Многоугольные брусчатые фермы. Основные схемы. Сечения элементов. Усилия, принцип расчета.

Конструкции фермы такого типа использовались в больших объемах в качестве несущих конструкций,покрытий производственных зданий пролетами от 12 до 30м. Верхний пояс ферм имеет вид многоугольника, вписанного в окружность.

При проектировании таких конструкций , при требуемом пролете, задается высота фермы, которая должна быть равной 1/8 пролета. Исходя из этих параметров определяют радиус окружности. Панели верхнего пояса принимают длиной до 4 м при их нечетном количестве. Количество панелей нижнего пояса на одну панель меньше. Решетка треугольная со стойками, для уменьшения изгибающего момента в панели верхнего пояса. Узлы крепления раскосов совмещаются с узлами панелей верхнего пояса.

Сечения одинаковы во всех панелях верхнего пояса, а элементы решетки принимаются деревянными. Нижний пояс выполнен из металла.

В узловых соединениях верхнего пояса фермы размещают стальные сварные вкладыши, в центре которых располагается узловой цилиндрический стержень, пропускаемый через отверстие Раскосы и стойки решетки из бруса имеют по концам пластинки-наконечники, выполняемые из полосовой стали, которые надевают на узловой стержень.

Стык панелей верхнего пояса перекрывается деревянными накладками на болтах. Диаметр узлового стержня опред. Из расчета на изгиб. Диаметр и количество нагелей, крепящих наконечники к раскосам, опред. По методике расчета нагельных соединений. Наконечники сжатых раскосов проверяют на устойчивость.

Размеры поперечного сечения верхнего пояса опред. Из расчета опорной панели, как наиболее нагруженной.

1. Расчет ведут как для двухпролетной неразрезной балки. Момент на средней опоре при равномерно распределенной нагрузке (см. рис. 6.7 а).

Mq= - qP/8 ,

Нормальная сила N приложена на крайней опоре с эксцентрисите­том е, тогда MN= Ne.

Момент на средней опоре MN= 0,5Ne,

так как эпюра моментов проходит через фокусную точку, находя­щуюся на расстоянии 1/3/ от средней опоры.

Расчетный момент на средней опоре (см. рис. 6.9.,а) М = Mq+ MN= - qP/8 + 0,5Ne.

Проверка сечения:

σс = N/Fpaсч + Мд/Wрасч<Rc при Мд =М/ξ

2. Рассчитывают как разрезную балку с пролетом, равным длине панели (см. рис. 6.76). Момент посередине длины панели от поперечной на- грузки при равномерно распределенной нагрузке

Mq= qP/8, где / - проекция длины панели.

Момент от эксцентричного приложения нормальной силы MN= Ne.

Расчетный момент М = Mq- MN.

Проверку сечения производят так же, как в предыдущем случае, причем гибкость определяют по полной длине панели.

65. Сегментные фермы из клееной древесины. Основные схемы. Сечения элементов. Усилия, принцип расчета.

Верхний пояс клееных сегментных ферм очерчен по дуге и разбит на панели крупных размеров. В современном строительстве применяют главным образом металлодеревянные сегментные фермы с клееным верхним поясом и с прямолинейным нижним поясом из профильной или круглой стали. Пролеты клееных ферм рекомендуется принимать до 36 м.

Отношение высоты ферм к пролету рекомендуется принимать не менее 1/6 в случае прямолинейного клееного и не менее 1/7 в случае металлического нижнего пояса.

Верхний пояс сегментных ферм изготавливается: неразрезным на весь пролет, неразрезным на его половину или состоящим из отдельных блоков, соединяемых в узлах. Стыки гнутоклееных блоков выполняют непосредственным упором торцов или через сварные вкладыши в узлах, закрепленных от выхода из плоскости фермы.

В конструктивном отношении верхний пояс представляет собой пакет, склеенный из досок плашмя, имеющий прямоугольное сечение шириной b и высотой h. Поясам сегментных ферм следует придавать строительный подъем, равный 1/200 пролета.

Элементы решетки сегментных ферм изготавливают либо из брусьев, либо из клееной древесины. В сегментной ферме применяется треугольная решетка и в узлах сходится не более двух элементов, которые центрируют в этих узлах

При определении расчетных усилий в элементах сегментных ферм рассматривают следующие сочетания постоянной и временной нагрузок:

- равномерно распределенные по всему пролету постоянная и временная;

- равномерно распределенные по всему пролету постоянная и на половине пролета временная;

- равномерно распределенная по всему пролету постоянная и по закону треугольников временная;

- равномерно распределенная по всему пролету постоянная и распределенная по закону треугольника на половине пролета временная.

Расчет клееных сегментных ферм начинают с определения продольных усилий в элементах ферм от узловой расчетной нагрузки. Криволинейный верхний пояс заменяют при этом прямолинейным — узлы верхнего пояса соединяют прямыми линиями — хордами, исходя при этом "из предположения шарнирности узлов. Комбинированием полученных усилий определяют максимальные расчетные продольные усилия.

Верхний пояс работает как сжато-изгибаемый стержень.

Расчетный момент М в панели верхнего пояса исчисляют как сумму моментов от поперечной нагрузки I Мо и момента M_N от продольной силы N, возникающего за счет выгиба панели

M = M₀±M_N.

В случае разрезного верхнего пояса, загруженного равномерно распределенной нагрузкой.

М = (q2/8)— Nf,

Основные схемы:

а) трехпанельная (l=12-18м)

б) четырехпанельная (l=18-24м)

в) пятипанельная (l=24-30м)

г) шестипанельная (l=30-36м)

70. Своды применяемые из древесины. Конструктивные схемы. Условия расчета

Конструкции покрытий сводчатых очертаний могут быть распорны­ми (распорные своды) и безраспорными (своды-оболочки). Рассмотрим распорные своды.

По конструктивному исполнению их можно раз­делить на гладкие, ребристые, волнистые, складчатые, сетчатые, структур­ные, а также сплошные, двухслойные и трехслойные. По форме покрытия -на цилиндрические, стрельчатые, параболические, полигональные (призма­тические) бочарные, тороидальные. По способу передачи распора - на фун­даменты, поддерживающие конструкции и затяжки.

Гладкие своды однослойные, сплошные и двухслойные обычно при­меняют для небольших пролетов (до 4м) в закрытых переходах и световых фонарях.

Гладкие трехслойные своды имеют обшивки из листовых материалов (фанера, стеклопластик) и средний слой из пенопласта, сотопласта.

Расчетной схемой свода является трехшарнирная арка шириной на панель или 1 м. Методика расчета панели на прочность аналогична расчету плоских панелей покрытия с дополнительным учетом продольной силы.

Ребристые своды имеют одну или две обшивки из листового матери­ала (стеклопластик, водостойкая фанера) и деревянные, пластмассовые или металлические ребра.

 Статический расчет ребристого свода выполняют по схеме двух- или трехшарнирной арки на нагрузки от собственного веса конструкции, снега и ветра. Для расчета выделяют полосу шириной, равной ширине панели.

Волнистыесводы наибольшее распространение получили в пласт­массовых покрытиях пролетом до 18-20 м, из фанерных элементов двоякой кривизны до 30 м.Лотковые пластмассовые элементы волнистых сводов обычно изго­тавливают из полиэфирного стеклопластика (светопрозрачного или несве-топрозрачного) толщиной 1 - 4мм, шириной пояса 0,75 - 1,6 м, при высоте поперечного профиля до 0,6 м.

Общий расчет волнистых элементов ведут как арочных конструкций. Местный расчет лотков в поперечном направлении зависит от конструктив­ных особенностей и формы элементов.

Складчатые своды чаще всего выполняют из ромбических элемен­тов, согнутых по большой диагонали .Ромбические панели состо­ят из контурных ребер и обшивок. Обшивки делают из одного или двух сло­ев листового материала - стеклопластика, фанеры. Ребра могут быть стеклопластиковыми, фанерными или деревянными.

Кружально-сетчатые своды представ­ляют собой пространственную конструкцию, которая состоит из отдельных, поставленных на ребро стандартных элементов - косяков, идущих по двум пересекающимся направлениям и образующих ломаные винтовые линии.

Кружально-сетчатые своды в поперечном сечении имеют снаружи круговое или правильное многоугольное очертание. В первом случае верх­няя грань косяков имеет близкое к круговому эллиптическое очертание, а во втором - ломаное. Распор покрытий воспринимается либо металлическими затяжками, либо непосредственно опорами.

В зависимости от способа узлового соединения косяков различают два конструктивных варианта кружально-сетчатых сводов:

с узлами на шипах;

с металлическими связями в узлах.

69. Купола с применением древесины. Конструктивные схемы. Усилия, принцип расчета.

Купольные покрытия являются самой распространенной формой пространственных конструкций. Купольные оболочки из пластмасс имеют диаметр от 1 метра до 50-60 м. купола из клеефанерных элементов достигают диаметра 90 м.

Классифицировать купола можно по различным признакам. По материалу – из древесины, фанеры, пластмасс и их сочетаний. По конструктивному решению – тонкостенные купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, сетчатые. По форме поверхности м.б. эллиптического, конического очертания, в форме гиперболоида вращения и т.д.

Основными нагрузками, действующими на купольное покрытие, являются: собственный вес конструкции, снеговой покров, технологическая нагрузка от массы оборудования и приспособлений; для подъемистых куполов – ветровая нагрузка.

Тонкостенные купола-оболочки.

Их основной особенностью являются меридиональные арочки, кольцевой и косой настилы, верхнее кружальное и нижнее опорное кольца.

Деревянные тонкостенные купола-оболочки проектируют диаметром 12-35 м; они, как правило, имеют сферическое очертание. Купол состоит из меридианных ребер (арочек), верхнего и нижнего опорных колец, кольцевого и косого настилов.

Меридианные ребра воспринимают сжимающие усилия в оболочке по направлению меридиана и передают их на верхние и нижние опорные кольца. Ребра состоят из нескольких слоев досок, общей высотой поперечного сечения не менее 1/250 диаметра купола. Верхние концы ребер присоединяются шарнирно к верхнему сжатому кольцу и передают на него продольную и поперечную силу. Соединения осуществляются накладками на болтах, глухарями или зубчатыми шпонками.

Верхнее кольцо м.б. металлическим или деревянным (клееным или кружальным на гвоздях). Диаметр верхнего кольца принимают таким, чтобы к нему могло примыкать необходимое количество меридианных ребер.

Нижнее опорное кольцо воспринимает распор меридианных ребер и работает на растяжение. Оно м.б. ж/б, металлическим, деревянным. Концы ребер д.б. заанкерены в опорном кольце.

Статический расчет производят по безмоментной теории, согласно которой для сферической оболочки при действии на нее осесимметричной нагрузки основное уравнение имеет вид:

, где:

 - меридиональное усилие на ед. длины сечения;  - кольцевое усилие на ед. длины сечения;  - равномерно распределенное нормальное к поверхности купола давление, направленное к центру сферы;  - радиус сферического купола.

Постоянная нагрузка от собственного веса считается равномерно распределенной по всей поверхности купола., снеговая нагрузка

Ребристые купола

Состоят из 1- ребро, 2- прогоны или панели, 3- скатные связи, 4- кровля

Ребристые купола – такая схема покрытия, которая состоит из отдельных, поставленных радиально плоскостных несущих криволинейных или прямолинейных ребер, опирающихся в верхнее и нижнее опорные кольца или фундаменты. Ограждающее покрытие, уложенное по верхним граням ребер, образует поверхность купола. Оно состоит из дощатых щитов или настила по кольцевым прогонам, клеефанерных или стеклопластиковых панелей.

Несущие деревянные меридианные ребра постоянного переменного сечения м.б. выполнены в виде полуарок или прямолинейных элементов. Несущие ребра увеличивают жесткость купола, позволяют воспринимать сосредоточенные нагрузки от оборудования. Ребра устанавливают по нижнему кольцу с шагом 4,5 – 6 м, между двумя соседними ребрами устанавливаются связи.

Верхнее сжатое кольцо проектируют более жестким (жесткое соединение ребер с кольцом). При большом диаметре верхнее кольцо раскрепляют внутренними распорками. Соединение ребер с нижним кольцом – шарнирное.

Расчет ребристых куполов на вертикальную симметричную нагрузку м.б. выполнен расчленением покрытия на отдельные плоские арки, каждая из которых воспринимает нагрузку с приходящейся на нее грузовой площади.

При расчете на горизонтальную нагрузку или несимметричную вертикальную конструкцию расчленяют на диаметрально расположенные арки.

Для простоты считают, что горизонтальные сечения купола не деформируются, а только смещаются в горизонтальном направлении. Усилия определяются из усл. совместности деформаций всех арок в ключевом ш-ре.

Ребристо-кольцевые купола.

В ребристо-кольцевых схемах в общую работу каркаса купола включены непрерывные кольцевые прогоны, которые пересекают меридианные ребра и работают на местный изгиб и воспринимают растягивающие кольцевые усилия. Ребра с кольцевыми прогонами соединяются шарнирно.

При осесимметричной нагрузке расчет купола можно вести, расчленяя его на плоские арки с условными затяжками-кольцами, каждая из которых полностью воспринимает приходящуюся на ее долю нагрузку. Неизвестные усилия в затяжках вычисляют методом сил.

Сетчатые купола

Сетчатые купола – это многогранники, вписанные в сферическую поверхность вращения. Сетка обычно образуется из треугольников, трапеций, ромбов и др. стержни решетки в узлах сетчатых куполов соединяются шарнирно. Сетчатый купол является распорной системой, которая воспринимается нижним опорным кольцом. Сетчатый купол рассчитывают по безмоментной теории как сплошные осесимметричные оболочки. Усилия в стержнях купола определяют умножением меридиальных и кольцевых усилий на соответствующие расстояния между стержнями. Кроме осевых усилий в стержнях могут возникать изгиб.моменты от местной нагрузки, которые необходимо учитывать при расчете стержней на внецентр. сжатие. Чтобы избежать общей потери устойчивости сетчатой оболочки, необходимо, чтобы равном.радиальное давление на сферический купол не превышало критич.