Сегментная ферма – Клееные сегментные фермы с разрезным верхним поясом. Расчет и конструирование.

44. Сегментные клееные фермы.

Верхний пояс клееных сегментных ферм очерчен по дуге и разбит на панели крупных размеров. В современ­ном строительстве применяют главным образом метал-лодеревянные сегментные фермы с клееным верхним по­ясом и с прямолинейным нижним поясом из профильной или круглой стали. Пролеты клееных ферм рекомендуется принимать до 36 м.

Сегментные фермы можно изготовлять и значитель­но больших пролетов, а при обеспечении надлежащего контроля за качеством нижние пояса выполнять клееными, причем очертание нижних поясов может быть не только прямолинейным, но и криволинейным.

В конструктивном отношении верхний пояс представ­ляет собой пакет, склеенный из досок плашмя, имею-ющий прямоугольное сечение шириной

Стыки гнутоклееных блоков выпол­няют непосредственным упором торцов или через свар­ные вкладыши в узлах, закрепленных от выхода из пло­скости фермы.

В этом отношении сегментные фермы явля­ются выгодной конструкцией, так как в ней применяется треугольная решетка и в узлах сходится не более двух элементов, которые центрируют в этих узлах.

Очертание верхнего пояса близко к кривой давления от нагруз­ки, равномерно распределенной по всему пролету, и усилия в решетке сравнительно малы. Следует стремиться использовать минимальное число панелей и принимать длину панелей верхнего пояса не менее 6 м.

Конструкция узлов верхнего пояса различна при раз­резном и неразрезном поясе. В обоих случа­ях к концам раскосов прикрепляют на болтах металли­ческие пластинки — наконечники, имеющие в свободном конце отверстие для узлового болта.

При разрезном верхнем поясе в его стыке помеща­ют металлический вкладыш. Узловой болт расположен в центре вкладыша. Усилия от раскосов через пластинки-наконечники вос­принимаются узловым болтом, который передает их рав­нодействующую на металлический вкладыш, а послед­ний — на верхний пояс. Работа уз­лового болта в металле с последующим распределением усилия по большой поверхности соприкасания вклады­ша с торцами верхнего пояса, отсутствие скалывания, шарнирность в присоединении элементов решетки и про­стота сборки—положительные особенности данного ре­шения узла. Передача усилия в стыках и узлах вдоль волокон древесины уменьшает вредное влияние усушки на деформацию ферм.

Узел разрезного верхнего пояса может не иметь ме­таллического вкладыша. В этом случае торцы панелей верхнего пояса упираются один в другой. Стык пере­крывается парными деревянными накладками на бол­тах. Между панелями верхнего пояса и парными на­кладками в специально выбранных в накладках пазах помещают наконечники раскосов, выполненные из поло­совой стали. Узловой болт, в таком случае фактически работает как четырехсрезный болт, в расчете обычно рассматривают как трехсрезный болт (этим учитывается разрезность верхнего пояса в месте расположения болта).

Верхний пояс таких ферм следу­ет разбивать так, чтобы первые от узла панели не пре­вышали 0,7 длины остальных панелей одинаковой длины.

Наконечники соединяются с элементами решетки глухими стальньми нагелями. При использовании сквозных нагелей отверстия для них надо одновременно сверлить в метал­лических пластинках — наконечниках и в деревянном верхнем поясе, что вызывает известные затруднения.

В неразрезном верхнем поясе равнодействующую усилий сходящихся в данном узле раскосов передается металлическими накладками — наконечниками на узловой болт, от него на узловые металлические наклад­ки, а от них рассредоточено металлическими нагеля­ми на верхний пояс. Нагели эти работают под углом к волокнам верхнего пояса, что должно учитываться в рас­чете.

Промежуточый узел нижнего пояса может решаться путем приваривания сверху к профильным элементам пояса узловой шпильки с резьбой по обеим концам для крепления пластинок—наконечников раскосов. Такой вариант более предпочтителен, так как наилучшим образом созда­ется шарнирность в узле, а также обеспечивается удоб­ство сборки. Тем не менее в расчете необходимо учесть эксцентричное решение узла.

Опорные узлы имеют следующие варианты:

1. торец клееного верхнего пояса упирается в упорный элемент (упорная пластинка из листовой ста­ли, усиленная ребрами жесткости или швеллер) сварного башмака. Боковые фасонки свар­ного башмака передают усилия на опорную плиту. Верхний пояс соединяют со сварным башмаком болтом (глухарями), причем болт (глухари) пропускают либо через боковые фасонки, либо через приваренные к упорной плите спе­циально предназначенные для этой цели накладки из листовой стали;

2. ижний конец клееного верхнего пояса обре­зают так, чтобы создать горизонтальную плоскость для опирания фермы и вертикальную плоскость для упо­ра- в сварной элемент, состоящий из упорного эле­мента и боковых фасонок. Боковые фасонки глухарями крепят к верхнему поясу. К ним, в свою очередь, прива­ривают стальные элементы нижнего пояса.

В опорных узлах обоих вариантов, где сходятся эле­менты, имеющие большие усилия, должно быть осуще­ствлено строгое центрирование всех элементов.

РАСЧЕТ

Расчет клееных сегментных ферм начинают с опре­деления продольных усилий в элементах ферм от узло­вой расчетной нагрузки. Криволинейный верхний пояс заменяют при этом прямолинейным— узлы верхнего по­яса соединяют прямыми линиями — хордами, исходя при этом из предположения шарнирности узлов.

Верхний пояс:

Вследствие криволинейности верхнего пояса и расположения нагрузки между узлами он рабо­тает как сжато-изгибаемый стержень. Принятое сечение проверяют по формуле:

В случае разрезного верхнего пояса, загруженного равномерно распределенной нагрузкой

f — cтрела выгиба панели, приближенно определяемая по формуле

Аналогично, в некоторых случаях упрощенно нахо­дят расчетный момент М, когда панели разрезного верхнего пояса загружены неравномерной распределенной, временной поперечной нагрузкой, сосредоточенными силами и т. д.

В фермах с неразрезным верхним поясом моменты М₀ определяют как для многопролетной неразрезной балки с равными или неравными пролетами. Панель представляет собой однопролет-ную балку, причем крайние панели, расположенные у опор фермы, рассматривают как однопролетные балки, шарнирно опертые с одного конца и с жестко закреп­ленным другим концом, а средние панели — как одно-пролетные балки с жестко закрепленными концами.

При проверке сечения неразрезного верхнего пояса по формуле сжато-изгибаемого стержня его расчетную длину при определении гибкости и коэффициента | при­нимают в частном случае при равных панелях и равно­мерно-распределенной нагрузке в пролете крайней (опор­ной) панели 0,8 длины хорды, а в средних панелях 0,6 длины хорды.

Сегментные фермы с отношением высоты к пролету меньше 1/7 следует рассчитывать с учетом дополнитель­ных напряжений, возникающих в неразрезных поясах в результате прогиба ферм с учетом деформаций податли­вых соединений.

Нижний пояс:

Металлический нижний по­яс проверяют на растяжение по площади нетто, т.е с учетом ослаблений от отверстий для узловых болтов. В случае эксцентричного крепления решетки в узлах нижнего пояса необходимо в расчетах учесть влияние возникающего при этом дополнительного изгибающего момента в нижнем поясе. Сжатые раскосы рассчитыва­ют на продольный изгиб с расчетной длиной, равной дли­не раскоса между центрами узлов фермы; растянутые на растяжение с учетом имеющихся ослаблений.

Металлические пластинки-наконечники рассчитывают на продольный изгиб. Их расчетную длину принима­ют равной расстоянию от узлового болта до ближайше­го болта в пластинке. Для уменьшения продольного изги­ба пластинок-наконечников их стягивают дополнитель­ным болтом, который, ставят у торца деревянной части раскоса со стороны пояса.

Узловой болт, на который надевают пластинки-нако­нечники раскосов, рассчитывают на восприятие силы R, равной равнодействующей усилий сходящихся в узле раскосов.

studfile.net

1. Расчет фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом

Ягмур А.А., Назим Я.В., Бакаев С.Н., Бусько М.В.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения курсового проекта по дисциплине

«Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему: «Ферма сегментного очертания с клееным верхним поясом»

Министерство образования и науки Украины

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Кафедра “Металлические конструкции”

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения курсового проекта по дисциплине

«Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему: «Ферма сегментного очертания с клееным верхним поясом»

(для студентов специальностей

6.120.100 «Архитектура»;

6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство»)

Утверждено на заседании кафедры ”Металлические конструкции” Протокол № 614 от 25.10.2007 г.

М акеевка, ДонНАСА, 2007 г.

УДК: 624.011.1.04(083.75)

Методические указания по расчету фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом (Пример расчета) для студентов специальностей 6.120.100 «Архитектура» и 6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство» / Сост.: Ягмур А.А., Назим Я.В., Бакаев С.Н., Бусько М.В. – Макеевка: ДонНАСА. – 2007. – 24 с.

В методических указаниях приведены основные положения расчета несущих конструкций покрытия здания с каркасом из древесины на примере расчета фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 6.120.100 «Архитектура» и 6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения.

Составители: Ягмур А.А., доц.

Назим Я.В., доц.

Бакаев С.Н., доц.

Бусько М.В., доц.

Ответственный за выпуск: Ягмур А.А., доц.

Рецензент: Невгень Н.А., доц.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

• Здание производственного назначения;

• Температурный режим работы здания – отапливаемое;

• Класс здания по степени ответственности – III;

• Группа конструкций – А I;

• Район строительства – г. Киев, II снеговой, II ветровой районы;

• Пролет здания – 24 м;

• Высота до низа конструкций – 6 м;

• Шаг колонн – 6 м;

• Долина здания – 60 м.

• Покрытие с рулонной кровлей по клеефанерным панелям и сегментным фермам.

Несущие конструкции покрытия принимаем в виде сегментных металлодеревянных ферм с разрезным верхним поясом из дощато-клееных блоков. Материал конструкций – клееные брусья для сжатых и сжато-изгибаемых элементов и сталь С235 – для растянутых.

Схема сегментной фермы на рис. 1.

Рис. 1. Геометрическая схема сегментной фермы

Расчетный пролет , расчетная высота фермы. Решетка фермы треугольная. Радиус оси верхнего пояса:

Длина дуги верхнего пояса:

где — центральный угол;

,

Принимаем верхний пояс из 4 равных панелей. Длина панели:

Длина хорды:

;

Размер стрелки ВГ:

Тогда ЕГ:

Длина хорды ББ:

Длина раскоса БД:

Длина раскоса ДВ:

Стрела выгиба панели верхнего пояса:

2. Статический расчет фермы

Постоянная нагрузка – от ограждающих конструкций (от панелей покрытия).

Нормативная нагрузка: .

Расчетная нагрузка на ферму от панелей покрытия: .

Собственный вес фермы:

где длясегментной фермы пролетом 24 м.

Расчетное значение постоянной нагрузки на 1 п.м. фермы:

Согласно п.5.1 [2] приложение 3 (схема 2) нагрузка на 1 м² горизонтальной поверхности покрытия вычисляют по формуле:

где ;при;

Нормативная нагрузка при шаге 6 м:

Коэффициент надежности по нагрузке для снеговой нагрузки составляет:

так как

2.1. Определение узловых нагрузок

Все нагрузки приложены к узлам верхнего пояса фермы, горизонтальную проекцию каждой панели верхнего пояса рассматриваем как однопролетную балку с соответствующей схемой загружения.

Рис. 2. Возможные варианты загружения сегментной фермы

с разрезным клееным поясом снеговой нагрузкой

а) равномерно распределенная по всему пролету;

б) по закону треугольника на каждой половине пролета;

в) равномерно распределенная на левой половине пролета;

г) по закону треугольника на левой половине пролета

Узловые постоянные нагрузки:

Проверка:

Узловые временные нагрузки от загружения снеговой нагрузкой.

Вариант А. Равномерно распределенная снеговая нагрузка:

Проверка

Вариант Б. Снеговая нагрузка распределена по закону треугольника на каждом полупролете.

Определим интенсивность снеговой нагрузкой у опорных углов фермы в соответствии с [2] схема 2, Приложение 3.

при ;

Для определения узловых нагрузок на узлы верхнего пояса фермы воспользуемся схемами однопролетных балок для различных схем загружения:

Проверка

Вариант В Снеговая нагрузка равномерно распределенная на ½ пролета.

Проверка

.

Вариант Г Снеговая нагрузка распределенная по закону треугольника на половине пролета.

; ;;

; .

Проверка:

Постоянная нагрузка, кН

Снеговая нагрузка (вариант а), кН

Снеговая нагрузка (вариант б), кН

Снеговая нагрузка (вариант в), кН

Снеговая нагрузка (вариант г), кН

Рис. 3. Загружения сегментной фермы узловыми нагрузками по вариантам

2.2. Определение усилий в элементах фермы

Статический расчет фермы выполняем по программе «Лира-Windows 9.0». Нумерация элементов и узлов принята цифровая (см. рис. 4).

Рис. 4. Нумерация узлов и элементов сегментной фермы

После расчета фермы на постоянную и 4 варианта загружения снеговой нагрузкой определим расчетные усилия в стержнях фермы.

Расчетные продольные усилия приводятся в табличной форме.

Примечание: В скобках нумерация элементов фермы согласно программы «Лира-Windows 9.0»

studfile.net

3. Расчет и конструирование сегментной фермы

3.1. Подбор сечения панели верхнего пояса

Изгибающий момент в панели верхнего пояса сегментных ферм определяют по формуле:

Вычисляем изгибающий момент в опорных панелях верхнего пояса при различных сочетаниях действия постоянных и временных нагрузок. В тех случаях, когда на панель действует неравномерно распределенная нагрузка, максимальный момент определяется приближенно как сумма моментов от равномерно распределенной и распределенной по закону треугольника.

Панель аб (стержень 4)

Вариант А: загружение снеговой нагрузкой по синусоиде.

Вариант Б: загружение снеговой нагрузкой по закону треугольника на каждом полупролете.

где 0,0642 – коэффициент для определения максимального изгибающего момента при загружения треугольной нагрузкой.

Панель а/б/ (стержень 7)

В качестве расчетной рассматриваем панель АБ (стержень 4) при загружении фермы равномерно распределенной постоянной нагрузкой и варианте 1 снеговой нагрузкой по синусоиде

Принимаем клееные блоки состоящие из 10 слоев фрезерованных с четырех сторон досок после фрезерования имеющие размеры 134х33 мм (рис. 5).

Рис. 5. Поперечное сечение верхнего пояса

Таким образом, сечение бруса верхнего пояса:

Проверяем принятые сечения по нормальным напряжениям:

где — коэффициент надежности по назначению, для зданийIII класса ответственности, равный 0,9 [2].

;;

, так как табл. 9 [1]

, так как

Расчет на устойчивость деформированного сжато-изогнутого верхнего пояса плоской фермы производим исходя из предположения о том, что связи будут распределять верхний пояс фермы по концам в узлах и в их средней части.

где (табл. 2 прил. 4 [1]), так как табл. 7[1]

Т.е. устойчивость плоской фермы деформирование панелей верхнего пояса ферм обеспечена.

3.2. Подбор сечения элементов нижнего пояса

Усилие , длина панели – 7900 мм. Принимаем нижний пояс из двух неравнополочных уголковL100х63х7 по ГОСТ 8510-86, причем меньшие полки размером 63 мм расположены горизонтально вплотную друг к другу и приварены через интервал 131,6 см, что меньше (п. 57 [3]) и кратно длине панели верхнего пояса.

Геометрические характеристики поперечного сечения нижнего пояса:

Нагрузка от собственного веса двух уголков (масса 1 п.м = 8,7 кг).

Определяем максимальный момент от собственного веса уголков:

Проверка прочности нижнего пояса:

3.3. Расчет раскосов

Принимаем раскосы изготовленные из клееной древесины и состоящие из 4-х досок сечением 3,3х13,4 см после фрезерования (рис. 6).

Рис. 6. Поперечное сечение раскоса

Размеры сечения раскосов:

; ;

Раскосы БД и БД^/

Усилие сжатия .

; ;

Раскосы ДВ и Д^/В

Усилие .

; ;

Расчет раскосов на растяжение в ослабленном болтами сечении

Раскосы ДВ и Д^/В

Так как расстояние между ослаблениями меньше 200 мм, то ослабление двумя болтами считаются совмещенными в одном сечении.

Болты

3.4. Расчет крепления стальных пластинок – наконечников к раскосам

Принимаем пластинки-наконечники из полосовой стали толщиной 1 см и шириной 8 см, число пластинок – 2.

Определяем несущую способность одного среза болта:

где — число болтов,— число условных срезов.

Крепление раскосов БД и Б^/Д^/ не проверяем, так как усилие в них меньше .

Проверка прочности пластинок – наконечников на растяжение в местах ослабления болтами.

Раскосы Д В и Д^/ В

;

Проверка прочности пластинок – наконечников на продольный изгиб. Рассмотрим пластинки наконечники, прикрепленные к раскосам Б Ди Б Д^/.

; ;

Гибкость пластинок – наконечников:

Коэффициент продольного изгиба находим по таблице 72 [3]:

.

3.5. Расчет опорного узла

В опорном узле верхний пояс упирается в плиту (упорная плита) с ребрами жесткости приваренную к вертикальным фасонкам сварного башмака. Снизу фасонки приварены к опорной плите (рис. 7). Толщина вертикальных фасонок 10 см. Площадь опирания верхнего пояса на плиту башмака:

Длина плиты: .

Принимаем , апринимаем для размещения 2-х неравнобоких уголковL100х63х7 (рис. 7).

Определяем толщину упорной плиты:

Для определения толщины упорной плиты определим изгибающий момент на участке плиты опертой по контуру 140х60 мм (см. рис. 8).

где — короткая сторона участка.

Рис. 7. Опорный узел фермы (общий вид)

; ;

Рис. 8. Упорная плита башмака

Крайние участки упорной плиты рассматриваем как консоли. Расчет ведем для полосы шириной 1 см.

;

Принимаем .

Проверяем общую прочность упорной плиты на изгиб. Расчет ведем как для балок таврового сечения пролетом . Нагрузка на рассматриваемую полосу:

Изгибающий момент:

Определяем момент сопротивления заштрихованого сечения:

;

;

Рассчитываем опорную плиту башмака (рис. 9). Полагаем, что опорная плита башмака опирается мауэрлатный брус ((табл. 3) [1]).

Принимаем размеры опорной плиты 200х240 мм. Опорная реакция: . Напряжение смятия под опорной плитой:

Изгибающий момент в консоли опорной плиты при ширине расчетной полосы 1 см и вылете 48 мм.

Изгибающий момент на среднем участке:

Рис. 9. Опорная плита опорного узла

Задаемся толщиной опорной плиты 12 мм. Момент сопротивления поперечного сечения полосы шириной 1 см.

;

Длина швов, крепящих уголки нижнего пояса:

где

Принимаем длину швов конструктивно на всем протяжении вертикальних фасонок.

studfile.net

3. Расчет и конструирование сегментной фермы

3.1. Подбор сечения панели верхнего пояса

Изгибающий момент в панели верхнего пояса сегментных ферм определяют по формуле:

Вычисляем изгибающий момент в опорных панелях верхнего пояса при различных сочетаниях действия постоянных и временных нагрузок. В тех случаях, когда на панель действует неравномерно распределенная нагрузка, максимальный момент определяется приближенно как сумма моментов от равномерно распределенной и распределенной по закону треугольника.

Панель аб (стержень 10)

Вариант А: загружение снеговой нагрузкой равномерно на всем пролете.

Вариант Б: загружение снеговой нагрузкой по закону треугольника на каждом полупролете.

где 0,0642 – коэффициент для определения максимального изгибающего момента при загружения треугольной нагрузкой.

Панель а/б/ (стержень 11)

Вариант В: загружение снеговой нагрузкой на половине пролета.

Вариант Г: загружение снеговой нагрузкой по закону треугольника на половине пролета.

В качестве расчетной рассматриваем панель А Б (стержень 10) при загружении фермы равномерно распределенной постоянной нагрузкой и варианте Б снеговой нагрузкой:

Принимаем клееные блоки состоящие из 10 слоев фрезерованных с четырех сторон досок после фрезерования имеющие размеры 134х33 мм (рис. 5).

Рис. 5. Поперечное сечение верхнего пояса

Таким образом, сечение бруса верхнего пояса:

Проверяем принятые сечения по нормальным напряжениям:

где — коэффициент надежности по назначению, для зданийIII класса ответственности, равный 0,9 [2].

;;

, так как табл. 9 [1]

, так как

Расчет на устойчивость деформированного сжато-изогнутого верхнего пояса плоской фермы производим исходя из предположения о том, что связи будут распределять верхний пояс фермы по концам в узлах и в их средней части.

где (табл. 2 прил. 4 [1]), так как табл. 7[1]

Т.е. устойчивость плоской фермы деформирование панелей верхнего пояса ферм обеспечена.

3.2. Подбор сечения элементов нижнего пояса

Усилие , длина панели – 7900 мм. Принимаем нижний пояс из двух неравнополочных уголковL100х63х7 по ГОСТ 8510-86, причем меньшие полки размером 63 мм расположены горизонтально вплотную друг к другу и приварены через интервал 131,6 см, что меньше (п. 57 [3]) и кратно длине панели верхнего пояса.

Геометрические характеристики поперечного сечения нижнего пояса:

Нагрузка от собственного веса двух уголков (масса 1 п.м = 8,7 кг).

Определяем максимальный момент от собственного веса уголков:

Проверка прочности нижнего пояса:

3.3. Расчет раскосов

Принимаем раскосы изготовленные из клееной древесины и состоящие из 4-х досок сечением 3,3х13,4 см после фрезерования (рис. 6).

Рис. 6. Поперечное сечение раскоса

Размеры сечения раскосов:

; ;

Раскосы БД и БД^/

Усилие сжатия .

; ;

Раскосы ДВ и Д^/В

Усилие .

; ;

Расчет раскосов на растяжение в ослабленном болтами сечении

Раскосы ДВ и Д^/В

Так как расстояние между ослаблениями меньше 200 мм, то ослабление двумя болтами считаются совмещенными в одном сечении.

Болты

3.4. Расчет крепления стальных пластинок – наконечников к раскосам

Принимаем пластинки-наконечники из полосовой стали толщиной 1 см и шириной 8 см, число пластинок – 2.

Определяем несущую способность одного среза болта:

где — число болтов,— число условных срезов.

Крепление раскосов БД и Б^/Д^/ не проверяем, так как усилие в них меньше .

Проверка прочности пластинок – наконечников на растяжение в местах ослабления болтами.

Раскосы Д В и Д^/ В

;

Проверка прочности пластинок – наконечников на продольный изгиб. Рассмотрим пластинки наконечники, прикрепленные к раскосам Б Ди Б Д^/.

; ;

Гибкость пластинок – наконечников:

Коэффициент продольного изгиба находим по таблице 72 [3]:

.

3.5. Расчет опорного узла

В опорном узле верхний пояс упирается в плиту (упорная плита) с ребрами жесткости приваренную к вертикальным фасонкам сварного башмака. Снизу фасонки приварены к опорной плите (рис. 7). Толщина вертикальных фасонок 10 см. Площадь опирания верхнего пояса на плиту башмака:

Длина плиты: .

Принимаем , апринимаем для размещения 2-х неравнобоких уголковL100х63х7 (рис. 7).

Определяем толщину упорной плиты:

Для определения толщины упорной плиты определим изгибающий момент на участке плиты опертой по контуру 140х60 мм (см. рис. 8).

где — короткая сторона участка.

Рис. 7. Опорный узел фермы (общий вид)

; ;

Рис. 8. Упорная плита башмака

Крайние участки упорной плиты рассматриваем как консоли. Расчет ведем для полосы шириной 1 см.

;

Принимаем .

Проверяем общую прочность упорной плиты на изгиб. Расчет ведем как для балок таврового сечения пролетом . Нагрузка на рассматриваемую полосу:

Изгибающий момент:

Определяем момент сопротивления заштрихованого сечения:

;

;

Рассчитываем опорную плиту башмака (рис. 9). Полагаем, что опорная плита башмака опирается мауэрлатный брус ((табл. 3) [1]).

Принимаем размеры опорной плиты 200х240 мм. Опорная реакция: . Напряжение смятия под опорной плитой:

Изгибающий момент в консоли опорной плиты при ширине расчетной полосы 1 см и вылете 48 мм.

Изгибающий момент на среднем участке:

Рис. 9. Опорная плита опорного узла

Задаемся толщиной опорной плиты 12 мм. Момент сопротивления поперечного сечения полосы шириной 1 см.

;

Длина швов, крепящих уголки нижнего пояса:

где

Принимаем длину швов конструктивно на всем протяжении вертикальних фасонок.

studfile.net

Сегментная ферма крыши

Сегментные фермы применяются, как правило, без подвесного потолка в покрытиях промышленных и гражданских зданий.

Сегментные фермы надежны в эксплоатации. Изготовление их весьма просто и не требует применения высококвалифицированной рабочей силы. Фермы изготовляются на постройке, так как процесс изготовления их не поддается механизации, а доставка готовых ферм затруднительна.

Сегментные фермы применяются, как правило, без подвесного потолка в покрытиях промышленных и гражданских зданий для пролетов 15—25 л. (Применяемые на практике схемы ферм без подвесного потолка рис. 1—3; схема на рис. 3 фермы с фонарем для многорядовых покрытий).

Высота сегментных ферм должна быть не менее f >= 1/7 L, рекомендуется принимать f= 1/6 L (L— пролет фермы), а длину панелей верхнего пояса в зависимости от величины пролета — 1,5 — 2,5 м. Фермам придается по нижнему поясу строительный подъем. 1/250.

Усилия в стержнях решетки при полном загружении фермы незначительны. Усилия, возникающие при односторонней загрузке фермы временной нагрузкой, также относительно невелики, что позволяет прикреплять стержни решетки к поясам гвоздями.
Верхний пояс составляется из двух или трех ветвей ( рис. 1 и 5).

Рекомендуется применять двухветвевое решение, как более простое. Между ветвями пояса по всей длине панелей ставят прокладки из цельных досок, к которым прикрепляют гвоздями не менее трех брусков пояса фермы. Высоту сечения верхнего пояса фермы назначают не менее 1/15 длины панели и стрелку дуги панели пояса — не более 1/50 длины панели.

Стыки верхних и нижних брусков пояса располагают на расстоянии 1/5 длины панели от узлов, в стыки средних брусков на среднем участке — от 1/5 до 4/5 длины панели. Стыки брусков плотно приторцовывают и располагают вразбежку так, чтобы в любом поперечном сечении каждой ветви было не более одного стыка.

В опорных панелях бруски не стыкуются.
Количество гвоздей в узлах для прикрепления одной доски решетки принимается не менее четырех. В каждом узле ставится не менее одного стяжного болта. Учет совместной работы гвоздей и болтов на срез допускается при условии плотной постановки болтов в отверстия, просверленные в собранном узле.

Нижний пояс составляется из двух, трех или четырех досок, в зависимости от типа сечения верхнего пояса ( рис. 5б). Стыки нижнего пояса осуществляют на нагелях из круглой стали. Нагели следует ставить в два ряда и не располагать вблизи оси пояса, где образуются трещины от усушки досок.

Стержни решетки составляются из одной или двух досок: ( рис. 5в). В последнем случае между доскам ставят короткие прокладки на гвоздях. Для увеличения жесткости стержня из одной доски делают нашивки из брусков. Ширину досок стержней решетки назначают, сообразуясь с условиями расстановки гвоздей в узлах.

Опорный узел ферм обычно решают следующим образом. Верхний пояс упирают во вкладыш, плоскость упора которого нормальна к оси верхнего пояса. Нижний пояс соединяют с вкладышем тяжами, имеющими со стороны вкладыша общую шайбу в виде швеллера. Накладки и прокладки прикрепляют к поясу нагелями.
При установке ферм на место через каждые 15 — 20 м ставят перекрестные связи жесткости.

Несгораемые покрытия больших пролетов из плоских элементов

Железобетонные или стальные фермы с подвесным чердачным перекрытием

При необходимости перекрыть большие помещения в верхних этажах применяются железобетонные или стальные фермы с подвесным чердачным перекрытием. Несущая часть ограждения крыши делается из крупноразме ных панелей или из мелких железобетонных плит по прогонам, укладывае мым на верхние пояса ферм.

Подвесное чердачное перекрытие состоит из стальных или железобетонных прогонов, подвешанных в узлах нижнего пояса ферм. На нижние полки прогонов укладываются железобетонные плиты, образующие потолок (рис. 3, б и в).
Отепленным делается либо подвесное чердачное перекрытие (рис. 3, б и в), либо крыша (рис. 3, а и д).

Пространство над подвесным перекрытием может быть использовано, как межферменный этаж. В таком случае рекомендуется применять безраскосные железобетонные фермы с нижним поясом таврового сечения, на полки которого опирать панели чердачного перекрытия (рис. 3, г). Теплоизоляция устраивается по верхнему покрытию.

Рис. 3. Детали чердачных перекрытий и крыш над помещениями с большими пролетами
а — отепленная крыша по фермам; б — деталь перекрытия с подвесными стальными про­гонами; в — то же, с железобетонными прогонами; г — опирание перекрытий на нижний пояс железобетонной фермы; д — декоративный подвесной потолок зала; 1 — гидроизоляционный ковер три-четыре слоя; 2 — армированная растворная стяжка; 3 — теплоизо­ляция; 4 — пароизоляция; 5 — растворная стяжка; 6 — железобетонная плита; 7 — верх­ний пояс фермы; 8 — сварка; 9 — нижний пояс фермы; 10 — подвесной прогон; 11 — шлаковойлок; 12 — хомуты; 13 — декоративный подвесной потолок; 14 — приборы освещения; 15 — утепленное покрытие;  16 — подвесной мостик; 17 — вентиляционные каналы

Железобетонные тонкостенные предварительно напряженные прогоны позволяют делать чердачные перекрытия независимо от верхнего покрытия здания.

В залах театров и кино целесообразно делать отепленную кровлю, а потолок зала — легким подвесным, выполняющим декоративное и акустическое назначение. Кроме того, в его складках хорошо располагать светильники, для обслуживания которых вдоль их линий делаются подвесные мостики (рис. 3,5).

В современных общественных и коммунальных зданиях с зальными помещениями больших пролетов применяются бесчердачные пространственные покрытия, железобетонные и армоцементные, имеющие криволинейные формы (оболочки), или ломаные из плоских элементов, соединенных под углом (складки). Пролеты, перекрываемые такими покрытиями, могут достигать 100 м. Покрытия и крыши, описанные выше, в большинстве случаев не являются композиционными элементами в архитектуре здания, пространственные же покрытия имеют основное значение в композиции его объемные форм.

www.masterovoi.ru

1. Расчет фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом

Ягмур А.А., Васылев В.Н., Алёхин А.М.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения курсового проекта по дисциплине

«Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему: «Четырехпанельная ферма сегментного очертания с клееным верхним поясом»

Министерство образования и науки Украины

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Кафедра “Металлические конструкции”

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения курсового проекта по дисциплине

«Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему: «Четырехпанельная ферма сегментного очертания с клееным верхним поясом»

(для студентов специальностей

6.120.100 «Архитектура»;

6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство»)

Утверждено на

заседании кафедры

”Металлические конструкции”

Протокол № 04/09-10 от 03.09.09г.

М акеевка, ДонНАСА, 2010 г.

УДК: 624.011.1.04(083.75)

Методические указания по расчету четырехпанельной фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом для студентов специальностей 6.120.100 «Архитектура» и 6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство» / Сост.: Ягмур А.А., Васылев В.Н., Алёхин А.М. – Макеевка: ДонНАСА. – 2010. – 25 с.

В методических указаниях приведены основные положения расчета несущих конструкций покрытия здания с каркасом из древесины на примере расчета фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 6.120.100 «Архитектура» и 6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения.

Составители: Ягмур А.А., доц.

Васылев В.Н., проф.

Алёхин А.М., доц.

Рецензент:

Рецензент: Невгень Н.А., доц.

Клыков В.М., доц.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

• Здание производственного назначения;

• Температурный режим работы здания – отапливаемое;

• Класс здания по степени ответственности – III;

• Группа конструкций – А I;

• Район строительства – г. Николаев;

• Пролет здания – 24 м;

• Высота до низа конструкций – 6 м;

• Шаг колонн – 6 м;

• Длина здания – 60 м.

• Покрытие с рулонной кровлей по клеефанерным панелям и сегментным фермам.

Несущие конструкции покрытия принимаем в виде сегментных металлодеревянных ферм с разрезным верхним поясом из дощато-клееных блоков. Материал конструкций – клееные брусья для сжатых и сжато-изгибаемых элементов и сталь С235 – для растянутых.

Схема сегментной фермы на рис. 1.

Рис. 1. Геометрическая схема сегментной фермы

Расчетный пролет , расчетная высота фермы. Решетка фермы треугольная. Радиус оси верхнего пояса:

Длина дуги верхнего пояса:

где — центральный угол;

,

Принимаем верхний пояс из 4 равных панелей. Длина панели:

Длина хорды:

;

Размер стрелки ВГ:

Тогда ЕГ:

Длина хорды ББ:

Длина раскоса БД:

Длина раскоса ДВ:

Стрела выгиба панели верхнего пояса:

2. Статический расчет фермы

Постоянная нагрузка – от ограждающих конструкций (от панелей покрытия).

Нормативная нагрузка: .

Расчетная нагрузка на ферму от панелей покрытия: .

Собственный вес фермы:

где длясегментной фермы пролетом 24 м.

Расчетное значение постоянной нагрузки на 1 п.м. фермы:

Согласно п. 5.1 [2] предельное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытие вычисляется по формуле:

где –коэффициент надежности по предельному значению снеговой нагрузки определяется в зависимости от заданного среднего периода повторяемости при Т = 50 лет = 1.

S_о – характеристическое значение снеговой нагрузки для г. Николаев.

S_о = 870 МПа

С_е = 1 согласно п. 8.9, С_alt = 1 по 8.10 [2]

μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова на поверхности земли к снеговой нагрузке на покрытие.

В соответствии с приложением Ж схема 2 вариант1

где α – угол наклона касательной к очертанию фермы.

В точке А

В точке Б

В точке В

Таким образом снеговая нагрузка по I варианту распределяется по синусоиде:

Линейная расчетная снеговая нагрузка:

Рис.2. Значение ординат коэффициентов μ₁ и μ₂

2.1. Определение узловых нагрузок

Все нагрузки приложены к узлам верхних поясов сегментной фермы, горизонтальную проекцию каждой панели верхнего пояса рассматриваем как однопролетную балку с соответствующей схемой загружения (см. рис. 3).

Узловые постоянные нагрузки:

Проверка

Узловые временные нагрузки от загружения снеговой нагрузкой.

Вариант 1. Распределенная нагрузка по синусоиде:

Проверка

Вариант 2. Распределенная нагрузка по закону треугольника:

Проверка

Рис. 3. Возможные варианты загружения сегментной фермы

с разрезным клееным поясом постоянной и снеговой нагрузкой

2.2. Определение усилий в элементах фермы

Статический расчет фермы выполняем по программе SCAD Office 7.31. Нумерация стержней принята цифровая (см. рис. 4).

Рис. 4. Нумерация узлов и элементов сегментной фермы

После расчета фермы на постоянную и 2 варианта загружения снеговой нагрузкой определим расчетные усилия в стержнях фермы.

Расчетные продольные усилия приводятся в табличной форме.

Примечание: В скобках нумерация элементов фермы SCAD Office 7.31.

studfile.net

Сегментная 4-х панельная ферма_рус

ЯГМУР А.А., НАЗИМ Я.В., БАКАЕВ С.Н., БУСЬКО М.В.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения курсового проекта по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему: «ФЕРМА СЕГМЕНТНОГО ОЧЕРТАНИЯ С

КЛЕЕНЫМ ВЕРХНИМ ПОЯСОМ»

Министерство образования и науки Украины Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Кафедра “ Металлические конструкции”

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения курсового проекта по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему: «ФЕРМА СЕГМЕНТНОГО ОЧЕРТАНИЯ С КЛЕЕНЫМ ВЕРХНИМ ПОЯСОМ»

(для студентов специальностей

6.120.100 «Архитектура»; 6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство»)

Утверждено на заседании кафедры

” Металлические конструкции” Протокол № 614 от 25.10.2007 г.

Макеевка, ДонНАСА, 2007 г.

УДК: 624.011.1.04(083.75)

Методические указания по расчету фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом (Пример расчета) для студентов специальностей 6.120.100 «Архитектура» и 6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство» / Сост.: Ягмур А.А., Назим Я.В., Бакаев С.Н., Бусько М.В. – Макеевка: ДонНАСА. – 2007. – 24 с.

В методических указаниях приведены основные положения расчета несущих конструкций покрытия здания с каркасом из древесины на примере расчета фермы сегментного очертания с клееным верхним поясом.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 6.120.100 «Архитектура» и 6.092.101 «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения.

Ответственный за выпуск: Ягмур А.А., доц.

2

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

-Здание производственного назначения;

-Температурный режим работы здания – отапливаемое;

-Класс здания по степени ответственности – III;

-Группа конструкций – А I;

-Район строительства – г. Киев, II снеговой, II ветровой районы;

-Пролет здания – 24 м;

-Высота до низа конструкций – 6 м;

-Шаг колонн – 6 м;

-Долина здания – 60 м.

-Покрытие с рулонной кровлей по клеефанерным панелям и сегментным фермам.

1.РАСЧЕТ ФЕРМЫ СЕГМЕНТНОГО ОЧЕРТАНИЯ С КЛЕЕНЫМ ВЕРХНИМ

ПОЯСОМ

Несущие конструкции покрытия принимаем в виде сегментных металлодеревянных ферм с разрезным верхним поясом из дощато-клееных блоков. Материал конструкций – клееные брусья для сжатых и сжатоизгибаемых элементов и сталь С235 – для растянутых.

Схема сегментной фермы на рис. 1.

Рис. 1. Геометрическая схема сегментной фермы

3

Размер стрелки ВГ:

2R sin 2 α = 2 × 20,16 × 0,02467 = 0,9948м » 0,995м 8

Тогда ЕГ:

ЕГ = 3,85м − 0,995м = 2,855м

Длина хорды ББ:

2R sin α = 2 × 20,16 × 0,31026 =12,510м 4

Длина раскоса БД:

БД = ЕГ 2 + (БГ — ДЕ)2 = 2,8552 + (6,255 — 3,95)2 = 3,669м

Длина раскоса ДВ:

ДВ = 3,952 + 3,852 = 5,5159м

Стрела выгиба панели верхнего пояса:

f= d В2 = 6,3342 = 0,2487м 8R 8 × 20,16

где kсв = 3 для сегментной фермы пролетом 24 м. Расчетное значение постоянной нагрузки на 1 п.м. фермы:

g p = (0,529 + 0,089 ×1,1)× 6 = 3,76кН / м2

Согласно п.5.1 [2] приложение 3 (схема 2) нагрузка на 1 м2 горизонтальной поверхности покрытия вычисляют по формуле:

S = S0 × μ1

P p = 3,232кН / м ×1,6 = 5,171кН / м

2.1. Определение узловых нагрузок

Все нагрузки приложены к узлам верхнего пояса фермы, горизонтальную проекцию каждой панели верхнего пояса рассматриваем как однопролетную балку с соответствующей схемой загружения.

Рис. 2. Возможные варианты загружения сегментной фермы с разрезным клееным поясом снеговой нагрузкой а) равномерно распределенная по всему пролету;

б) по закону треугольника на каждой половине пролета; в) равномерно распределенная на левой половине пролета; г) по закону треугольника на левой половине пролета

Узловые постоянные нагрузки:

Проверка:

∑G = ∑ R =10,519 × 2 + 22,278 × 2 + 23,519 = 21,038 + 44,556 + 23,519 =

= 89,113кН » 44,556 × 2 = 89,112кН

Узловые временные нагрузки от загружения снеговой нагрузкой.

Вариант А. Равномерно распределенная снеговая нагрузка:

РВ = Рp × a2 = 5,171 × 6,255 = 32,344кН

RA = RA/ = 61,276кН

Проверка ∑ Р = ∑ R

∑ P =14,266 × 2 + 30,638 × 2 + 32,344 = ∑ R =122,552кН

Вариант Б. Снеговая нагрузка распределена по закону треугольника на каждом полупролете.

Определим интенсивность снеговой нагрузкой у опорных углов фермы в соответствии с [2] схема 2, Приложение 3.

РАр = μ2 × S0 × B ×γ f = 2,045 × 0,7 × 6 ×1,6 =13,7424кН

Рр/ = 0,5 ×13,742 = 6,8712кН

А

Для определения узловых нагрузок на узлы верхнего пояса фермы воспользуемся схемами однопролетных балок для различных схем загружения:

=10,146 + 3,025 + 7,562 = 20,733кН

RА = (14,4659 × 23,7 + 30,638 ×18,105 + 16,1723 ×11,85) = 23,7

= (342,8418 + 554,7028 + 191,6417) = 45,9572кН 23,7

Проверка ∑У = 0

∑У = 45,9572 -14,4656 — 30,638 -16,1723 + 15,319 = -15,3187 + 15,319 » 0 .

Вариант Г Снеговая нагрузка распределенная по закону треугольника на половине пролета.

Проверка:

= (80,1565 + 750,7183 + 767,7333) = 67,4518кН 23,7

∑У = 67,4518 — 32,3938 — 41,4647 — 6,7642 + 13,1709 » 0

Постоянная нагрузка, кН

Снеговая нагрузка (вариант а), кН

Снеговая нагрузка (вариант б), кН

Снеговая нагрузка (вариант в), кН

Снеговая нагрузка (вариант г), кН

Рис. 3. Загружения сегментной фермы узловыми нагрузками по вариантам

studfile.net