Проверка прочности рабочего настила

Расчет изгибаемых элементов на прочность по нормальным напряжениям следует производить по формуле:

где  – расчетное сопротивление древесины изгибу для элементов прямоугольного сечения шириной от 0,11 до 0,13 м при высоте сечения от 0,11 до 0,5м для сосны II сорта (табл. 6.4);  – коэффициент условий работы, учитывающий условия эксплуатации и продолжительность действия нагрузок (табл. 6.3);  – частный коэффициент надежности по назначению; Проверка жесткостиПроверка жесткости рабочего настила производится только для нагрузок в стадии эксплуатации:

43. Прогоны, их виды. Конструкция, расчет.Прогоны: - консольно-балочные; - спаренные неразрезные

Прогоны рассчитывают на изгиб от действия только нормальной составляющей нагрузки от настила, определяемой с учетом шага прогонов , если настил, как, например, двойной перекрестный, воспринимает скатные составляющие, и может при этом иметь любое, в том числе дощатое, сечение. Если такой настил отсутствует, прогоны работают и рассчитываются на косой изгиб от нормальной и скатной составляющих нагрузки  и изготовляются из брусьев или бревен, в которых косого изгиба не возникает.

Спаренные многопролетные прогоны располагаются поперек скатов крыши и опираются на основные несущие конструкции покрытия и поперечные стены, к которым крепятся так же, как однопролетные прогоны. Спаренный прогон состоит из двух рядов досок, соединенных гвоздями.

 

Спаренный неразрезной прогон:

а — общий вид; б — деталь стыка; в — расчетная схема; 1 — доски; 2 — гвозди

Продольные стыки соседних досок располагаются вразбежку на расстоянии 0,2 длины пролета от опор, где значения изгибающих моментов близки к нулю. В стыке прямо обрезанные концы соединяемых досок прибивают к соседней сплошной доске расчетными гвоздями. Между стыками доски соединяют конструктивными гвоздями через каждые 0,5 м. Крайние пролеты, где изгибающие моменты больше, усиливают третьей доской. Такие прогоны рекомендуется применять только в сочетании с настилами, воспринимающими скатные составляющие нагрузки и закрепляющими прогон от косого изгиба, при котором требуются доски значительной толщины и большое количество гвоздей. Эти прогоны требуют меньшего расхода древесины, чем однопролетные, но их изготовление более трудоемко.

Расчет спаренного прогона производят по схеме многопролетной неразрезной балки на нормальную составляющую нагрузки. Максимальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опорами— над второй опорой момент равен и над промежуточными . Сечение на второй опоре, усиленное третьей доской, как правило, работает с достаточным запасом прочности.

Гвоздевые соединения стыков рассчитываются на действующие в них поперечные силы Q в стыкуемых досках, определяемые в зависимости от величины опорного момента М и расстояния от опоры до ближайшей группы гвоздей Хгв из выражения Q=M/2хгв

В некоторых случаях имеется возможность сократить длину первых пролетов прогона до 0,8l, уменьшив крайний шаг основных несущих конструкций. При этом изгибающие моменты на всех промежуточных опорах и прогибы всех пролетов могут считаться одинаковыми. Отпадает необходимость усиления прогона в первых пролетах и максимальные прогибы уменьшаются в 2,5 раза.

Консольно-балочные прогоны представляют собой продольные ряды брусьев или бревен со встречным расположением стыков за пределами опор. При этом более длинные брусья образуют в промежуточных пролетах две консоли, а в крайних — одну, на которые опираются более короткие брусья при помощи косого прируба, стянутого болтом. Такие прогоны применяют в покрытиях при шаге основных несущих конструкций не более 4,5 м, допускающем использование лесоматериалов стандартной длины.

 

55.Трёхшарнирные рамы из прямолинейных элементов (клеедощатые, решётчатые). Конструкция, принцип расчёта. Узлы рам.

Трехшарнирные клееные деревянные рамы, также как и арки, относятся к распорным конструкциям, и применяются для однопролетных зданий с двускатным покрытием. Рама состоит из двух полурам, стыкованных меж­ду собой в коньковом узле. Полурама состоит из стойки и ригеля. При изго­товлении полурам из прямолинейных элементов стойка и ригель должны стыковаться в карнизном узле. Распор, как правило, воспринимается фундаментами. Прямолинейные рамы имеют прямоугольное сечение, постоянное по ширине и переменное по высоте. Максимальная вы­сота сечения в карнизной зоне полурамы.

 

Соединяют стойки и ригели в карнизном узле разными способами в зависимости от условий изготовления рам. Наиболее широко распро­странено соединение по биссектрисе карнизного узла с помощью зубчатого стыка (см. рис. а), осу­ществляемого фрезерованием го­товых эле­ментов стоек и ригелей и последующим склеиванием их в заводских условиях.

Ригели со стойками можно соединять с помощью болтов, распола­гаемых в узле по окружности.

При конструктивном расчете рам из прямо­ли­нейных элементов размеры поперечных сечений ригелей и стоек принимают по формуле

,

 принявk = 3...3.2. Опреде­ляют геометрические характеристики рассматриваемых сечений и про­веряют прочность и устойчивость рамы в ее плос­кости в биссектрисном сечении:

для сжатой и растянутой зоны вдоль оси под углом α к волокнам

для сжатия вдоль осиу под углом

гибкость — исходя из расчетной длины полурамы, измеряемой по осевой линии;

; — соответственно расчетные сопро­тив­ления древесины смятию (под углами α и β к во­ло­кнам) и изгибу,

В опорном сечении проверяют касательные напряжения по формуле , вместо подставляя .

 – расчётное сопротивление скалыванию материала.

Коньковый узел решается лобовым упором с за­креплением его деревянными накладками на бол­тах, которые рассчитывают количество которых необходимо рассчитать. В опорном узле проверя­ют торец стойки на смятие вдоль ее во­локон от дей­ствия вертикальной опорной реакции и боковую поверхность на смятие поперек волокон дре­ве­сины стойки на дей­ствие распора. Так же рас­считывают на изгиб опорную горизонтальную и упорную вертикальную стальные пластины, на­гру­женные напряжениями смя­тия опорных ре­акций, сварные швы и анкерные болты.

 

56.Трехшарнирные гнутоклееные рамы. Конструкция, принцип расчета, узлы рам.

В таких рамах для образования карнизного узла доски выгибаются, образуя плавный переход от ригеля к стойке. Таким образом, жесткий узел здесь выполняется цельноклееным. Сечение рамы делают прямоугольным, а высоту сечения – переменной по длине, что достигается уменьшением числа досок в пакете вовнутренней стороны рамы.

Рамы рассчитывают на сжатие с изгибом. В связи с переменностью высоты поперечного сечения нормальные напряжения следует проверять в различных местах по длине рамы.

Расчет прочности криволинейных участков гнутоклееных дощатых рам следует выполнять по формулам

а) на сжатой кромке

   

б) на растянутой кромке

Устойчивость плоской формы деформирования трехшарнирных рам, закрепленных по внешнему контуру, допускается проверять по формуле.

где — площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента.

Wsup          — максимальный момент сопротивления брутто.

n = 2 — для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования.

kс               — коэффициент продольного изгиба.

 

57.Трёхшарнирные двухконсольные рамы (клеедощатые, решётчатые). Конструкция, принцип расчёта. Узлы рам.

Расчет дощатоклееных рам проводится по тем же принципам, что и расчет всех стр. кон-ий, т.е. состоит из след.ос­новных этапов:

- статический расчет,

- подбор поперечных сечений,

- расчет и конструирование узлов.

Статический расчет сводится к определению основных усилий в ра­мах M,Q,N и H, которое осуществляется методами строймеханики. Расчетная схема строится обычно по геометрической оси рамы. При опреде­лении усилий относительно геометрической оси конструкции задаются ори­ентировочными размерами поперечных сечений. Исходя из опыта проекти­рования рам, ориентировочная высота поперечного сечения рамы hmaxв ме­сте действия максимального изгибающего момента принимается равной 1/20-1/30 пролета l. При симметричной конструкции рамы статический рас­чет прежде всего выполняют на одностороннюю единичную нагрузку.

Конструктивный расчет рамы или подбор поперечного сечения до­щатоклееных распорных рам допускается проводить по приближенным ме­тодам, хотя это приводит к излишним запасам прочности из-за неточности определения (в сторону запаса до 20%) действующих напряжений. Из опы­та проектирования также следует, что расчет дощатоклееныхбезраскосных рам на ветровую нагрузку с высотой стоек, не превышающих четверть про­лета (Н< 0,25/), может не производиться. Это обусловлено тем, что суммар­ное усилие отсоса ветра создает в карнизных узлах разгружающие изгиба­ющие моменты.

Расчёт

если высота сечения ригеля в коньке составит более 0,3hmax , а на опоре более 0,4 hmax_x, то проверку напряжений в этих сечениях можно не произво­дить, а расчет вести только по максимальному по высоте сечению.

Поперечные сечения рассчитывают по форму­лам сжато-изгибаемых элементов.

 где                    — изгибающий момент от действия поперечной нагрузки;

— расчетное сопротивление древесины сжатию;         — расчетный момент сопротивления поперечного сечения                    — площадь расчетного сечения нетто; — коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вслед­ствие прогиба элемента.

Расчет рам по максимальным касательным напряжениям выполня­ется в опорном сечении по формуле Д. И. Журавского:

Устойчивость плоской формы деформирования трехшарнирных рам при закреплении по внешнему контуру проверяется по ТКП:

 где —площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке l_m; Wsup— максимальный момент сопротивления брутто на участке l_m; n = 2                 — для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования
на участке l_m и n = 1 — для элементов, имеющих такие закрепления; kc — коэффициент продольного изгиба.

58. . Трехшарнирные арки (без затяжки, с затяжкой)прмолинейные треугольные. Конструкция, принцип расчета. Узлы арок.

Распорные системы треугольного очертания пролетом 12-24м проектируют с применением клеедощатых элементов со стальной затяжкой или с опиранием непосредственно на фундамент.

Рис. Трехшарнирная треугольная арка:
а — схема арки; б — опорный узел; в — коньковый узел; г — расчетная схема элемента арки; 1 — элемент арки; 2 — затяжка; 3 — упорный швеллер; 4 — подушка или обвязочный брус; 5 — крепежный уголок; 6 — крепежный болт (анкер); 7 — накладка

59. Трехшарнирные арки криволинейные (клеедощатые, решетчатые): круговые, стрельчатые (без затяжки, с затяжкой). Конструкция, принцип расчета. Узлы арок.

Трехшарнирные арки изготавливаются обычно из двух полуарок. При больших пролетах арки могут изготавливаться составными по длине с жесткими монтажными соединениями отдельных частей. Соединения в коньке для малых пролетов (24м) можно выполнять с деревянными накладками на болтах, обеспечивающими жесткость узла из ее плоскости. При больших пролетах в опорных и ключевых узлах устанавливаются металлические башмаки.

3-шарнирные арки бывают:

-без затяжки-с затяжкой

По материалу:

-сплошные (клеедощатые)-решетчатые

По очертанию:

-кругового очертания-стрельчатые

3-х шарнирные сплошные

Арки рассчитываются на след.сочетания нагрузок: 1)постоянной по всему пролету и временной снеговой, распределенной по закону косинуса по всему пролету; 2)постоянной по всему пролету и временной снеговой распределенной по треугольнику. Определяются расчетные усилия M,N,Q. Подбор сечения арок производится по макс.изгибающему моменту и продольной силе, действующей в том же сечении.

Узлы арок

Малопролетные арки (l<30…36м)

Большепролетные арки

60. Треугольные фермы из неклееной (цельной) древесины.Фермы имеют следующие элементы: верхний пояс, нижний пояс, решетку (стойки и раскосы). Взаимное сопряжение указанных элементов в узлах осуществляют при помощи различных соединений (врубки, нагели, хомуты, шпонки).

Фермы на лобовых врубках имеют треугольное или пятиугольное очертание. Схема решетки в этих фермах принимается таким образом, чтобы раскосы были сжаты, а стойки - растянуты. Сатые эл-ты выполняются из брусьев или из бревен.Растянутые стойки (тяжи) выполняют из круглой стали. Тяжи на одном конце снабжены резьбой и гайкой, что обеспечивает возможность уплотнения узлов при сборке, а также при эксплуатации фермы.

Опорные узлы брусчатых деревянных ферм выполняют на лобовых врубках с одним–двумя зубьями или на стальных хомутах. Лобовую врубку с одним зубом применяют в опорных узлах простейших треугольных ферм при небольших пролетах и нагрузках. Лобовую врубку с двумя зубьями применяют в опорных узлах много- панельных ферм, когда врубка с одним зубом при ограниченной площади смятия не может обеспечить передачу значительных усилий, возникающих в этих фермах. Общим недостатком опорных узлов на врубках является наличие длинного участка нижнего пояса, работающего на скалывание, нередко мешающего правильному размещению фермы на верхней связке стены и требующего большого выноса кар- низа кровли.

Коньковый узел (рис. 5.9, 5.10) обычно решают непосредствен-ным торцевым упором элементов верхнего пояса друг в друга с не- большой подрезкой их сверху для образования горизонтальной пло- щадки под шайбу тяжа. Шайбу в этом узле часто делают жесткой из отрезка швеллера. Узел перекрывают парными накладками, скреп- ленными стяжными болтами.

 При определении усилий в стержнях фермы принимается, что все нагрузки (включая собственный вес фермы) приложены к узлам верх- него пояса в виде сосредоточенных сил.

Условие прочности нижнего пояса можно записать как:

где Nнп — максимальное растягивающее усилие в элементах нижнего пояса; Ант — площадь поперечного сечения нетто нижнего пояса, Rр — расчетное сопротивление древесины растяжению.

Раскосы рассчитывают как центрально сжатые стержни аналогично расчету центрально сжатых поясов по формулам (5.2), (5.3).

61. Треугольные фермы из клеенной древесины. Основные схемы. Сечения элементов. Усилия, принцип расчета.

Клеедеревянные фермы треугольного очертания заводского изготовления в основном имеют пролеты от 12 до 24 м и высоту, равную 1/6 (1/7) пролета.Верхний пояс ферм имеет прямую форму, крупное прямоугольное сечение и способен нести межузловую нагрузку от настилов покрытия. Ширину сечения пояса обычно принимают не более 17 см, с тем чтобы его можно было склеивать из досок без их стыкования по кромкам. Нижний пояс обычно делают стальным из двух стальных уголков, соединенных полками внутрь, и имеет такую же ширину, как и ширина верхнего пояса для упрощения конструкции узлов. Из-за стального нижнего пояса эти фермы называют иногда металлодеревянными.

Также бывают шпренгельные треуг. фермы пролетом18…21 м

Все раскосы ферм работают только на сжатие и имеют прямоугольное сечение такой же ширины, как у сечения верхнего пояса. Стойки ферм работают только на растяжение и изготовляются из одиночных стальных арматурных стержней.

Расчетные нормальные усилия в элементах треугольных ферм опред. Обычным способом. При нагружении временной нагрузкой половины пролета решетка на незагруженной половине не работает.

Панели верхнего пояса помимо нормальных сил работают на изгиб от межузловой нагрузки и рассчитывают как сжато-изгибаемые стержни

Если верхний пояс разрезной то расчётный момент в панели:

Нижний пояс рассчитывается на растяжение с учётом имеющихся ослаблений в узлах и стыках. Местная поперечная нагрузка, например от подвесного потолка, вызывающая изгибающие моменты в нижнем поясе, недопустима.

Деревянный нижний пояс рассчитывают на растяжение по площади нетто в стыках или узлах, где учитывают ослабления от нагелей.

Расчёт элементов решётки-раскосов и стоек в треугольных фермах ничем не отличается от их расчёта в ранее рассмотренных типах ферм: сжатые элементы решётки рассчитывают на продольный изгиб,растянутые проверяют на растяжение с учётом имеющихся ослаблений.

62. Трапециидальные (пятиугольные) фермы из неклееной древесины. Основные схемы. Сечения элементов. Усилия, принцип расчета.

Трапециевидные металло-деревянные фермы имеют небольшой уклон (1/10 — 1/12) верхнего пояса и предназначены для рулонных кровель. Фермы двускатные, пролетом 18-24 м. Практически одинаковое расстояние между сжатыми и растянутыми поясами обеспечивает более равномерное значение усилий между узлами обоих поясов. Высота фермы назначается из условия требуемых усилий в поясах и деформативности конструкции.

Решетка обычная, треугольная со стойками проектируется в двух вариантах: либо со сжатыми восходящими, либо растянутыми нисходящими опорными раскосами. Восходящие приопорные раскосы проектируются деревянными, а нисходящие — из стали.При проектировании ферм схема решетки принимается на стадии расчета, исходя из усилий и возможности простого и надежного решения узлов приопорных раскосов и унификации остальных элементов решетки и их узлов.

Верхний пояс выполняется из составных по высоте брусьев на нагельных пластинах. При использовании брусьев в качестве верхнего пояса рекомендуется схема решетки с восходящим сжатым приопорным раскосом.

63. Трапециидальные (пятиугольные) фермы из клееной древесины. Основные схемы. Сечения элементов. Усилия, принцип расчета.

Трапециевидные металло-деревянные фермы имеют небольшой уклон (1/10 — 1/12) верхнего пояса и предназначены для рулонных кровель. Фермы двускатные, пролетом 18-24 м. Практически одинаковое расстояние между сжатыми и растянутыми поясами обеспечивает более равномерное значение усилий между узлами обоих поясов. Высота фермы назначается из условия требуемых усилий в поясах и деформативности конструкции.

Решетка обычная, треугольная со стойками проектируется в двух вариантах: либо со сжатыми восходящими, либо растянутыми нисходящими опорными раскосами. Восходящие приопорные раскосы проектируются деревянными, а нисходящие — из стали.При проектировании ферм схема решетки принимается на стадии расчета, исходя из усилий и возможности простого и надежного решения узлов приопорных раскосов и унификации остальных элементов решетки и их узлов.

Верхний пояс от опры до конькового узла принимается из клееной древесины.

Двухветвевой нижний пояс выполняется из стальных стержней уголкового профиля . Уголки соединены между собой узлами на планках.

Модификацией трапециевидных ферм является ферма с параллельными поясами под кровлю с малым уклоном. Ферма состоит из двух полуферм с параллельными поясами, объединенных между собой в середине пролета затяжкой.

Для уменьшения расчетных изгибающих моментов в верхнем поясе нормальная сила в нем приложена с эксцентриситетом, дающим момент обратного знака по отношению к моменту от поперечной нагрузки.