4 Несущие конструкции
Фермы относятся к сквозным конструкциям. Основным достоинством их является рациональное распределение материала, благодаря чему расходуется меньше древесины, чем в конструкции сплошного сечения.
Пространственная жёсткость покрытия в период эксплуатации обеспечивается панелями кровли, которые образуют жёсткую пластину в плоскости ската крыши. Кроме того, необходимо поставить горизонтальные связи, воспринимающие и ветровую нагрузку. Горизонтальные связи образуют в плоскости верхних поясов несущих конструкций ферму, которая передаёт действующие в её плоскости усилия на продольные стены.
4.1. Геометрический расчёт фермы
Рекомендуемая
расчётная высота фермы:
Длина
ската верхнего пояса:
Длина
панели верхнего пояса:
Длина
панели нижнего пояса:
Длина
раскосов:
=18,2°
4.2. Статический расчет Определение нагрузок
Максимально возможные усилия могут возникнуть от следующих комбинаций нагрузок:
постоянная и временная (снеговая и полезная) равномерно распределены по всему пролету конструкции;
постоянная, равномерно распределенная на всем пролете, и временная равномерно распределенная на полупролете.
Сбор нагрузок на ферму
|
№ п/п |
Наименование нагрузок |
Нормативная нагрузка кН/м² |
Коэффициент надежности по нагрузке, γf |
Расчетная нагрузка, кН/м² |
|
|
Постоянная от покрытия |
|
|
|
|
1 |
Гидроизоляционный ковер (трехслойный рубероидный ковер на мастике) |
0,09 |
1,3 |
0,117 |
|
2 |
Утеплитель – «Пеноплекс»
( |
0,035 |
1,3 |
0,046 |
|
3 |
Пароизоляция |
0,06 |
1,3 |
0,078 |
|
4 |
Рабочий настил (ρ=600кг/м3; b=22мм; h=100мм; Lp=1,5м) |
0,01 |
1,1 |
0,011 |
|
5 |
Защитный
настил (ρ=600кг/м3;
|
0,096 |
1,1 |
0,106 |
|
6 |
Собственный вес прогонов (ρ=600кг/м3; bxh=225x200мм) |
1,2 |
1,1 |
1,32 |
|
7 |
Собственный вес фермы |
0,16 |
1,1 |
0,176 |
|
|
Итого по покрытию: |
1,65 |
|
1,85 |
|
8 |
Снеговая нагрузка (для III снегового района) |
1,28 |
1,4 |
1,8 |
|
|
полная |
2,93 |
|
3,65 |
=0,35кН/м3;
)
=
16 мм)
При сборе нагрузок необходимо учитывать собственный вес конструкции:
,
где кс.в. - коэффициент собственного веса фермы;
gH - величина нормативных нагрузок от массы покрытия;
SH — величина нормативных нагрузок от снега.
Расчетная постоянная нагрузка на 1 м фермы:
Нагрузка на узел верхнего пояса: Р = 43,8 кН
4.3. Определение усилий в элементах фермы и подбор сечений
Усилия в элементах фермы определяем методом вырезания узлов.
Верхний пояс
Верхний пояс рассчитываем как сжато-изгибаемый стержень, находящийся под действием внецентренно приложенной нормальной силы и изгибаемого момента от поперечной нагрузки панели. Расчётное усилие в опорной панели (снег на всём пролёте).
кН
Максимальный изгибающий момент в панели от внеузловой равномерно распределенной нагрузки определяем с учетом, что на верхний пояс приходится половина собственного веса фермы:
Для уменьшения изгибающего момента в панели фермы создаем внецентренное приложение нормальной силы, в результате чего в узлах верхнего пояса возникают разгружающие отрицательные моменты.
Значение расчетного эксцентриситета вычисляем из условия равенства опорных и пролетных моментов в опорной панели верхнего пояса фермы:
Принимаем эксцентриситет приложения нормальной силы во всех узлах верхнего пояса е = 0,03, тогда разгружающий момент для опорной панели будет:
Принимаем сечение верхнего пояса в виде клеёного пакета, состоящего из черновых заготовок по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов II сорта(ГОСТ 24454-80) сечением 40x175 мм. После фрезерования черновых заготовок по пластам на склейку идут чистые доски сечением 33x175мм. Клеёный пакет состоит из 10 досок общей высотой 10х33=330мм. После склейки пакета его ещё раз фрезеруют по боковым поверхностям. Таким образом, сечение клеёного пакета составляет 160х330мм.
Площадь
поперечного сечения:
Момент
сопротивления:
Принимаем расчётные характеристики древесины второго сорта по табл.3 СНиП II-25-80. Расчётное сопротивление изгибу и сжатию: Rи=Rc=15MПa
Расчёт на прочность сжато-изгибаемых элементов производят по формуле:
Для шарнирно-опёртых элементов при эпюрах изгибающих моментов параболического и прямоугольного очертания, какое имеет место в нашем случае, Mg определяют по формуле:
,
где
;
Гибкость панели верхнего пояса в плоскости действия момента при lp=4,75м:
<70
Тогда коэффициенты:
Расчётный изгибающий момент:
кН∙м
Напряжение в панели АС:
Так как панели кровли крепятся по всей длине верхнего пояса, то проверку на устойчивость плоской фермы деформирования не проводим.
Усилие в коньковой панели CD:
Принимаем
то же сечение, что и в опорной панели.
Коэффициенты:
Расчётный изгибающий момент:
Напряжение в панели CD:
