Рамные конструкции из древесины

Рамные конструкции являются одним из наиболее распространенных типов несущих конструкции. Они хорошо вписываются в поперечное сечение большинства производственных и общественных зданий.
Рамные конструкции относятся к классу распорных.
Деревянные рамы обычно применяют однопролетными при пролетах 12…30 м.
В мировой практике строительства встречаются рамы пролетом до 60 м.
Рамы классифицируются по нескольким признакам
- По статической схеме рамы могут быть
1) трехшарнирными (статически определимыми)

2) двухшарнирными жестко опертыми (такие рамы являются статически неопределимыми)

3) двухшарнирными шарнирно опертыми (тоже статически неопределимые)

Наиболее распространенными являются трехшарнирные рамы, т.к. в статически определимых системах не происходит перераспределения усилий при деформировании под длительно действующей нагрузкой, что обеспечивает соответствие их расчетным усилиям.
- По конструктивному решению различают:
1) рамы построечного изготовления;
2) рамы заводского изготовления.
Рамы построечного изготовления из досок и брусьев собирают непосредственно на строительной площадке. В этих рамах используются преимущественно податливые виды соединений: болты, гвозди, упоры.
Ригель и стойки таких рам могут иметь сплошное сечение или выполняются в виде решетчатых систем.

а) б) в)
Рисунок – Рамы построечного изготовления а) с подкосами в карнизном узле; б) с опорными подкосами; в) с решетчатыми стойками.
К рамам построечного изготовления относятся также рамы с перекрестной стенкой на гвоздях. Конструкция таких рам аналогична конструкции балки с перекрестной стенкой на гвоздях.
Рамы построечного изготовления отличаются большим количеством узлов и требуют больших затрат труда и высококачественных материалов, поэтому наибольшее распространение получили рамы заводского изготовления или клееные рамы.
В зависимости от технологии изготовления или используемых материалов клееные рамы можно разделить на три группы:
1) гнутоклееные (из склеенных по пласти досок);

2) дощатоклееные из прямолинейных элементов;
3) клеефанерные, имеющие дощатые пояса и стенки из водостойкой фанеры.

Эти рамы, как правило, имеют прямолинейные элементы ригеля и стойки.
Распространенными конструкциями являются гнутоклееные рамы прямоугольного сечения, состоящие из гнутых, склеенных по пласти, досок.
Клеефанерные рамы легче гнутоклееных на 35…40 %.

Расчет трехшарнирных рам из Г-образных блоков-полурам.

Статический расчет.

Для рам из Г-образных элементов-полурам усилия определяют для биссектрисного сечения 1–1.Расчетным загружением здесь является первое – при действии полной расчетной нагрузки по всему пролету. Изгибающий момент в карнизном узле

где х – расстояние по горизонтали до центра биссектрисногосеченияот опоры; у– то же по вертикали до центра биссектрисного сечения.

Нормальная сила в сечении 1–1 карнизного узла

где j– половина угла между наружными гранями стойки и ригеля в карнизном узле.

Усилия в нормальных сечениях 1–2 стойки и 1–3 ригеля карнизного узла определяются аналогично:

где j'– угол между горизонталью и осью ригеля.

Конструктивный расчет.

При расчете карнизного узла, выполненного на зубчатый стык по биссектрисе, должна учитываться криволинейность эпюры напряжений, для чего расчетная высота биссектрисного сечения принимается равной , где h_б – высота биссектрисного сечения: , где h_ку – высота сечения элементов в карнизном узле; a' – угол между биссектрисным сечением и горизонталью, , j – половина угла между наружными гранями элементов в карнизном узле.

Расчетная площадь и момент сопро

где h_б – высота биссектрисного сечения карнизного узла; b – ширина сечения.

Расчет на прочность по нормальным напряжениям сжато-изгибаемых элементов:

где Ndи Md – соответственно продольная сила и изгибающий момент от действия поперечной нагрузки; kg,n – коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения, приним. по табл. 7.1 ТКП; km,c – коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента; fc,0,d– расчетное сопротивление древесины сжатию с учетом необходимых коэфициентов условий работы;Asup=Aрасч – площадь расчетного сечения брутто; Wd=Wрасч – расчетный момент сопротивления поперечного сечения.

Расчетные значения краевых растягивающих напряжений:

Проверка по максимальным нормальным напряжениям производиться в зоне затупления зубчатых шипов:

k_os– коэффициент условий работы сечения, проходящего по остриям шипов соединения, опр. по табл.9.1 ТКП.

Проверка на отрыв по плоскостям склеивания:

k_ss– коэффициент, учитывающий напряженное состояние клеевых швов в стыке, опр. по табл. 9.1 ТКП; ft,as,d – расчетное значение сопротивления древесины при растяжении под углом α_s к направлениям волокон.

гдеВ = f_t,0,d/f_t,45,d – (1 + k)/4; k = f_t,0,d/f_t,90,d.

Расчет на прочность клееных деревянных конструкций с учетом всех компонент плоского напряженного состояния производят по формуле

где s₁    — значение главного растягивающего напряжения;

s_х, s_у и t_ху — компоненты плоского напряженного состояния, определяются
, ,

f_t,a,d — расчетное значение сопротивления древесины при растяжении под угломa к направлению волокон.

Проверка по приведенным напряжениям, действующим под углом a к волокнам древесиныs_t,0,d∙ k_a1£f_t,a1,d∙ k_h∙ k_d

Расчетное сопротивление древесины смятию под углом a к направлению волокон определяют по формуле

где f_cm,0,d и f_cm,90,d — соответствующие значения расчетных сопротивлений древесины смятию вдоль и поперек волокон;

a  — угол между направлением действия сминающего усилия и волокнами древесины        

Окончательную проверку на прочность по нормальным напряжениям сжато-изгибаемых и внецентренносжатых элементов следует производить по формуле

где   — изгибающий момент от действия поперечной нагрузки;

— расчетное сопротивление древесины сжатию;

— расчетный момент сопротивления поперечного сечения по 7.4.1;

— площадь расчетного сечения нетто;

— коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вслед­ствие прогиба элемента.

45.РАСЧЕТ ТРЕХШАРНИРНЫХ ГНУТОКЛЕЕНЫХ РАМ.

Криволинейные участки гнутоклееных рам (рис. 3.2) при отношении ,(h - высота сечения, r_ср - радиус кривизны центральной оси криволинейного участка) следует рассчитывать на прочность:на сжатой кромке –    

;  

На растянутой кромке – ,

 - расчетное сопротивление древесины соответствующего сорта изгибу с учетом необхкоэфф условий работы. При этом  -радиус кривизны нейтрального слоя; -радиус кривизны ближней к центру кривизны кромки гнутоклееной рамы; -радиус кривизны дальней от центра кривизны кромки гнутоклееной рамы. - смещение нейтрального слоя от геометрической оси криволинейного участка, I – момент инерции расчетного сечения.

Коэффициент  в данном случае (при определении М_d=М/ ) вычисляется при гибкости λ_x, определенной при расчетной длине, равной длине полурамы

где S_ст - длина стойки по оси; S_гн - длина гнутой части; S_риг - длина ригеля.

Для гнутоклееных рам расчётное сопротивление древесины сжатию и изгибу следуетопределять с учётом коэффициентов условий работы.

где - коэффициент условий работы для гнутых элементов при отношении , определяемый по табл. 6.10 ТКП . Здесь r=r₁– радиус ближней к центру кривизны гнутой доски клееного пакета; - толщина доски в радиальном направлении. При ;

 - базовая величина расчётного сопротивления сжатию вдоль волокон основных хвойных пород (сосна, ели, лиственницы европейской) по табл. 6,4ТКП.