Волик А.Р. Конструкции из дерева и пластмасс

Подождите немного. Документ загружается.

131

УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ 6

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

Тема занятий Тип занятий Вид занятий

Кол-во

часов

Обеспечение пространствен-

ной неизменяемости конст-

рукций

Изучение нового

материала

Лекция 2

Деревянные арки и рамы

Изучение нового

материала

Лекция 2

Деревянные балки и стойки

Изучение нового

материала

Лекция 2

Фермы и их проектирование

Изучение нового

материала

Лекция 2

Проверка прочности и ус-

тойчивости арок

Углубление знаний

Практическое

занятие

Конструирование и расчет

узлов арок и рам

Углубление знаний

Практическое

занятие

Конструирование и расчет

металлодеревянных ферм

Углубление знаний

Практическое

занятие

Испытание на статический

изгиб клееной балки прямо-

угольного сечения

Углубление знаний

Лабораторный

практикум

Обеспечение пространственной

неизменяемости здания (по ин-

дивидуальному заданию)

Систематизация

и углубление

навыков

Курсовое

проектирование

Конструирование и расчет

несущих конструкций по ин-

дивидуальному заданию

Систематизация

и углубление

навыков

Курсовое

проектирование

Современные пространст-

венные конструкции

Углубление знаний

Самостоятельная

работа

Подготовка к 2-му промежу-

точному зачету

Предварительный

контроль и коррек-

тировка знаний

Самостоятельная

работа

Лекция 9

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ НЕИЗМЕНЯЕМОСТИ

КОНСТРУКЦИЙ

9.1. Функции связей. Классификация.

9.2. Конструктивные решения связевых ферм.

9.3. Варианты конструктивных решений связевых систем при раз-

личных узловых соединениях.

9.4. Расчет связевой системы.

132

9.1. Функции связей. Классификация

Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фермы) предназначе-

ны для восприятия нагрузок, действующих только в их плоскости.

Сооружение, выполненное только из одних плоских элементов, распо-

ложенных в вертикальной плоскости, будет геометрически изменяемым в про-

странстве. Поэтому для обеспечения пространственной жесткости и геометри-

ческой неизменяемости плоские конструкции объединяют между

собой в гео-

метрически неизменяемый пространственный каркас при помощи связей.

В каркасных зданиях связи выполняют следующие функции:

• создание геометрической неизменяемости сооружения;

• обеспечение устойчивости сжатых элементов путем уменьшения

их расчетной длины (поясов стропильных ферм, колонн, ригелей);

• восприятие нагрузок, действующих из плоскости несущих конст-

рукций (давление ветра, торможение крана), и

передача их через другие

элементы каркаса на фундаменты;

• перераспределение нагрузок между элементами каркаса (например,

при торможении крана, действии случайных эксплуатационных нагрузок);

• фиксирование положения и обеспечение устойчивости конструк-

ции во время монтажа.

По положению (расположению) связи бывают:

По конструктивной части связи могут представлять собой:

Связи

ве

тикальные

горизонтальные

скатные

поперечные

продольные

Связи

связевые

фермы

связевые жесткие

иски

отдельные

элементы

133

Связевые фермы располагают поперек здания в плоскости верхнего

пояса или поверху основных ферм, балок, арок, рам непосредственно у

торцевых стен или между ближайшими к ним несущими конструкциям и в

промежутках не реже чем 30 м (в тех же секциях располагают вертикаль-

ные связи между колоннами). Связевые фермы у торцов здания могут не

устраиваться, если торцевые каменные и железобетонные стены в состоя-

нии воспринимать горизонтальные нагрузки.

В качестве поясов поперечных связевых ферм используются верхние

пояса или все сечение стропильных конструкций.

Решетка применяется раскосной из деревянных элементов или пере-

крестной из стальных тяжей. В качестве стоек связевых ферм могут быть

использованы прогоны или продольные

ребра плит покрытия.

Связевые жесткие диски выполняют в виде двойных дощатых пере-

крестных настилов, из сборных дощатых щитов панелей покрытия, однако

при этом должно быть обеспечено надежное крепление одних элементов, об-

разующих диск, к другим, а также к раскрепляемым конструкциям.

Жесткость покрытий с одинарным настилом или обрешеткой без

диагональных элементов недостаточна

для восприятия ветровой нагрузки

и закрепления плоскостных деревянных конструкций в проектное положе-

ние. В этом случае при наличии деревянных каркасных стен необходимо

устройство в плоскости верхних поясов несущих конструкций горизон-

тальных (скатных) связей.

Отдельные элементы изготавливают из цельной древесины при длине

до 6,5 м, иначе применяют связи двухъярусные, металлические, клееные.

9.2.

Конструктивные решения связевых ферм

Связевые фермы аналогичны по конструкциям стропильным фер-

мам, но в состав фермы включаются элементы несущих и ограждающих

конструкций. Поясами связевых ферм являются пояса ригелей (ферм,

клеефанерных балок) или все сечения несущих конструкций (дощатых

рам, арок, стоек). Стойками ферм служат прогоны или ребра каркаса.

134

Решетки крестовые выполняют из металлических тяжей с муфтами.

Раскосные выполняются деревянными. При частом расположении прого-

нов (через 1,5 ÷ 2 м) рекомендуется применять полураскосную решетку.

Вертикальные связи, расположенные в плоскости стен, выполняют

(рис. 9.2) либо металлическими крестовыми в виде тяжей с муфтами, либо

деревянными.

Рис. 9.1. Схемы решеток связевых ферм:

А – крестовая; Б – раскосная;

В – полураскосная; Г – крестовая

с дополнительными стойками

Рис. 9.2. Схемы вертикальных связей:

А – крестовая; Б – двухъярусная крестовая;

В – раскосная наклонная; Г – многоярус-

ная раскосная наклонная

Расположенные по глухим стенам вертикальные связи целесообразно

выполнять деревянными в виде раскосных или полураскосных ферм.

Связи, размещенные в местах оконных проемов, рекомендуется вы-

полнять металлическими крестовыми из тяжей или портальными. Они не за-

темняют оконных проемов, не нарушают внешнего вида и интерьера здания.

Соединение элементов связей с основной несущей конструкцией

вы-

полняется различными вариантами (рис. 9.3): а – присоединение деревян-

ных раскосов в полдерева на гвоздях; б – то же, с опиранием на деревян-

ную прибоину; в – то же, с помощью металлической полосы, пропускае-

мой в вертикальный пропил и закрепляемой болтами; г – то же, с опирани-

ем на металлический уголок с приваренными полосами

и прикреплением

болтами; д – присоединение металлических раскосов и деревянных распо-

рок с помощью фасонки и башмака; е – то же, металлических раскосов из

тяжей и трубчатой распорки с помощью фасонок на болтах или глухарях.

135

Рис. 9.3. Узлы соединения элементов связей с основной несущей конструкцией:

1 – основная несущая конструкция; 2 – прогон; 3 – дощатый раскос; 4 – болт; 5 – при-

боина (брус); 6 – брусчатый раскос; 7 – полосовая сталь толщиной 2 – 3 мм; 8 – планка;

9 – уголок; 10 – ребро жесткости; 11 – полоса толщиной 4 – 5 мм; 12 – фасонка;

13 – тяж или полоса; 14 – глухарь; 15 – башмак из листовой стали толщиной 4 – 5 мм;

16 – деревянная распорка; 17 – натяжная муфта; 18 – металлическая трубчатая распорка

136

9.3. Варианты конструктивных решений связевых систем при

различных узловых соединениях

Каркасные деревянные здания с плоскими конструкциями в зависи-

мости от особенностей узловых соединений элементов каркаса между со-

бой и фундаментами можно разделить на четыре основных типа.

Первый тип – здания с защемленными во всех направлениях колон-

нами и линейными элементами покрытия (т.

е. жесткое защемление колонн

и жесткое соединение колонн с элементами покрытия). Такой каркас явля-

ется устойчивым как в продольном, так и в поперечном направлении и не

требует постановки связей при условии, что все элементы каркаса закреп-

лены в узлах от взаимных смещений. Иногда в таких зданиях могут уста-

навливаться связи, препятствующие

перекосу здания при возможной не-

равномерной осадке грунта, если такая осадка представляет опасность для

здания (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Схема каркаса здания с защемленными во всех направлениях колоннами

и линейными несущими элементами (пунктиром показано возможное расположение

связей, препятствующих перекосу каркаса при неравномерной осадке грунта)

Второй тип – здания с каркасом из плоских трехшарнирных рам или

арок. Поперечная устойчивость таких зданий обеспечена геометрически

неизменяемыми конструкциями рам или арок без постановки связей, а

продольная – не обеспечена.

При отсутствии связей на рис. 9.5 показаны возможные перемещения

участков каркаса (1, 2). Деревянные прогоны, а также продольные ребра

панелей, выполняют роль распорок и

являются элементами связей, но

137

существующие способы их крепления к несущим конструкциям каркаса по-

зволяют получить лишь шарнирные соединения. Они не препятствуют воз-

можным перемещениям 1 и 2, поэтому для предотвращения этих деформа-

ций и обеспечения продольной устойчивости в зданиях устраивают связи.

Рис. 9.5. Кинематические схемы деформации зданий без связей с каркасами:

А – из трехшарнирных рам; Б – из трехшарнирных арок

В рамных зданиях эти связи выполняют раздельно: по стенам – вер-

тикальные ВС (1) и в покрытиях – наклонные (НС) или скатные (СС) (2)

(рис. 9.6). В арочных зданиях – это скатные (или наклонные) связи. Две

смежные арки, рамы, объединенные между собой, создают жесткий

пространственный блок, состоящий из связевых ферм. Такие блоки соз-

даются в торцах

здания и через 25 ÷ 30 м.

Рис. 9.6. Схемы расстановки связей в зданиях с каркасами:

А – из трехшарнирных рам; Б – из трехшарнирных арок

138

Третий тип – здания с защемленными в поперечном направлении

колоннами и плоскими стропильными конструкциями (двухшарнирная ра-

ма) (рис. 9.7). Поперечная устойчивость здания обеспечивается без связей

самой конструкцией двухшарнирной рамы.

Для обеспечения продольной устойчивости деформации 1 и 3 долж-

ны быть устранены постановкой вертикальных связей по колоннам ВС (1)

и в шатре 3 (рис. 9.8). Связи шатра 3 при пролетах

стропильных конструк-

ций до 18 м достаточно располагать посередине пролета, при больших

пролетах их устраивают у опор ферм (балок) или в четвертях (третях) про-

лета. Эти связи размещают по длине здания через 25 ÷ 30 м. Иногда для

удобства монтажа фермы или балки соединяют вертикальными связями 3

попарно.

Рис. 9.7. Кинематическая схема каркаса здания без связей

с защемленными колоннами

139

Рис. 9.8. Схема расстановки связей в здании с защемленными колоннами:

1 – вертикальные связи; 2 – скатные связи; 3 – вертикальные связи шатра

При действии ветровой нагрузки на торец здания стропильные кон-

струкции, раскрепленные лишь связями 3 могут иметь деформации 2. Во

избежание повреждения кровли или излома ферм в горизонтальном на-

правлении деформации 2 должны быть устранены связевыми поперечными

фермами 2. Такие же связевые фермы 3 выполняются через 25 ÷ 30 метров

по длине здания.

Четвертый тип – здания с шарнирно

опертыми колоннами и пло-

скими стропильными конструкциями (рис. 9.9).

Четвертый тип здания отличается от третьего тем, что в нем не

обеспечена поперечная устойчивость, т.е. есть деформации 4, а при жест-

ких торцевых стенах и поперечные деформации прогонов 5. Для устране-

ния этих двух деформаций и обеспечения геометрической неизменяемо-

сти поперечника каркаса необходимо

устройство продольной связевой

фермы 5 (рис. 9.10) в плоскости верхних поясов, опорами которой явля-

ются поперечные диаграммы жесткости 4, устраиваемые по торцам через

25 ÷ 30 метров по длине здания в виде защемленных колонн или трех-

шарнирных рам.

140

Рис. 9.9. Кинематическая схема каркаса здания без связей

с шарнирно опертыми колоннами

Рис. 9.10. Схема расстановки связей в здании с шарнирно опертыми колоннами:

1 – вертикальные связи; 2 – скатные связи; 3 – вертикальные связи шатра; 4 – попереч-

ная диафрагма жесткости; 5 – продольная связевая ферма; 6 – продольная горизонталь-

ная ферма в плоскости нижних поясов стропильной конструкции