22213

Плоские сквозные конструкции. Фермы - основные виды и расчет

Лекция

Архитектура, проектирование и строительство

Фермы основные виды и расчет Сквозными несущими деревянными конструкциями называются такие в которых пояса соединены друг с другом не сплошной стенкой из досок или фанеры как в плоских сплошных конструкциях а решеткой состоящей из отдельных стержней раскосов и стоек. Сквозные конструкции бывают: 1 балочные фермы; 2 распорные арки и рамы; 3 решетчатые стойки. Фермы применяют как правило в статически определимых схемах в отношении как опорных закреплений так и решения решетки. В зависимости от конструктивных особенностей...

Русский

2013-08-04

552 KB

71 чел.

Лекция №10

Плоские сквозные конструкции. Фермы - основные виды и расчет

Сквозными несущими деревянными конструкциями называются такие, в которых пояса соединены друг с другом не сплошной стенкой из досок или фанеры (как в плоских сплошных конструкциях), а решеткой, состоящей из отдельных стержней – раскосов и стоек.

Применение решетки вместо сплошной стенки уменьшает расход материала на конструкцию, особенно при больших пролетах. В то же время сквозные конструкции имеют большое количество узлов в местах соединения решетки с поясами, что значительно усложняет изготовление таких конструкций. Поэтому выбор типа конструкций - сплошной или сквозной производится на основе технико-экономических данных с учетом назначения помещения.

Сквозные конструкции бывают:

1) балочные ( фермы);

2) распорные (арки и рамы);

3) решетчатые стойки.

    ферма

   сквозная арка

      рама с подкосами

 

       решетчатая стойка

О сквозных распорных конструкциях и о решетчатых стойках говорилось  в предыдущих лекциях .Сегодня мы займемся изучением основного вида сквозных конструкций - ферм. Фермы применяют, как правило, в статически определимых схемах в отношении как опорных закреплений, так и решения решетки.

В зависимости от конструктивных особенностей, связанных с методом изготовления, фермы подразделяют на фермы заводского (из клееных элементов) и построечного изготовления (из цельных элементов)

Наибольшее распространение в строительстве получили фермы заводского изготовления. К ним относятся металлодеревянные фермы, верхний пояс и сжатые стержни решетки которых выполнены из клееной древесины, а нижний пояс и растянутые стержни решетки  - из стали.

Преимущества клееной древесины позволяют применять в случае необходимости, например, в условиях агрессивных сред, не только стальной, но и деревянный нижний пояс.

По очертанию фермы подразделяются на:

  1.  Треугольные;
  2.  Трапециевидные;
  3.  Многоугольные (чаще пятиугольные);
  4.  Сегментные.

Рисунок 1 – Треугольная металлодеревянная ферма

Рисунок 2 – Пятиугольная металлодеревянная ферма

Рисунок 3 – Сегментная металлодеревянная ферма

С целью уменьшения величины изгибающего момента передача сжимающего усилия в узлах верхнего пояса из прямолинейных элементов осуществляется с эксцентриситетом, как в арках. Первую панель нижнего пояса, в котором отсутствуют усилия, может быть деревянной, а опорный нисходящий раскос, воспринимающий большое растягивающее усилие - стальным, как и среднюю панель нижнего пояса. Трапециевидная односкатная ферма имеет аналогичное конструктивное решение.

Могут применяться так же фермы с параллельными поясами.

Треугольные клееные фермы могут иметь верхний пояс из двух клееных панелей разной длины, более длинной и мощной является первая от опоры панель. Из клееной древесины выполняются также два раскоса. Нижний пояс и растянутый тяж принимаются стальными. Панели верхнего пояса в узлах стыкуют с эксцентриситетом.

Сегментные клееные фермы компонуются с таким расчетом, чтобы дуга верхнего пояса была из криволинейных элементов одинаковой длинны. Все узлы, включая узлы верхнего пояса, центрируют по осям элементов. Верхний пояс такой фермы может быть разрезным или неразрезным. Благодаря криволинейному очертанию верхнего пояса создается обратный выгиб по отношению к оси изгиба пояса под действием внешней нагрузки, поэтому эта ферма имеет мало нагруженную решетку, что упрощает конструкцию ее элементов и узлов.

К фермам построечного изготовления относятся фермы, элементы которых выполнены из цельных не клееных бревен, брусьев или досок с узловыми соединениями на нагелях (болтах, гвоздях) или на лобовых врубках. Растянутые элементы решетки и нижний пояс фермы часто  делается стальными.

По очертанию фермы построечного изготовления могут быть треугольными и многоугольными.

Фермы из центральных элементов со стальным нижним поясом при треугольном очертании позволяет просто организовывать плоскую скатную кровлю. В этих фермах верхний пояс и раскосы делают из брусьев, а центральную растянутую стойку - из круглой стали.

При многоугольном очертании, приближающемся к очертанию эпюры моментов в простой балке, усилия в панелях верхнего пояса мало меняются от эпюры к середине пролета и в элементах решетки возникают небольшие усилия. Это дает возможность создавать как верхний пояс, так и элементы решетки из древесины и только нижний растянутый пояс делается из профильной стали.

Недостатком такой фермы является небольшое число узлов.

Фермы на лобовых врубках имеют треугольное или пятиугольное очертание.

Схема решетки в этих фермах такова, что деревянные раскосы оказываются сжатыми, а металлические стойки - растянутыми. Это позволяет крепить сжатые раскосы к поясам с помощью лобовых врубок, воспринимающих только сжимающие усилия а растянутые стоики (тяжи) делать из круглой стали. Тяжи на одном конце снабжены резьбой и гайкой, что обеспечивает возможность уплотнения узлов при сборке.

В пятиугольных фермах вблизи середины пролета при односторонней снеговой нагрузке раскосы могут получать растягивающие усилия и выключаться из работы.

Для сохранения геометрической неизменяемости решетку фермы снабжают дополнительными компенсирующими нисходящими раскосами.

Рисунок 4 – Пятиугольная ферма из брусьев или бревен на лобовых врубках.

Расчет ферм.

Порядок расчета ферм такой же, как и порядок расчета плоских несущих деревянных конструкций:

  1.  статический расчет;
  2.  подбор сечения элементов фермы;
  3.  расчет узлов.

Расчету ферм предшествует сбор нагрузок. Нагрузки, действующие на ферму, складываются из постоянных (от собственной массы фермы и ограждающих конструкций покрытия) и временной (чаще всего только от снега).

Статический расчет фермы сводится к определению усилий от внешних нагрузок в элементах фермы. Для всех стержней определяется значение продольной силы N, а для верхнего пояса еще и изгибающий момент  M.

Определение усилий в стержнях можно производить графически или аналитически. При этом в схемах сегментных ферм криволинейные оси панелей верхнего пояса на участках между соседними узлами заменяют хордами, стягивающими эти дуги.

Усилия определяют отдельно:

1) для случая загружения снеговой равномерно распределенной нагрузкой на половине пролета;

2) для случая загружения снеговой нагрузкой на всем пролете;

3) для случая загружения постоянной нагрузкой (собственный вес фермы и вес ограждающих конструкций покрытия) на всем пролете фермы.

Целесообразно сначала определить усилие от единичной нагрузки, а затем, умножив на величины фактических нагрузок, получить истинное значения усилий в стержнях.

При вычислении усилий в средних раскосах учитывают два случая: когда раскос сжат и когда растянут.

Расчетные усилия в стержнях определяются при следующих двух комбинациях нагрузок:

1) Равномерно распределенная постоянная нагрузка на всем пролете, временная (снег) - на половине пролета фермы.

2) Равномерно распределенная постоянная и временная нагрузки на всем пролете фермы.

Подбор сечений элементов фермы.

Ширина сечения элементов фермы определяется по предельному значению гибкости. Для элементов ферм установлены следующие предельные значения гибкостей (λпр):

- для верхнего пояса  λпр=120 ;

- для элементов решетки  λпр=150 ;

- для нижнего пояса из стали λпр=400.

Ширину сечения верхнего пояса и элементов решетки целесообразно назначать по значению радиуса инерции.

  , где l – расчетная длина стержня фермы

Высоту сечения верхнего пояса определяют, пользуясь приближенной формулой для момента сопротивления:

Момент сопротивления с другой стороны равен:

Отсюда по известным b и W находят h.

После подбора сечений элементов фермы, выполняют проверку их прочности.

Сжатые элементы ферм проверяют на устойчивость по формуле:

φ – коэффициент продольного изгиба, принимаемый по СНиП;

RС  – расчетное сопротивление древесины сжатию.

Растянутые деревянные элементы проверяют на прочность по формуле:

стальные по формуле:

где m – коэффициент условия работы (если пояс состоит из двух элементов, то m=0,85).

В случае, когда верхний пояс нагружен межузловой нагрузкой, его проверяют, как сжато – изогнутый элемент  на прочность по формуле:

Изгибающий момент M, вызванный наличием межузловой равномерно распределенной нагрузки, определяется по балочным формулам:

Значение изгибающего момента Mq может быть уменьшено за счет разгружающего момента Mn, создаваемого путем эксцентричного приложения продольной сжимающей силы  N.

Суммарный изгибающий момент в середине пролета l, в этом случае вычисляется по формуле

M=Mq-Mn, где Mn=N·e

В сегментных фермах эксцентриситет силы N получается за счет кривизны оси панели верхнего пояса.

Продольная сила, направленная по хорде дуги создает разгружающий изгибающий момент

Mn=N·f0

Значение f0 можно вычислить по формуле:

l0 - длина хорды;

r0 – радиус дуги, по которой очерчен верхний пояс.

Для неразрезного верхнего пояса  изгибающие моменты в крайней от опоры панели будут равны:

- в середине пролета         

- на опоре                          

Прогибы ферм при соблюдении требований по отношению стрелы подъема и длины пролета (f\l) не проверяют, так как эти соотношения обеспечивают требуемую жесткость ферм.

Для предотвращения нежелательных последствий, вызванных перемещениями узлов и прогибов нижнего пояса, возникающих все же в процессе эксплуатации, фермы проектируют со строительным подъемом ().  При вычислении усилий строительный подъем не принимают во внимание.

Расчет и конструирование узлов ферм.

Опорные узлы ферм из дощатоклееных элементов, осуществляют путем упора крайней панели верхнего пояса в стальной опорный башмак, к которому приварены стальные элементы нижнего пояса.

Опорный узел проверяется на смятие по площадке смятия Fсм по формуле:

Стальная опорная диафрагма рассчитывается на изгиб.

Узлы верхнего пояса.

Средний коньковый узел треугольной фермы решается в виде наклонного лобового упора, перекрытого деревянными или металлическими накладками на болтах.

Растянутая стойка в виде стального тяжа с нарезкой на конце пропускается через отверстие, проходящее через центр узла, и закрепляется гайкой на шайбе.

 

Расчетом этого узла проверяется напряжение смятия под углом  к волокнам в лобовом упоре и на смятие под углом α2 под шайбой стойки. Поперечная сила в узле воспринимается накладкой с болтами.

Узлы верхнего пояса сегментных ферм решается с помощью стальных накладок – наконечников, соединенных с раскосами болтами и прикрепленных к болту, проходящему через центр узла.

Центровой  болт рассчитывают на восприятие равнодействующей силы от продольных сил в раскосах.

Расчетом также определяется количество болтов в наконечниках и напряжение смятия торцов верхнего пояса. Промежуточные узлы примыкания стоек и раскосов к верхнему поясу решаются аналогичным образом.

Узлы нижнего пояса металлодеревянных ферм выполняются с помощью двух фасонок, приваренных к поясу. К фасонкам болтами крепятся деревянные раскосы.

Болты рассчитываются на максимальные усилия в раскосах.

Узлы ферм из цельных элементов на лобовых врубках решаются и рассчитываются по правилам конструирования и расчета соединений на врубках (на смятие и скалывание).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33924. Использование показателей вариации в анализе взаимосвязей социально-экономических явлений 15.36 KB
  Эмпирическое корреляционное отношение характеризует тесноту связи; рассчитывается как корень квадратный из эмпирического коэффициента детерминации Оба показателя находятся в пределах от 0 до 1 при этом чем ближе показатели к 1 тем связь между изучаемыми признаками теснее. Для оценки тесноты связи с помощью корреляционного отношения можно воспользоваться шкалой Чеддока: 0103связь слабая 0305связь умеренная 0507связь заметная 0709связь тесная 09099связь весьма тесная.
33925. Теоретические основы выборочного наблюдения 12.04 KB
  Теоретические основы выборочного наблюдения. Выборочное наблюдение относится к несплошному виду наблюдения. Преимущества выборочного наблюдения: экономия средств оперативность получения результатов возможность расширения программы наблюдения возможность проверки качества продукции которая при этом уничтожается высокая достоверность результатов. Совокупность которая получилась в результате отбора единиц для наблюдения наз.
33926. Простая случайная выборка 12.98 KB
  Простая случайная выборка отбор единиц из генеральной совокупности путем случайного отбора но при условии вероятности выбора любой единицы из генеральной совокупности.возвращается в генер. не возвращается в генеральную совокупность. Характеристика генер.
33927. Понятие и виды рядов динамики. Требования к рядам динамики 13.07 KB
  Понятие и виды рядов динамики. Требования к рядам динамики. Ряд динамики ряд стат. Ряд динамики характеризуют 2 элемента: показатель времени t и уровни ряда y числовая характеристика изучаемого явления.
33929. Методы прогнозирования разновидность математических методов прогнозирования, позволяющих построить динамические ряды на перспективу 12.01 KB
  Методы прогнозирования разновидность математических методов прогнозирования позволяющих построить динамические ряды на перспективу. Статистические методы прогнозирования охватывают разработку изучение и применение современных математикостатистических методов прогнозирования на основе объективных данных в том числе непараметрических методов наименьших квадратов с оцениванием точности прогноза адаптивных методов методов авторегрессии и других; развитие теории и практики вероятностностатистического моделирования экспертных методов...
33930. Индексы 13.21 KB
  За базу сравнения могут приниматься плановые показатели если необходимо использовать индексы как показатели выполнения плана По степени охвата элементов явления индексы делят на индивидуальные и общие сводные. Индивидуальные индексы i это индексы которые характеризуют изменение только одного элемента совокупности. Если индексы охватывают только часть явления то их называют групповыми. В зависимости от способа изучения общие индексы могут быть построены или как агрегатные от лат.
33931. Индивидуальные индексы 11.05 KB
  Индивидуальные индексы характеризуют изменения отдельных единиц элементов статистической совокупности.Для определения индекса надо произвести сопоставление не менее двух величин отражающих изменения индексируемого показателя признака. Например при изучении изменения физического объема продукции в качестве индексируемой величины выступают данные об объеме количестве продукции в натуральных измерениях; при изучении изменения цен индексируемой величиной является цена единицы товара и т.
33932. Агрегатные индексы 18.04 KB
  Агрегатные индексы Агрегатный индекс общий индекс полученный путем сопоставления итогов выражающих величину сложного явления в отчетном и базисном периодах при помощи соизмерителей. Веса среднего арифметического и среднего гармонического индексов должны определяться исходя из соблюдения условия этого тождества. При исчислении среднего арифметического индекса объема продукции должно выполняться следующее условие: iFf=q1p0q0p0 В векторной символике средний арифметический индекс объема будет иметь вид: Jq=ip0q0p0q0=HqP0Q0 где Нq вектор...