Крупнопанельные фермы и шпренгельные системы с клееным верхним поясом

Шпренгельными называются стержневые системы, состоящие из способных самостоятельно работать дере­вянных конструкций, которые, кроме того, содержат до­полнительные элементы, предназначенные для уменьше­ния изгибающих моментов основных элементов, загру­женных внеузловой нагрузкой. Шпренгельные системы статически неопределимы.

Верхний пояс шпренгельных систем выполняют из клееных деревянных блоков, брусьев или бревен. Ниж­ний пояс изготовляют из круглой стали или стальных профилей. Как правило, узлы нижнего пояса шпренгель­ных систем располагаются ниже отметки опорных узлов. Вследствие этого их нижние промежуточные узлы явля­ются неустойчивыми и для устранения возможного вы­хода их из плоскости фермы осуществляют попарное закрепление конструкций вертикальными связями. Связи крепят к стойкам шпренгельных систем. Решетка шпрен­гельных систем обычно состоит из вертикально постав­ленных деревянных стоек.

Рис. 1. Простейшие формы шпренгельных систем

Расчет шпренгельных систем. Усилия в стержнях си­стемы вычисляют общими методами строительной механики.

Рассмотрим расчет шпренгельной балки (рис. 2)при двух возможных схемах ее работы:

Рис. 2. Детали узлов шпренгельной балки с неразрезным верхним поясом

а) просадкинасредней опоре нет и верхний пояс представляет собой неразрезную балку; в этом случае имеет место макси­мальный отрицательный момент на средней опоре;

б) просадка средней опоры такова, что изгибающий мо­мент на ней равен нулю, а верхний пояс представляет собой две однопролетные балки; в этом случае имеется максимальный положительный момент в пролете.

Расчет системы как неразрезной балки.

Для уменьшения расчетного изгибающего момента нормальную силу N нередко на крайних опорах прикла­дывают с эксцентриситетом е. Тогда изгибающий момент на средней опоре при равномерно распределенной на­грузке будет

Сжимающая нормальная сила в верхнем поясе

Растягивающее усилие в нижнем поясе — подпружиненной цепи

Сжимающее усилие в стойке (с учетом неразрезности верхнего пояса)

Проверку сечения верх­него пояса проводят по формуле для сжато-изгибаемых стержней

Расчетную гибкость стержня для определения коэф­фициента x подсчитывают по полной длине l.

Расчет системы при просадке средней опоры.

Расчетный момент в середине пролета l при равно­мерно распределенной нагрузке q и при наличии эксцен­триситета е будет

Сжимающая сила в верхнем поясе

Растягивающее усилие в нижнем поясе - подпруж­ной цепи

Сжимающее усилие в стойке

Сечение верхнего пояса проверяют так же, как и в предыдущем случае, по формуле для сжато-изгибаемых стержней. Расчетную гибкость для определения коэффи­циента x подсчитывают по длине l.

Как видно из приведенных выражений, максимальные нормальные силы в верхнем поясе, нижнем поясе и стой­ке получаются при работе верхнего пояса как неразрез­ной балки, т.е. при отсутствии просадки среднего узла. Изгибающий момент следует рассчитывать для обоих рассмотренных случаев.

Для обеспечения надлежащей плотности соединений элементов шпренгельных систем осуществляют натяже­ние нижнего пояса, называемого подпружной цепью, ко­торое достигается с помощью гаек в опорных узлах, или натяжной муфты, либо опусканием подпружной цепи вдоль стойки с помощью специальной серьги (см. рис. 2). Такое устройство не требует больших усилий для натяжения цепи и удобно для подтягивания ее во время эксплуатации.

Простейшими шпренгельными системами перекрыва­ют пролеты 9 -15 м, сложными шпренгельными систе­мами - до 40 м.

При эксплуатации деревянных конструкций встреча­ется необходимость их усиления. Одним из возможных способов усиления деревянных балок и треугольных распорных систем является превращение их в шпренгельные системы.

Кроме шпренгельных систем в строительстве приме­няют треугольные фермы шпренгельного типа, по форме схожие со шпренгельными системами (см. рис. 1, а). Однако в отличие от шпренгельных систем в фермах шпренгельного типа все узлы решают шарнирно и они являются статически определимыми.

Клеедеревянные фермы.

Клеедеревянные фермы заводского изготовления в основном имеют пролеты от 18 до 30 м и высоту, равную 1/6 пролета, тре­угольное, сегментное или пятиугольное очертание (рис. 3). Верхний пояс этих ферм имеет прямую или гнутую форму и круп­ное прямоугольное сечение и способен нести межузловую на­грузку от настилов покрытия. Ширина его сечения обычно не пре­вышает 17 см, с тем чтобы его можно было склеивать из досок без их стыкования по кромкам. Высота сечения верхнего пояса может быть любой, требуемой расчетом, кратной толщине склеиваемых досок.

Рис. 3. Клеедеревянные фермы:

а-треугольная с нисходящими раскосами;

б-треугольная с восходящими раскосами; в-сегментная; г-пятиугольная.

Нижний пояс клеедеревянных ферм обычно делается сталь­ным из двух стальных уголков, соединенных полками вовнутрь, и имеет такую же ширину, как и ширина верхнего пояса для упро­щения конструкции узлов. Из-за стального нижнего пояса эти фермы называются иногда металлодеревянными.

Стержни решетки этих ферм, в которых действуют большие сжимающие или малые растягивающие силы, делаются клеедере-вянными прямоугольного сечения такой же ширины, как и сечение верхнего пояса, с целью упрощения их крепления в узлах. Стерж­ни решетки, в которых действуют большие растягивающие силы, выполняют, как правило, стальными с сечением из двойных угол­ков или из арматурных стержней.

Треугольная клеедеревянная ферма с нисходящими раскосами(рис. 3, а) имеет значительный уклон верхнего пояса и предназначена для покрытии с чешуйчатой кровлей. Ее верхний пояс состоит из шести или четырех прямых стержней, соединенных в узел с эксцентриситетами для уменьшения изгибающих мо­ментов от межузловых нагрузок. Нижний пояс делается из двойных стальных уголков. Все раскосы этой фермы работают только на сжатие и имеют клеедеревянное прямоугольное сечение такой же ширины, как и верхний пояс. Стойки фермы работают только на растяжение и изготовляются из одиночных стальных арматурных стержней.

Треугольная клеедеревянная ферма с восходящими раскосами(рис. 3, 6) имеет такой же верхний и нижний пояса и назначе­ние, как и ферма с нисходящими раскосами. Раскосы работают постоянно на растяжение и выполняются из одиночных стальных арматурных стержней. Стойки в этом случае постоянно работают на сжатие и изготовляются преимущественно клеедеревянного сечения такой же ширины, как и сечения верхнего пояса. В этой ферме несколько сложней, чем в ферме с нисходящими раскосами, решаются крепления растянутых раскосов в узлах и крепление подвесных потолков. Кроме того, наклонные стальные стержни раскосов могут иметь заметные прогибы от собственного веса.

Сегментные клеедеревянные фермы (рис. 3, в) предназначены для покрытий с рулонной кровлей. Они имеют, как правило, тре­угольную схему решетки. Верхний пояс состоит обычно из четырех или трех клеедеревянных стержней одинаковой длины прямо­угольного сечения, изогнутых по дуге окружности при изготовле­нии. Стержни соединяются центрирование по их осям. Нижний пояс состоит из двойных стальных уголков. Раскосы решетки этой фер­мы, в которых действуют незначительные знакопеременные про­дольные силы, делаются клеедеревянными прямоугольного сече­ния, шириной, равной ширине сечения верхнего и нижнего поясов. При наличии подвесного потолка эта ферма имеет также стойки, которые работают на растяжение и выполняются из стальной ар­матуры. При отсутствии подвесных нагрузок эта ферма имеет тон­кие арматурные подвески для предотвращения заметного прови­сания нижнего пояса. Благодаря изогнутой форме верхнего пояса в его сечениях возникают небольшие знакопеременные изгибаю­щие моменты от межузловой нагрузки и эксцентричного дей­ствия продольных сил в расчетных сечениях, имеющих противо­положные знаки. Поэтому сечения стержней сегментной фермы имеют меньшие размеры, и такие фермы по расходу клееной дре­весины и стоимости являются наиболее экономичными.

Пятиугольная клеедеревянная ферма (рис. 3, г) имеет малые уклоны верхнего пояса. Она служит основой для деревянных покрытий с рулонной кровлей и для покрытий средних пролетов трехпролетных покрытий. Ферма имеет треугольную со стойками схему решетки. Верхний пояс состоит из четырех клеедеревянных стержней прямоугольного сечения, которые соединяются в узлах эксцентрично по отношению к их осям. Средние панели нижнего пояса и опорные раскосы, в которых действуют большие растя­гивающие усилия, делаются из двойных стальных уголков. Сжа­тые стойки и средние раскосы, в которых действуют небольшие знакопеременные усилия, делаются клеедеревянными. Такие фер­мы относятся к менее экономичным типам ферм.