Треугольные распорные системы

Треугольные распорные системы

Распорные системы треугольного очертания пролётом от 12 до 24 м проектируют с применением клеедощатых элементов (рис. 1) со стальной затяжкой или с опиранием непосредственно на фундаменты. При пролётах l до 12 м возможно изготавливать треугольные системы из цельной древесины составного сечения с верхним поясом из 2-3 брусьев с соединением на податливых связях (рис. 3). Высоту в коньке распорных систем треугольного очертания принимают в пределах f = (1/2‑1/7) l.

Рис. 1 Типовая треугольная распорная система с дощатоклееным верхним поясом

под нагрузку 12 кН/м

Опорный и коньковый узлы в этих конструкциях проектируют с эксцентриситетом, при этом от продольной силы возникает разгружающий момент обратного знака (рис 2а) и, как следствие, уменьшается расчётный момент, который равен M = M_q – M_N = M_q – Ne. Таким образом, получается, что чем больше эксцентриситет, тем меньше момент в поясе. Но все должно быть в меру.

а)

б) в)

Рис. 2 Расчетная схема и усилия в верхнем поясе, решенном с эксцентриситетом е = с/2

а – нагрузка и эпюры моментов; б – коньковый узел; в – опорный узел

Размер разгружающего эксцентриситета е в дощатоклееных поясах ограничен значением не более 0,15 h, что соответствует глубине пропила для образования его в коньковом узле (рис. 2б) с ≤ 0,3 h. Это ограничение введено, чтобы не возникала чрезмерная концентрация скалывающих напряжений в клеевых швах из-за уменьшения высоты поперечного сечения в торцах полупоясов. Расстояние между болтами в деревянных накладках и от болта до торца не должно превышать 7 d_б, диаметр болтов принимается от 12 до 24 мм.

В опорном узле эксцентриситет создается неполным опиранием торца верхнего пояса в упорный лист сварного башмака, при этом торец деревянного элемента выступает выше упорного листа на ту же величину с = 2е ≤ 0,3 h (рис. 2в).

По схеме работы треугольная распорная система представляет собой трехшарнирную арку, в которой нижний пояс соединен с верхним только в опорных узлах. В этой конструкции отсутствует решетка, соединяющая в фермах пояса между собой также и в пролете, раскосы которой работают на восприятие сдвигающих сил. Поэтому встречающееся в некоторых учебниках и в «Руководстве по проектированию клееных деревянных конструкций» устаревшее название таких конструкций «безраскосные фермы» использовать не следует.

Стальная затяжка распорных систем выполняется обычно из арматурной стали (на рис. 1 это 2⊘28 А400), если нет каких-либо особенных причин использовать фасонных прокат (уголки). Для удобства транспортировки этих систем как легкосборных конструкций их перевозят в разобранном виде, при этом затяжку делят на 2 половины, соединяемые на стройплощадке стяжными муфтами (талрепами) из толстостенных труб, что показано на рис. 1.

Вертикальные подвески, устраняющие провисание гибкой длинной затяжки, выполняют также из арматурной стали.

Расчет

Статический расчёт распорных конструкций ведут на два сочетания нагрузок:

1 - постоянные (собственный вес конструкций покрытия) и временную снеговую нагрузку на всём пролёте для вычисления максимальных усилий в поясах и

2 - постоянные на всём пролёте, ветровую снеговую на полпролёта для усилий в коньковых накладках.

Верхние пояса распорных систем треугольного очертания рассчитывают на сжатие с изгибом. Расчёт на прочность по нормальным напряжениям производится по формуле:

где М_х – балочный момент от равномерно распределённой постоянной и временной нагрузок, равный для сечения в середине полупояса

ξ - коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы, вследствие прогиба элемента, равный

N_o – продольная сила в ключевом шарнире,

где Q - расчётная поперечная сила;

S_б_p - статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси,

J_б_p - момент инерции брутто поперечного сечения относительно нейтральной оси;

k_ск находят по графику рис. 3 в зависимости от относительной высоты опертой части сечения (1 - с).

Площадь сечения затяжки определяют расчетом на растяжение от действия распора, вызываемого полной нагрузкой, Н = ql²/ 8f.

Если затяжка выполняется более чем из одного стального стержня, к расчетному сопротивлению стали вводится понижающий коэффициент 0,85. Он учитывает разницу усилий в параллельно работающих тяжах, возникающую неизбежно вследствие ряда технологических причин.

(1 ‑ с)

Рис. 3 Коэффициент концентрации скалывающих напряжений в зависимости от относительной высоты опертой части сечения (с=2е – отн. глубина пропила)

Коньковые узлы распорных конструкций проектируют с парными деревянными (реже с металлическими) накладками на болтах, рис 4.  Они воспринимают поперечную силу Q от действия несимметричной снеговой нагрузки S на полпролета Q = Sl/8. Такое решение используется также для соединения полуарок, полурам. В дальнейшем при рассмотрении таких типов конструкций мы будем ссылаться на этот расчет, не повторяя его каждый раз.

Рис. 4 Универсальное решение конькового узла с парными деревянными накладками

Требуемое количество болтов в сечении, ближайшем к стыку полупоясов, вычисляется по формуле:

а во втором удаленном от стыка ряду болтов

где m_cp = 2 - число «срезов» болта,

R₁ и R₂ - усилия, действующие на болты первого и второго ряда, равные

l₁ и l₂ – расстояния вдоль накладки между парами болтов этих рядов, показанные на рис. 4.

Прочность накладок проверяют на поперечный изгиб от изгибающего момента

по формуле:

W_накл - момент сопротивления поперечного сечения одной дощатой накладки с учётом ослабления ее отверстиями для болтов.

При отсутствии предприятий по изготовлению клееных деревянных конструкций треугольные распорные системы небольших пролетов до 12 м можно проектировать из брусьев или с верхним поясом из балок Деревягина. Конструкций такого типа и узлы показаны ниже на рис. 5.

а)

Рис. 5 Треугольная распорная система пролетом 12 м из балок Деревягина и ее узлы

а – общий вид; б - вариант опорного узла с эксцентриситетом; в - затяжка;

г - опорная шайба; д - стыковая накладка; е – валик

Все размеры на рис. 5 указаны в см. Высота поперечного сечения каждого из брусьев по 18 см соответствует размеру сортамента пиломатериалов лиственных пород и старому сортаменту хвойных пород ГОСТ 8486-66. В современном ГОСТ 24454-80 этот размер 17,5 см. Брусьев на пластинчатых нагелях в сечении пояса может быть 2 или 3.