними колоннами (и в середине температурного блока) по длине здания вертикальных крестовых связей в виде раскосов из круглой стали с деревянными распорками.
Основные положения:
Расчет стоек:
3.1) Расчет надкрановой части
3.1.1) расчет на прочность как внецентренно сжатого стержня:
где – изгибающий момент, определяемый по деформированной схеме
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
– изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продрльной силы, - коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины.
3.1.2) Расчет на устойчивость:
При отношении напряжений от изгиба к напряжению от сжатия производят проверку на устойчивость по формуле центрального сжатия относительно оси у-у:
Относительно оси x-x такую проверку не делают в виду явного запаса прочности.
3.2) Расчет подкрановой части
3.2.1) Определение продольных сжимающих усилий в ветвях стойки
3.2.2) Проверка устойчивости:
Проверка на устойчивость из плоскости такая же, только N – усилия в нижней границе опасной зоны (от основания ¼ высоты подкрановой части).
4.1) Определяются усилия;
4.2) рассчитываются элементы крепления решетки к ветвям (болты, их количество, через несущую способность болта (на смятие крайнего элемента или изгиба болта).
5) Расчет фундаментных болтов
Требуемое сечение
Клееные деревянные арки применяются при строительстве большепролетных общественных испортивных зданий, производственных и складских зданий с химически агрессивной средой.
По конструктивной схеме арки делят на трех- и двухшарнирные.
По очертанию оси: круговые, стрельчатые, параболического, треугольного и т.д. сечения.
По способу восприятия распора: непосредственно жб фундаментами, несущими конструкциями здания, стальной затяжкой.
Рассмотрим трехшарнирные арки.
Пролеты арок 18…60 м и более (при наличии затяжек обычно не более 24 м).
Шаг арок 3; 4,5; 6 м.
Наиболее распространены арки кругового и стрельчатого очертания.
Толщину слоев для удобства их гнутья применят: . R –радиус кривизны.
Рассмотрим круговые арки.
Геометрическая схема.
Рис.37.
Радиус кривизны арки: .
Угол наклона опорного радиуса к горизонту:
Центральный угол дуги полуарки: .
Длина дуги всей арки: .
Координаты характерных точек: – назначается, .
Схемы приложения нагрузки:
Рис.38
Снеговые нагрузки учитываются от угла арки .
Рассмотрим конструкцию узлов.
Если пролет арок меньше 18 м (в лекциях 30 м), то узлы арки выполняются лобовым упором. При пролете больше 18 м – узлы в виде шарниров.
Рис.41.
Коньковый узел перекрывается парными деревянными или стальными накладками на болтах. Толщина деревянных накладок = половине ширины сечения арки. Толщина стальных – 10…20 мм. Длина накладок зависит от диаметра, шага расстановки болтов и их количества.
Рис.40.
Опорный узел тоже лобовым упором с парными стальными накладками при пролетах до 18 м.
Расчет арок ведётся как для сжато-изгибаемого стрежня в сечении с максимальным изгибающим моментом и соответствующей ему нормальной силой:
– коэффициент условия работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения (по таблице 9 СП), – коэффициент, учитывающий толщину слоев, зависит от толщины доски (табл.10 СП), – наверное учитывает изгиб?
Где – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме (СП, п.6.17. примечания).
- При несимметричном нагруженние:
– изгибающие моменты от симметричной и кососимметричной составляющих нагрузок, – коэффициенты, определяемые по формуле выше при величине гибкости, соответствующей симметричной и кососимметричной формам продольного изгиба.
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
- коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины и =2500 для фанеры.
Расчетная длина трехшарнирной арки при расчете на прочность и устойчивость при симметричной и несимметричной нагрузках принимается S- полная длина дуги арки.
n =2 – для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования и n=1 если есть закрепления.
Коэффициент для изгибаемых элементов прямоугольного сечения, шарнирно закрепленных от поворота вокруг продольной оси в опорных сечениях определяют по формуле:
где – расстояние между опорными сечениями элемента (опорами), b – ширина поперечного сечения, h – высота сечения, – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке , определяется по табл. Е2 прил. Е в СП.
- коэффициент продольного изгиба:
,
А=3000 для древесины и =2500 для фанеры.
Гибкость элементов цельного сечения определяют по:
– изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме (СП, п.6.17. примечания).
- При симметричном нагружении и для консольных элементов:
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
– изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продрльной силы, - коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины.
- При несимметричном нагруженние:
– изгибающие моменты от симметричной и кососимметричной составляющих нагрузок, – коэффициенты, определяемые по формуле выше при величине гибкости, соответствующей симметричной и кососимметричной формам продольного изгиба.
где – расчетная поперечная сила (максимальная) в арке, – статический момент, – момент инерции, –ширина арки, – расчетное сопротивление скалыванию для клееных элементов.
Рамные конструкции отличаются от арочных своим ломанным очертанием, которое сильно влияет на распределение изгибающих моментов в пролете. При таком очертании в жестком карнизном узле возникают большие моменты. В результате при загружении рамы по всему пролету угловые моменты сильно увеличиваются, что ограничивает длину пролетов 18-30 м.
Достоинства трехшарнирных рам:
- хорошо работают на горизонтальные нагрузки,
- геометрическая изменяемость и поперечная устойчивость рам обеспечивается без жесткого защимления стоек в фундаменте,
- в рамах по сравнению с арками проще устройство ограждающих конструкций.
Недостатки: появление значительных изгибающих моментов в карнизных узлах.
Рамы бывают:
1. 2.
Шаг рам 3; 4,5; 6 м. Ширина сечения рам b=140…210 мм.
Высота поперечного сечения рам в карнизном узле В коньковом , в опрном сечении .
Выполняет трехшарнирным, что облегчает их изготовление, транспортирование и монтаж.
Криволинейность карнизных узлов достигается выгибом досок по окружности при изготовлении рам. Радиус кривизны 2-4 м. Толщина слоев 16-25 мм.
Такие рамы более трудоемки, чем арки и требуют больше древесины и клея.
Рамы работают на сжатие и поперечный изгиб. В связи с переменностью высоты сечения расчет на прочность проводят в различных местах рамы по длине (как для сжато-изогнутых стержней):
– изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме (СП, п.6.17. примечания).
- При симметричном нагружении и для консольных элементов:
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
– изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продрльной силы, - коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины.
– коэффициент условия работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения (по таблице 9 СП), – коэффициент, учитывающий толщину слоев, зависит от толщины доски (табл.10 СП), – наверное учитывает изгиб?
– коэффициент, учитывающий криволинейность эпюры напряжений по внутренней сжатой кромке.
Рис.42.
2) Дощатоклееные из прямолиненых элементов (типа РДП):
Более технологичны, чем гнутые рамы, так как на заводе собирают и склеивают отдельно ригель и стойку каждой полурамы. Угол наклона ригеля от 0 до 45 градусов.
Толщина слоев = 32 мм.
Соединение стойки с рамой на зубчатый шип.
Расчет производят на прочность и устойчивость плоской формы деформирования с учетом ослабления сечения зубчатым шипом и криволинейность эпюры напряжений:
По внутренней сжатой кромке:
– коэффициент технологического ослабления сечения, - коэффициент, учитывающий криволинейность эпюры напряжений, – расчетное сопротивление древесины смятию под углом α
По наружной растянутой кромке:
- безмерный коэффициент, – расчетное сопротивление древесины растяжению под углом α.
Фанеру, (как и у клеефанерной балки) лучше располагать так, чтобы воллокна рубашки были паралельны оси рамы. Карнизный узл решают с применением стальных накладок или с помощью специальных гнутоклееных фанерных вставок, являющихся закругленным продолжением прямолинейных поясов ригеля и стойки. Гнутоклееные фанерные вставки соединяются с поясами рамы зубчатым шипом. Стыки располагаются в разбежку.
В клеефанерных рамах проверяют фанерную стенку на главные напряжения:
Где и - нормальные и касательные напряжения в стенке на уровне кромки сжатого пояса.
Кружальные сетчатые своды (КСС) – пространственные конструкции, состоящие из отдельных, поставленных на ребро стандартных элементов – косяков. Косяки идут по двум пересекающимся направлениям и образуют ломанные винтовые линии.
КСС в поперечном сечении имеют снаружи круговое или правильное многоугольное очертание. В первом случае верхняя грань косяков имеет близкое к круговому очертанию, во втором – ломанное.
Распор покрытий воспринимается либо металлическими затяжками, дибо непосредственно опорами.
Область применения КСС: легкие покрытия летних театров, ангары, склады, рынки, выставочные залы.
Достоинства КСС:
Недостатки КСС: требуется высокая точность изготовления косяков (допуск ).
В зависимости от способа узлового соединения различают два варианта КСС:
Оба варианта выполняют либо из косяков цельного сечения (пролет КСС , либо из клеефанерных косяков (пролеты до 80 м).
В КСС любой системы имеется 3 вида узлов:
Рис.46.
Геометрические параметры цельных косяков: толщина косяка высота косяка длина
Для обеспечения жесткости свода высота косяка по середине
C – расстояние между узлами косяков – шаг косяков =1…2 м.
При этом набегающие косяки примыкают к сквозному в середине его длины с некоторым смещением .
Основные размеры косяков как и в системах Песельникова.
Косяки имеют на концах имеют круглые отверстия, размер которых = диаметр болта + 4 мм (диаметр болтов 12…16 мм), а посередине косяка – овальное отверстие того же диаметра. Длина овального отверстия обеспечивает постановку болта под нужным углом.
Рис.47.
Расчет КСС:
КСС предстваляет собой сложную многократно неопределимую пространственно-стержгневую систему, точный расчет очень сложен, поэтому рассчитывают ее приближенным способом, который заключается в следующем:
Расчетный изгибающий момент в косяке
– коэффициент, учитывающий разгружающее действие фронтона, зависит от отношения длины здания B к длине дуги поперечного сечения свода S.
- угол между косяком и образующей свода.
Продольная сила, возникающая в условной арке передаётся обеим косякам.
Расчетная продольная сила в таком косяке
Нормальные напряжения в одном косяке проверяют по формуле:
- коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации оси условной арки.
– продольная сжимающая сила в ключевом шарнире условной арки.
F, W – площадки и момент инерции косяка в середине его длины.
- коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины.
- для двухшарнирных сводов при симметричной нагрузке.
Ребристые купола – конструкция купольных покрытий, состоящая из отдельных криво- или прямолинейных ребер, опирающиеся в верхние и нижние кольца или фундаменты.
Рис.49.
Ограждающая часть покрытия, уложенная по верхним граням ребер, образует поверхность купола. Покрытие состоит из дощатых настилов или настила по кольцевым прогонам, клеефанерных панелей.
Ребра изготавливают из клееной древесины. Ширина поперечного сечения ребер 140…300 мм, высота Диаметр купола 30… 100 м. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу 3…6 м.
Ребра воспринимают сжимающие усилия в оболочке и передают их на верхнее и нижнее кольца. На опорные кольца передаются продольные и поперечные силв. От действия этих усилий нижнее кольцо работает на растяжение, верхнее на сжатие. Нижнее кольцо делают железобетонным, верхнее – металлическим.
Крепление ребер купола к кольцам осуществляется классическими шарнирами по тип узлов клееных деревянных арок (см.вопрос 27 рис.41).
Для обеспечения устойчивости ребер из плоскости, а также общей жесткости купола устраивается система связей. Количество пар ребер, соединенных связями, принимается не менее трех.
В ребристо-кольцевых куполах в общую работу включены непрерывные кольцевые прогоны, которые пересекают ребра и работают не только на местный изгиб, но и воспринимают растягивающие кольцевые усилия, являясь ярусными затяжками.
Рис.50.
Сечение такого купола в плоскости кольцевых прогонов не имеют свободных горизонтальных перемещений.
Высота поперечного сечения ребер благодаря участию в общей работе купола кольцевых прогонов уменьшается
Ребра с кольцевыми прогонами соединяют шарнирно.
Прогоны изготавливают из клееной древесины, но могут быть клеефванерными.
Расчет куполов: ведется на собственный вес конструкции, снеговую нагрузку, на технологическую нагрузку от массы подвесного оборудования. И для высоких куполов – на ветровую нагрузку. Высоким считается купол, когда .
Для пологих куполов ветровая нагрузка не входит в расчет, так как ветровая напор создает на поверхности купола отсос, который разгружает купол.
Приближенная методика расчета куполов практически не отличается от расчета плоских трехшарнирных арок.
Суть этого метода состоит в в разделении пространственной системы на отдельные плоские арки (каждая из которых воспринимает нагрузку с приходящейся на нее треугольной грузовой площади) и введением ряда допущений:
- две полуарки, прерванные верхним кружальным кольцом условно рассматриваются как единая арка с шарниром в коньке;
- при расчете на несимметричные нагрузки упругий отпор арок, расположенных под углом к рассматриваемой арке, не учитывается;
- при отношении ветровая нагрузка может не учитываться.
Нижнее жб кольцо рассчитывается по нормам и правилам для железобетонных конструкций, верхнее – для стальных конструкций.
Расчет ребристо-кольцевых куполов также только в арке условные затяжки-кольца.
Основные типы подкосных систем, применяемых в строительстве:
- треугольно-подкосная без затяжки,
- треугольно-подкосная с затяжкой,
- с треугольно-подкосной фермой,
- ригельно-подкосная,
- трапецеидально-подкосная (с подбалкой),
-трапецеидально-подкосные без подбалки.
трапециедально-подкосные без подбалки
Пролеты в таких системах 4-9 м. Наибольшее применение в промышленном строительстве имеют трапецеидально-подкосные системы без подбалок.
Подкосные системы выполняют из бревен или брусьев и применяются в виде каркасов (рамных конструкций) для одно- и многопролетных зданий – складов, платформ, навесов и т.п.
Подкосы в таких конструкциях в средних пролетах, работая на сжатие, примыкают к стойкам на лобовых врубках со скреплением в узлах скобами. В крайних пролетах раскосы при воздействии односторонней нагрузки – снега и горизонтальной ветровой нагрузки – могут работать и на растяжение. Поэтому узловые скрепления их с прогонами и стойками выполняются на накладках и болтах.
Концы стоек в опорах закрепляются на каменных или бетонных фундаментах или частично защемляются при помощи заглубленных в грунт железобетонных коротышей, прикрепленных выше уровня земли к концам стоек болтами (древесина защищяется гидроизоляцией).
Стойки всех подкосных систем должны передавать горизонтальные ветовые нагрузки и при отсутствии затяжек воспринимать распор, поэтому они должны быть защимлены в фундаментах.
Эти конструкции рассчитываются приближенными методами, при помощи которых определяют расчетные моменты и нормальные силы при воздействии вертикальных нагузок q (от собственного веса и снега) и горизонтальных p (ветровых).
Рассмотрим схему
Прогон - ;
Крайние стойки - ;
Средняя стойка - ;
Подкосы - ; .
h – полная высота крайней стоки, – ее высота до момента примыкания подкоса.
Расчетные нормальные (сжимающие) усилия в стойках для всех любых схем подкосной системы:
Расчетная ветровая нагрузка W, приложенная в левом и правом узлах, учитывается только при расчете стоек по изгибающему моменту
где – для крайних стоек
для средних (и промежуточных) стоек
где – число средних (и промежуточных стоек).
По величинам изгбающих моментов и нормальных сил можно произвести подбор сечений для всех элементов конструкций. Расчет всех стоек в своей плоскости производится как для сжато-изогнутых стрежней по длине в предположении, что нижний участок стойки является консолью, упруго защимленной в месте примыкания подкосов к стойке. Из плоскости системы стойки рассчитывают на продольный изгиб длиной .
Все работы по изготовлению таких конструкций, в особенности для многопролетных покрытий (так как там много повторяющихся элементов), должны производиться по шаблонам с наибольшим применением механизации, для обеспечения качества сооружения и высоких темпов строительства.
Сборка таких конструкций производится в горизонтальном положении с последующим кантованием при упоре концов стоек в фундаменты.
Кружальная система арок была известна во второй половине 16 века (арка Делорма). Она состоит из двух и более слоев досок, соединенных по пласти деревянными нагелями, гвоздями и болтами со стыками вразбежку против середины косяка смежного слоя.
Очертание арки для получения косяков стандартных размеров принимается круговой. Длина косяка во избежание поперечного разрыва назначается . При круговом очертании концы косяка опиливают по радиусу арки и плотно приторцовывают в сопрягаемых швах.
Ширина доски косяка – 22 см. Пролет кружальных арок 12-18 м, при стреле подъема .
Шаг арок из-за малой несущей способности и большой деформативности.
Применение кружальных арок не рекомендуется. Однако такие арки имеют применение в качестве кружал при возведении жб и каменных конструкций сводов и арок, а также для покрытия временных зданий и сооружений. Принцип кружальной системы используется для создания подвесных потолков с криволинейной поверхностью (имитации каменных и жб сводов) с обшивкой их досками со штукатуркой по проволочной сетке.
Проверка напряжений в кружальных арках производится, как для сжато-изогнутых элементов:
где - коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента
– изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продрльной силы, - коэффициент продольного изгиба, определяется
,
А=3000 для древесины.
Расчетная длина арок принимается при симметричноц нагрузке для двухшарнирных арок кругового очертания при стрельчатом и для трехшарнирных , где S –длина кривизны оси арки.
При несимметричной нагрузке .
Гибкость арки опредеояется без учета податливости
Необходимое число гвоздей с каждой стороны стыка косяка определяется из условия равновесия:
где – расстояние между центрами группы гвоздей, – расчетная несущая способность одного гвоздя на один срез, - коэффициент, учитывающий влияние нормальной силы N.
Каждый косяк рассматривается как балка, нагруженная в середине разрывающими усилиями. Поэтому чем больше величина «a», тем меньше будут усилия , разрывающие косяк.