9447

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В. Г. МИРОНОВ, А. С. ТОРОПОВ

ПОКРЫТИЕ ПО МНОГОУГОЛЬНЫМ МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫМ ФЕРМАМ С ВЕРХНИМ ПОЯСОМ ИЗ БРУСЬЕВ

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебно-методического пособия

Нижний Новгород ННГАСУ

2017

ББК 38.5 М 64 Т 61

Печатается в авторской редакции

Рецензенты:

В.Г. Котлов – к.т.н, доцент, директор института строительства и архитектуры, профессор кафедры строительных конструкций и водоснабжения Поволжского государственного технического университета

С.И. Рощина – д-р т.н., профессор, зав. кафедрой строительных конструкций Владимирского государственного университета им. А. Г. и Н. Г. Столетовых

Миронов В.Г. Покрытие по многоугольным металлодеревянным фермам с верхним поясом из бруса. [Текст]: учебно-метод. пособие / В.Г. Миронов, А.С. Торопов; Нижегор. гос. архитектур.- строит, ун-т. - Н. Новгород: ННГАСУ, 2017. - 85 с. ISBN 978-5-528-00201-9

Представлены основные сведения о многоугольных фермах, а также пример расчета и конструирования покрытия над зданием деревообрабатывающего цеха. В приложениях приведена основная нормативная информация, необходимая для выполнения расчетов.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения направления подготовки бакалавриата 08.03.01 «Строительство», изучающих курс «Конструкции из дерева и пластмасс», а также выполняющих ВКР (б) с использованием металлодеревянных ферм.

СОДЕРЖАНИЕ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ……………………………………………………………... 4

2.3.7. Проверка верхней обшивки на местный изгиб между продольными ребрами от

4

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1.Область применения

Многоугольная металлодеревянная ферма с верхним поясом из брусьев относится к индустриальным конструкциям заводского изготовления и предназначается для применения в покрытиях однопролѐтных промышленных, общественных и сельскохозяйственных зданий с наружным отводом воды при пролѐтах 12-30м. Применение фонарей и подвесного оборудования в покрытиях по многоугольным фермам не рекомендуется.

Имея преимущество сегментных ферм в смысле очертания верхнего пояса, они невыгодно отличаются от них большим числом сборочных элементов и узлов, что сильно увеличивает трудоѐмкость их изготовления. В зависимости от величины перекрываемых пролѐтов и нагрузок многоугольные фермы решают с различным количеством стоек в решѐтке (см. рис 1.1)

Верхний пояс многоугольной фермы представляет собой многоугольник, вписанный в окружность или описанный около неѐ.

Нижний пояс делают, как правило, металлический из профильной стали. Решѐтка выполняется из цельного соснового бруса со стоечно-раскосной схемой. Длина панели верхнего пояса значительно меньше, чем в клееных сегментных фермах, так как несущая способность бруса ограничена его размерами по сортаменту. Решение узлов в многоугольных фермах во многом аналогично решению узлов в сегментных фермах. Раскосы и стойки решетки имеют по концам парные металлические планки-наконечники из полосовой стали, прикрепленные болтами к деревянному элементу, за исключением верхнего наконечника стойки, который делается из уголка. Опорный узел может быть решѐн так же, как в сегментных фермах.

5

Рис. 1.1. Многоугольные брусчатые фермы с металлическим нижним поясом

6

1.2.Основные положения расчета

Нормальные усилия в элементах многоугольных ферм вычисляются обычным образом, например, построением диаграммы Максвелла-Кремоны от расчетных узловых нагрузок. Если ферма симметрична, то достаточно построить одну диаграмму Максвелла-Кремоны от расчѐтной нагрузки на половине пролѐта и затем путѐм комбинирования усилий получить их расчѐтные значения для каждого элемента фермы.

Для уменьшения расчѐтных изгибающих моментов от межузловой нагрузки в верхнем поясе искусственно создаѐтся изгибающий момент обратного знака, для чего в промежуточных узлах верхнего пояса фермы применяют внецентренное стыкование бруса, осуществляется упор только нижних частей поперечного сечения бруса. Тот же приѐм применяется и в опорных узлах.

Размеры поперечного сечения верхнего пояса фермы определяют из расчета опорной панели (как наиболее нагруженной временной снеговой нагрузкой) и панели, наименее наклонной к горизонту (так как составляющая постоянной и временной снеговой нагрузки, перпендикулярная к скату, в ней наибольшая).

В элементах верхнего пояса фермы, кроме продольных усилий, действует изгибающий момент от внеузловой нагрузки. Для уменьшения его продольные усилия прикладывают с эксцентриситетами е, величину которых назначают из условия равенства напряжений или моментов (по абсолютной величине) в середине панелей и на их концах.

Для панелей, рассматриваемых как однопролетные шарнирно-опертые балки, величина эксцентриситета определяется по формуле (1.1). Для панелей, представляющих неразрезные двухпролетные балки (рис. 1.2а ) - приравняв моменты в пролете и по концам между собой.

7

Рис. 1.2. К расчету верхнего пояса многоугольной фермы а – средняя опора не имеет просадки; в – средняя опора имеет просадку и момент на опо-

ре равен нулю; б и г – к определению моментов по деформированной схеме

— коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, который предварительно принимается равным

0,7 - 0,85.

Расчет панелей верхнего пояса на прочность производится по формуле (1.2)

8

где N - расчетная сжимающая сила, действующая в рассчитываемом элементе; тв - коэффициент условий эксплуатации, принимаемый по табл.7 [1]; тд - коэффициент, равный 0,8, если напряжения в элементе, возникающие от

постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок; т - коэффициент масштабности сечения, принимаемый по табл.9 [1];

тсл - коэффициент, учитывающий толщину слоев клееного элемента и принимаемый по табл.10 [1];

тгн - коэффициент для гнутых клееных элементов, принимаемый по табл.11 [1];

МД - деформационный изгибающий момент от действия поперечных и про-

дольных нагрузок, определяемый по деформированной схеме (см. п.6.17 прим.1

[1]);

Fрасч - расчетная площадь поперечного сечения элемента, принимаемая для на-

шего случая, когда в расчетном сечении элемента нет ослаблений (см. п.6.2 [1]), равной Fрасч Fбр ;

Wрасч - расчетный момент сопротивления поперечного сечения, равный для на-

шего случая (см. п.6.9 [1]) Wнт Wбр .

При проверке напряжений в опорной панели фермы, рассматривая ее как однопролетную балку, изгибающий момент М Д определяется по формуле:

МД 1 (Mq M N ) ;

Kn

продольной силы, вследствие прогиба элементов.

Верхний пояс в многоугольных фермах выполняется из брусьев, длина которых вдвое превышает длину панели. Таким образом, брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную неразрезную балку со средней опорой на стойке решетки. Если нагрузка приложена не только в узлах, но и между ними (обычный случай), то на средней опоре возникает изгибающий момент, значение которого зависит от просадки опоры, т.е. от просадки бруса верхнего пояса на стойке. Величина этой просадки в общем случае неизвестна – она зависит от точности сбора фермы, качества древесины и пр. Поэтому в расчете рассматривается два крайних случая:

9

— средняя опора не имеет просадки, и брус верхнего пояса представляет двухпролетную неразрезную балку, рис. 1.2а;

—средняя опора имеет такую просадку, когда изгибающий момент на средней опоре равен нулю, и брус верхнего пояса представляет разрезную балку с пролетом, равным длине панели, рис. 1.2в.

В первом случае в двухпролетной неразрезной балке момент на средней опоре при действии равномерно распределенной нагрузки равен

Момент в этом же сечении от внецентренного приложения сжимающей силы

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

Наибольший момент в пролете, на расстоянии 0, 4ln от опоры А при действии равномерно распределенной нагрузки равен

Момент в этом же сечении от внецентренного приложения сжимающей силы

Для определения опорного и пролетного моментов от поперечной нагрузки и продольной силы по деформированной схеме рассмотрим один пролет балки, представив его в виде схемы, изображенной на рис. 1.2б. Разнозначную эпюру моментов M N (рис. 1.2г) разложим на две — кососимметричную и симметричную. При кососимметричной эпюре изгибающие моменты определяются по формулам:

— в пролѐте на расстоянии 0, 4ln от опоры А

M x N k 0,15 N e; (1.8)

При симметричной эпюре моментов на опоре и в пролѐте моменты равны:

M c N с M x N с 0, 25 N e; (1.9)

Момент от действия симметричной нагрузки и продольной силы по деформированной схеме определяется согласно п. 4.17 [4] с учѐтом пп. 4.11 и 4.12 [4] по формуле:

Во втором случае, рассматривая панель, как однопролѐтную балку (рис. 1.2 в), момент в середине пролѐта от действия поперечной нагрузки и продольной силы по деформированной схеме определим по формуле