Пространственные связи в покрытиях

Конструктивная схема деревянного здания

ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ГЛАВА 7. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ КРЕПЛЕНИЕ ПЛОСКОСТНЫХ

ГЛАВА 6. СТОЙКИ СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ

7.1. Общие сведения

 

Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фермы, и т.д.) предназначены для восприятия нагрузок, действующих в их плоскости. В зданиях или сооружениях различные плоскостные конструкции при взаимном соединении образуют пространственную конструкцию, которая должна обеспечить надежное восприятие внешних сил любого направления при наиневыгоднейшем сочетании их в соответствии с условиями эксплуатации. Здание должно обеспечивать пространственную неизменяемость, устойчивость, жесткость и прочность всей конструкции в целом и отдельных ее частей.

 

 

 

Общая устойчивость каркасу деревянного здания может быть придана несколькими способами.

Первый способ. Поперечную и продольную устойчивость здания создают пространственным защемлением каждой из стоек каркаса в грунте. Верхние концы стоек связывают через обвязку с элементами покрытия (рис. 7.1.). Во избежание возможного в некоторых случаях перекашивания зданий в связи с деформациями грунта в местах защемления стоек, в крайних пролетах продольных и торцовых стен, а также в промежуточных пролетах целесообразно устраивать крестообразные связи с интервалом 20-30 м. Для увеличения срока службы такого здания необходимо нижнюю часть стоек, зарытую в землю, антисептировать, чтобы не было быстрого загнивания. Предпочтительнее нижние концы стоек располагать выше уровня пола и прикреплять их болтами или хомутами к сменяемым деревянным, а еще лучше - железобетонным пасынкам. Этот способ получил широкое распространение в строительстве временных зданий.

 

Рис. 7.1. Поперечное и продольное сечения деревянного

каркасного здания с защемленными в земле стойками,

имеющими на концах пасынки.

 

Второй способ.Поперечная устойчивость здания обеспечивается защемлением в фундаментах деревянных стоек. Конструкция такого защемления обычно предполагающая использование заделанных в фундамент металлических анкеров, приведена в главе 6. Продольную устойчивость здания с плоскими стойкими создают постановкой связей по продольным стенам и между внутренними стойками в продольном направлении. Для неизменяемости каркасных торцовых стен в их крайних пролетах также ставят аналогичные связи.

Третий способ.Устойчивость каркасного здания при шарнирном опирании стоек на фундаменты и шарнирном примыкании их к элементам покрытия можно создать лишь в том случае, если конструктивные элементы покрытия и стен не только будут достаточно прочными, жесткими и устойчивыми, но и создадут неизменяемые, жесткие и устойчивые диафрагмы, образующие пространственную коробку обладающую вышеперечисленными свойствами. Для этого в плоскости покрытия можно использовать применяемый в качестве основы под рулонную кровлю щитовой настил, связанный гвоздями с прогонами; в стенах могут быть использованы косые обшивки или специальные связи между стойками каркаса (рис. 7.2.).

 

 

 

 

Рис. 7.2. Схема каркасного здания при шарнирном опирании

стоек на фундаменты и шарнирном примыкании к

элементам кровельного покрытия

 

Участие ограждающих частей здания в обеспечении его пространственной устойчивости, которую устанавливают поверочным расчетом, возможно только при относительно малых размерах здания.

 

Нарушение устойчивости ферм может произойти в условиях эксплуатации или монтажа под влиянием внешних сил, действующих перпендикулярно к плоскости системы, например давление и отсос ветра, тормозные силы от подвешенного к фермам подъемного оборудования и др., а также от выпучивания сжатых поясов из плоскости системы под действием продольных сил, возникающих от вертикальных нагрузок – собственного веса, снега, эксплуатационных нагрузок.

В покрытиях связи располагают в плоскости верхнего, а иногда и нижнего поясов ферм – так называемые горизонтальные связи, а также в некоторых случаях в плоскостях опорных или промежуточных стоек – так называемые поперечные или вертикальные связи.

Связи в плоскости верхнего пояса. Связи в плоскости верхнего пояса должны обеспечить неизменяемость сооружения, устойчивость сжатых поясов плоских ферм, а в случаях, когда торцовые стены не воспринимают давления ветра, связи должны принять на себя это давление и передать его на жесткие опоры.

Эти цели могут быть достигнуты путем надежного и прочного скрепления ферм с пространственно неподвижным, жестким в своей плоскости покрытием или перекрытием. Наибольшая жесткость покрытия в его плоскости обеспечивается применением двойного настила с перекрестным расположением досок как основы под рулонную кровлю. Благодаря сшивке гвоздями и расположению стыков настилов вразбежку такие покрытия образуют почти монолитную пространственно неизменяемую оболочку.

Настилы прикрепляют гвоздями к прогонам, которые в свою очередь должны быть надлежащим образом закреплены на верхнем поясе конструкции. Закрепление можно осуществить при помощи болтов, гвоздей и специальных коротышей, прибиваемых снизу к прогонам гвоздями (рис. 7.3.). Эти коротыши закрепляют верхний пояс фермы и обеспечивают правильность взаимного расположения отдельных ферм при монтаже.

 

 

Рис. 7.3. Детали крепления прогонов к поясам ферм

 

В покрытиях с одиночным настилом или обрешеткой, которые образуют с прогонами прямоугольную изменяемую систему, а также при сборном решении кровли жесткость покрытия не может быть использована. В этом случае при небольшой длине здания – до 30 м и жестких торцовых стенах, воспринимающих ветровую нагрузку, а также при наличии подвесного потолка устойчивость ферм может быть обеспечена взаимно связанными по длине неразрезными прогонами (рис. 7.4.).

 

 

 

 

Рис. 7.4. Горизонтальные связи жесткости в виде

прогонов, заанкеренных в стены

 

Прогоны кровли и подвесного потолка, надежно скрепленные с верхним и нижним ферм, заанкеривают своими концами в торцовых каменных стенах (рис. 7.5.) В зданиях большой протяженности при расстоянии между жесткими поперечными стенами более 30 м и отсутствии подвесного потолка необходимо устраивать промежуточные связи жесткости в плоскости покрытия (рис. 7.6., рис. 7.7.). При отсутствии в верхней части здания жестких торцовых стен, воспринимающих ветровое давление, например, при деревянном обшивном

Рис. 7.5. Детали заанкеривания прогонов

 

Рис. 7.6. Схема расположения связей

фронтоне, специальные связи жесткости должны быть устроены также и в крайних пролетах между фермами. Промежуточные связи жесткости надлежит располагать не более чем через четыре пролета от крайних связей или жестких торцовых стен.

 

Рис. 7.7. Детали связей жесткости в плоскости верхнего пояса конструкций

Если торцовые стены не воспринимают давления ветра по всей высоте, например, при деревянных каркасных стенах или наличии больших воротных проемов, то, помимо связей в плоскости верхних поясов, ставят еще дополнительные горизонтальные связи в плоскости двух крайних стропильных ферм. Эти связи совместно со связями в плоскости верхнего пояса должны воспринять ветровую нагрузку, приходящуюся на торец здания.

В конструктивном отношении горизонтальные связи жесткости между фермами при покрытиях с одиночным настилом или обрешеткой можно осуществлять следующим образом.

а) Снизу к настилу, обрешетке или стропильным ногам подшивают косо расположенные доски, выполняющие роль раскосов.

б) Между прогонами по диагоналям укладывают специальные раскосы из брусьев или досок, прикрепляемые непосредственно к верхним поясам ферм или прогонам гвоздями или болтами.

При частом расположении прогонов угол примыкания раскосов к прогонам выходит за пределы рекомендуемого значения угла в 30^о-60^о. Поэтому в таких случаях связи располагают непосредственно под прогонами и прикрепляют их снизу к прогонам гвоздями (рис. 7.7.).

в) Устраивают поперечные полосы дополнительного косого настила у торцов и по длине здания не реже чем через четыре пролета. Ширину этих полос принимают равной расстоянию между фермами. Косой настил пришивают к стропильным ногам или укладывают сверху по одиночному рабочему настилу – обрешетке.

Вертикальные связи. Помимо связей в плоскостях верхних и нижних поясов ферм, в ряде случаев необходимы дополнительные поперечные вертикальные связи жесткости, соединяющие отдельные узловые точки несущей конструкции. Поперечные связи жесткости ставят в следующих случаях.

а) В крайних двух торцовых фермах ставят поперечные связи при передаче ветровой нагрузки на нижние пояса этих ферм (рис. 7.8.), а также и в промежуточных фермах при наличии передаваемых на нижний пояс усилий, направление которых не совпадает с плоскостью конструкции, например, тормозная сила при подвеске к фермам электроталей и т.п. Поперечные связи обеспечивают вертикальное положение ферм под действием горизонтальной опрокидывающей фермы нагрузки, перераспределяют эту нагрузку на верхние связи жесткости в плоскости покрытия.

б) В покрытиях по трапециевидным фермам или балкам с перекрестной стенкой ставят поперечные связи при опирании ферм на несущие кирпичные стены с большими световыми проемами или на колонны, а также при недостаточно жестких обшивных стенных чердаков и т.п. В этом случае поперечные связи ставят в плоскости опорных стоек, причем поперечные связи обеспечивают передачу горизонтальных реакций связей жесткости или перекрестных настилов покрытия на стены или другие ниже расположенные конструкции.

в) В фермах с надстройками поперечные связи ставят для обеспечения пространственной неизменяемости надстроек. Связи располагают между стойками надстроек и ставят либо в каждом узле верхнего пояса, либо через узел.

 

Рис. 7.8. Горизонтальные и вертикальные связи жесткости

в зданиях каркасного типа при отсутствии жест-

ких торцовых и продольных стен

 

 

В фермах без опорных стоек – треугольных, сегментных и с пониженным нижним поясом – вертикальные связи на опорах не ставят, а пространственная неподвижность покрытия обеспечивается надежным заанкериванием опорных узлов в кирпичных стенах или пилонах. При наличии продольных опорных брусьев по всей длине карниза здания закрепление кровельного покрытия может быть осуществлено пришивкой гвоздями края оболочки покрытия к опорному брусу и надежной анкеровкой самого опорного бруса к стенам.

В конструктивном отношении поперечные связи жесткости осуществляют в виде коротких ферм с крестообразной или треугольной решеткой. Поперечные связи располагают обычно в узлах ферм, в плоскости стоек.

При проектировании связей жесткости необходимо предусматривать возможность выключения по тем или иным причинам части сооружения из работы. Схема и конструкция связей должны обеспечивать при аварии одной из ферм сохранность остальной части сооружения. Поэтому поперечными связями фермы соединяют попарно - через пролет.

Расчет элементов связей жесткости. Связи жесткости в крайних пролетах, воспринимающие при отсутствии жестких торцовых стен ветровую нагрузку, рассчитывают как обычные балочные фермы, расположенные в одной горизонтальной плоскости, на давление ветра, приложенное в узлах этих ферм. Пояса ферм жесткости, являющиеся одновременно поясами несущих конструкций, а также стойки ферм жесткости, являющиеся прогонами ферм, несущими основную нагрузку от веса крыши и снега, рассчитывают с учетом действия ветровых нагрузок.

Если давление ветра воспринимается торцовыми стенами, то сечения раскосов ферм жесткости назначают конструктивно. При этом предельная гибкость сжатых элементов связей (раскосов и прогонов) не должна превосходить 200.

Расчет элементов вертикальных связей производят или на фактическую нагрузку (тормозные усилия) или на условное усилие, равное 2% от величины максимального сжимающего усилия в поясе основной фермы и действующее в каждой точке закрепления системы. При незначительной величине этих сил сечения элементов поперечных связей подбирают конструктивно, исходя из предельной гибкости, не превышающей 200.

Сжатый пояс основной конструкции проверяют на устойчивость из плоскости системы на участках между связями.

Монтажные связи. Устойчивость и неизменяемость плоских деревянных конструкций в период монтажа обеспечивают системой постоянных и временных монтажных связей. В качестве постоянных связей используют основные прогоны покрытия. Временными монтажными связями могут служить любые элементы из подручного лесоматериала – доски, жерди, пластины, служащие для крепления монтируемой конструкции после ее установки на место к смежным уже закрепленным постоянными связями фермам.

Временные монтажные связи ставят с таким расчетом, чтобы они не мешали производству работ по укладке остальных элементов покрытия. После постановки постоянных связей временные монтажные связи удаляются.

В рабочих чертежах конструкций должны быть указаны временные монтажные связи и места их креплений.