Фермы из досок. Сегментная ферма на гвоздях

Сегментная ферма на гвоздях относится к конструкциям построечного изготовления.

Типовые схемы сегментных ферм для пролетов от 15 до 24 м приведены на рис. 1. Из рисунка видно, что крайние панели короче средних примерно на 1/3. Укорочение крайних панелей делается для того, чтобы уменьшить в них напряжений. При этом расчет верхнего пояса ведется по второй панели. Длина панели верхнего пояса в проекции (d) принимается в пределах от 1,5 до 2 м и в крайнем случае не свыше 2,5 м. Схема поперечных сечений верхнего и нижнего поясов и элементов решетки показана на рис. 2. Число брусков в сечении верхнего пояса принимается 4-5, а толщина их - 5-б см.

Стыки брусков плотно приторцовывают и располагают по длине вразбежку с таким расчетом, чтобы они находились не ближе 1/10 длины панели от узлов фермы; расстояние между ними должно быть не менее 50 см. При этом в одном сечении должен быть только один стык. В крайних панелях, а также и в узлах не следует располагать стыки. Не разрешается делать стыки наружных брусков во второй от опорного узла панели.

По всей длине верхнего пояса между его ветвями необходимо ставить прокладки из цельных досок, ширина которых назначается с таким расчетом, чтобы, по крайней мере, три бруска пояса могли быть прибиты к прокладке гвоздями в горизонтальном направлении. Бруски каждой ветви должны быть по высоте скреплены гвоздями, забитыми в вертикальном направлении сверху п снизу по всей дайне каждой панели.

Стыки досок нижнего пояса осуществляются с помощью накладок и прокладок, скрепленных с поясом цилиндрическими нагелями и болтами.

Все элементы решетки размешаются между ветвями поясов с условием, чтобы внутренние кромки сходящихся в узле элементов (с целью уменьшения эксцентриситетов) пересекались на оси пояса.

Скреплять элементы решетки с верхним поясом, ввиду ограниченности площадей для размещения гвоздей, разрешается с соблюдением следующих условий: расстояние от гвоздя до шва между поясными брусками должно быть не менее 3d_гв; таким образом S₁ > 3d_гв и расстояние между гвоздями поперек волокон бруска при косой расстановке не менее 2d_гв. Расстановка гвоздей в элементах решетки и в нижнем поясе принимается в соответствии с общими правилами (см. раздел IV, главу IV, § 30). Пример распределения гвоздей в узлах показан на рис. 3. Кроме гвоздей во всех узлах, как правило, для увеличения плотности узлового соединения, ставится один болт.

Конструкция опорных узлов осуществляется лобовым упором с натяжными хомутами из круглой стали (рис. 4, а и 4,б). Хомуты, выполненные по типу (а), позволяют подтягивать их,доводя до минимума все неплотности, образовавшиеся от неточной пригонки отдельных элементов узла.

Жесткость опорных швеллеров здесь обеспечивается приваркой к ним уголков (в типе а) или стальных диафрагм (в типе б).

Расчет верхнего пояса сегментной фермы, ввиду сложности учета всех факторов, влияющих на его работу (как, например, неразрезности многослойного составного криволинейного пояса, эксцентричного присоединения к поясу элементов решетки и т. п.), рекомендуется вести по приближенному методу, принятому

Нормами (НиТУ-122-55), который в достаточной степени гарантирует надежность работы фермы.

Сжимающее усилие N в панели криволинейного верхнего пояса, направленное по прямой линии между узлами, вызывает в середине панели изгибающий момент (см. рис. 5,а), равный Nf₀, где

стрела подъема рассматриваемой панели, соответствующая длине l_n и радиусу ее кривизны R. Радиус кривизны должен здесь определяться согласно указанию норм без учета строительного подъема фермы по формуле:

где h₀ - расстояние между осями поясов.

Учитывая возможность некоторого защемления брусков верхнего пояса в узлах, считают, что нулевые точки в эпюре изгибающих моментов рассматриваемой панели находятся в расстоянии 0,05l_n от узлов. В таком случае длина сжатого пояса будет равна 0,9l_n и изгибающий момент в середине его пролета с учетом неразрезности будет равен:

а на опоре

М_оп = 0,2 М,

где М - полный изгибающий момент в панели, определяемый по схеме с шарнирным опиранисм в узлах. Величина его равна:

M = Mf₀-M₀,

где М₀ - изгибающий момент от местной нагрузки п панели верхнего пояса, определенный, как для простой балки пpoлетом, равным расстоянию между узлами l_n. Пролетный изгибающий момент М_пр распределяется в середине панели между ветвями панели и прокладками пропорционально их моментам инерции. Принимая это соотношение и исходя из теоретических величин моментов инерции ветвей и прокладок, Нормы (НиТУ-122-55) принимают, что на прокладки передается около 3/4 пролетного момента, т. е.

0,75*М_пр = 0,75*0,8*М = 0,6*M

На ветви пояса с запасом принимают 0.25 М.

В соответствии с изложенным, расчет верхнего пояса сегментных ферм ведется по формуле на сжатие с учетом коэффициентов гнутья и коэффициента условий работы на сжатие т_с и изгиб т_п

Принимая расчетный момент для основных ветвей верхнего пояса равным 0,25 М, получим:

Умножая все. члены уравнения на R_с и учитывая по табл. 4, что R_c/R_u = 1, получим при т_с и т_и, равными единице (но табл. 7),

расчетную формулу для основных ветвей верхнего пояса сегментной фермы, приведенную в НиТУ-122-55.

где

• N и М - расчетная продольная сила и изгибающий момент в рассматриваемой панели верхнего пояса, определяемые с учетом коэффициентов перегрузки по табл. 9;
• F_б -площадь сечения брусков пояса;
• W_б - сумма моментов сопротивления брусков верхнего пояса (без учета их скрепления гвоздями);
• E - коэффициент, определяемый но формуле (34).

Гибкость определяется с учетом частичного защемления пояса в узлах:

где J_б -сумма моментов инерции сечения основных ветвей верхнего пояса (без учета их скрепления гвоздями); J_np - момент инерции сечения прокладок. В отсутствие изгибающего момента М, а также, если напряжение от простого изгиба меньше 10%, т. е. когда:

расчет ведется на устойчивость по формуле

Для расчета прокладок верхнего пояса при условии, что они воспринимают изгибающий момент, равный 0,6, получим следующую формулу:

где W_пр - момент сопротивления прокладок.

Влияние ослабления сечений гвоздевым забоем не учитывается, так как оно всегда меньше 10% сечения пояса.

Число горизонтальных гвоздей между каждой ветвью и прокладкой или двумя прокладками (для средней ветви), расположенных по всей длине панели, согласно указаниям норм, находится из следующего неравенства:

где F_B - сечение рассматриваемой ветви и Т - расчетная несущая способность одного гвоздя на один срез. Расстояние между горизонтальными гвоздями не должно быть больше 40d_Гн , а расстояние крайнего ряда от концов прокладки - не меньше 15d_гн (рис. 5, б, в). Вертикальные гвозди для скрепления брусков ветвей забиваются сверху и снизу ветвей, при толщине ветвей не более 7 см - в один ряд, а при толщине более 7 см - в два ряда. При этом шаг гвоздей не должен быть более 40d_гн (рис. 5).

Нижний пояс сегментных ферм следует рассчитывать с учетом внецентренного присоединения к нему элементов решетки в условиях -полного и одностороннего 'воздействия снеговой нагрузки. Расчетный изгибающий момент М в узле нижнего пояса определяется, как сумма произведений из усилий в раскосах при одностороннем загружении фермы снеговой нагрузкой на соответственные эксцентриситеты или, что то же самое, произведение

В верхнем поясе дополнительный момент от внецентренного присоединения раскосов не учитывается.

Поверка устойчивости верхнего пояса фермы- из своей плоскости ведется по правилам расчета составных стержней.

В целях типизации конструкции фермы элементы решетки по своим усилиям разбиваются на две группы - сильно и слабо 'нагруженные. Для каждой группы в узлах принимается одинаковое число гвоздей, рассчитанных по наибольшему для каждой группы усилию. При этом ширина досок решетки, назначаемая в зависимости от числа гвоздей, сохраняется постоянной для всех элементов данной группы. При отсутствии на верхнем поясе сегментной фермы местной нагрузки (под фонарями и другими надстройками) напряжения от изгиба значительно возрастают, что приводит к увеличению сечения пояса фермы.

Поэтому не рекомендуется проектировать фонари и другие надстройки на верхнем поясе сегментной фермы, а также подвешивать к узлам нижнего пояса ферм значительные грузы. Усилия в стержнях при этом резко возрастают, гак как гвоздевое соединение решетки не рассчитано на действие больших нагрузок. Разметка и сборка сегментных ферм в основном производятся на байке.

После разметки фермы на байке перпендикулярно к оси нижнего пояса на расстоянии 1 - 1,5 м прибиваются доски па ребро (ваймы - рис. 6). В этих досках делаются вырезы для верхнего и нижнего поясов. Ширина выреза должна быть больше высоты пояса, чтобы можно было забить парные клинья. Сначала укладывают нижний брусок первой ветви верхнего пояса. Брусок заклинивается в ваймах, стыки его тщательно приторцовываются. После закрепления монтажными гвоздями первого бруска укладываются поочередно остальные бруски верхнего пояса, которые после приторцовки стыков прибиваются монтажными гвоздями к ранее уложенным брускам. Затем переходят к забивке предусмотренных проектом гвоздей в вертикальном направлении и приторцовке брусков к опорному вкладышу.

По окончании сборки первой ветви верхнего пояса переходят к сборке нижнего пояса, начиная ее с размещения опорных и стыковых (накладок, на которые укладываются основные доски нижнего пояса. Потом укладывают доски решетки, накладки и прокладки в верхнем и нижнем поясах. Сборка следующих ветвей верхнего и нижнего поясов выполняется в той же последовательностиразности усилий в смежных панелях нижнего пояса (дельта N) на величину ее расстояния с от центра узла.

В этом случае расчетный изгибающий момент в нижнем поясе будет равен

В собранной ферме сверлят отверстия для болтов и нагелей и в горизонтальном направлении забивают с лицевой стороны гвозди. Гвозди с обратной стороны забиваются после установки фермы в вертикальное положение.

При подъеме сегментных ферм обычно не требуется дополнительных креплений решетки, так как гвоздевое соединение допускает работу стержней на знакопеременные усилия, возможные

при монтаже. Необходимо только в местах крепления тросов предусмотреть подкладки. Стропы рекомендуется кренить в узлах фермы (рис. 6).

Пример. Панель верхнего пояса сегментной фермы, длиной 2.30 м имеет сечение из двух ветвей с четырьмя брусками в каждой. Общее сечение пояса 2*(4x5x6) см². В середине между ветвями имеется сплошная прокладка сечением 6x22 см. Радиус R = 16,3 м.

В третях пролета панели расположено 2 прогона. Нормальное усилие в панели пояса or постоянной нагрузки N₁ = 6.4m и от нагрузки снега N₂ = 5,5 m.

Постоянная нагрузка собственного веса от прогона с крышей Р₁ = 180 кг и от снега Р₂ =140 кг. Проверить сечение пояса и определить требуемое число всех гвоздей (рис. 7).

Имеем:

Принятая высота пояса

Определяем моменты инерции и моменты сопротивления брусков верхнего пояса, предполагая их не скрепленными между собой; в таком случае имеем:

и

Расчетное сжимающее усилие в поясе, с учетом коэффициента перегрузки. по табл. 9 равно

Гибкость:

стрела подъема криволинейной панели в середине панели

То же для прогонов крыши:

Расчетный изгибающий момент от прогонов, принимая проекцию панели равной 230 cos(20) = 216 см и эксцентричное действие сжимающего усилия (направленного по хорде), равен:

Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от нормальной силы при деформации панели (но формуле 33)

При наибольшем возможном шаге гвоздей в 40*0,55 = 22 см в панели можно разместить 33 гвоздя; в действительности требуется разместить только 20.

Гвозди в вертикальном направлении ставятся без расчета с шагом в 20 см в один ряд с верхней и нижней стороны каждой ветви пакета брусков.