Здания с деревянными несущими конструкциями могут иметь один или несколько пролетов (рис. 8.1), однако в любом случае покрытия этих зданий рекомендуется делать с наружным отводом атмосферной воды. В зданиях можно выделить следующие конструкционные элементы: основные несущие конструкции, ограждающие конструкции и связи. Основные несущие конструкции составляют каркас здания. Они воспринимают и передают на фундаменты действующие на здание атмосферные (снеговые, ветровые), технологические (от оборудования, транспорта и т. п.) нагрузки и нагрузки от собственной массы элементов здания и обеспечивают жесткость здания. Несущие конструкции могут иметь различные статические схемы. Наиболее распространенными из числа деревянных несущих конструкций являются стержневые конструкции: балки, арки, фермы, рамы, колонны (стойки). В зависимости от типа ограждающих конструкций элементы каркаса располагаются по длине с различным шагом, чаще всего от 3 до 6 м. Каркас здания может быть выполнен таким образом, что его стержневые элементы будут передавать нагрузку непосредственно на фундаменты. Такие каркасы делают в виде рам или опирающихся на фундаменты арок. При этом каркас может быть цельно-деревянным, когда все его элементы выполнены из древесины, или комбинированным, когда одна часть его элементов сделана из дерева, а другая - из стали или железобетона. В другом варианте каркаса несущие конструкции покрытия в виде балок, ферм, арок с затяжкой могут опираться на стены, которые выполняют в этом случае одновременно ограждающие и несущие функции и передают нагрузки на фундамент. Несущие конструкции каркаса могут быть цельнодеревянными или металлодеревянными. При специальном обосновании (например, в условиях химической агрессии) элементы несущих конструкций могут быть сделаны из высокопрочных конструкционных пластмасс (стеклопластиков). Наряду с такими распространенными элементами каркаса, как балки, арки, фермы, рамы для покрытия зданий могут быть изготовлены оболочки из дерева или пластмасс. Ограждающие конструкции покрытий и стен выполняют в виде настилов (из досок и панелей) и прогонов. Эти конструкционные элементы обеспечивают вместе с кровлей и утеплителем требуемую теплогидро-, паро- и звукоизоляцию; воспринимают атмосферные (снеговые и ветровые) нагрузки, нагрузки от собственной массы и передают их на основные несущие конструкции, в некоторых случаях они могут быть одновременно и составным элементом основных несущих конструкций (как, например, в оболочках); входят в состав связей, располагаемых по наружному контуру (или наружным поясам) несущих конструкций каркаса. Связи являются важным элементом здания, обеспечивающим устойчивость: здания в целом при действии нагрузок вдоль его оси (ветер, продольные торможения кранов и т. п.); отдельных сжатых элементов конструкций (за счет уменьшения их расчетной длины); несущих конструкций покрытия (ферм, арок, балок) в процессе возведения и эксплуатации здания, а также распределения сосредоточенных нагрузок на соседние несущие конструкции каркаса. Связи выполняют из деревянных пли стальных стержней, соединяющих смежные несущие конструкции каркаса и составляющие вместе с ними геометрически не изменяемую пространственную систему. Связи бывают скатные (наклонные), вертикальные и горизонтальные. В зданиях, каркас которых выполнен из деревянных конструкций, применяют два основных вида связей: а) связевые фермы, располагаемые вертикально, наклонно или горизонтально, поперек здания по наружным поясам (или наружному контуру) несущих конструкций; в сочетании со связевыми фермами применяют продольные связи в виде элементов ограждающих конструкций (прогоны, настилы, панели); б) продольные (вертикальные или наклонные) связи, плоскость которых располагается перпендикулярно плоскости несущих конструкций; эти связи закрепляют нижние пояса (или внутреннюю кромку) несущих конструкций. Связевые фермы, располагаемые по наружным поясам (скатные и вертикальные) конструкций (см. рис. 8.3), соединяют ригели двух соседних рам и их стойки в пространственный блок, способный воспринимать нагрузки, направленные перпендикулярно плоскости основных несущих конструкций. Поясами их являются верхние пояса ригелей (ферм, клеефанерных балок и т. п.) или все сечение несущих конструкций (дощатоклееных арок, рам, стоек). Решетка связевых ферм может быть деревянной раскосной или перекрестной из стальных тяжей. Эти связи воспринимают ветровые и технологические нагрузки, направленные вдоль здания (ветер, продольное торможение кранов); обеспечивают устойчивость из плоскости наружных поясов (или кромок) стоек и ригелей каркаса и обеспечивает устойчивость каркаса в процессе его монтажа. Роль стоек в решетке связевых ферм выполняют прогоны или панели. Связевые фермы устанавливают с интервалом не более 30 м, но не менее двух на здание. Связевые фермы у торцов здания могут не устанавливаться, если торцовые стены в состоянии самостоятельно воспринять горизонтальные нагрузки. Связями закрепляют две крайние точки несущих конструкций каркаса и одну или несколько промежуточный точек. Такое расположение связей позволяет повысить устойчивость из плоскости сжатых и сжато-изгибаемых элементов несущих конструкций за счет уменьшения их расчетной длины, которая принимается равной расстоянию между узлами связевых ферм. Расчет связевых ферм производят на горизонтальные нагрузки, которые складываются из внешних горизонтальных нагрузок ( ветра, тормозных усилий кранов и т. п.) и дополнительных усилий, возникающих в элементах конструкций от вертикальной нагрузки вследствие возможных несовершенств фермы (отклонения от вертикали, погнутости и других дефектов). Продольные вертикальные и наклонные связи устраивают в коньковых шарнирах трехшарнирных арок, а также в арках и рамах, если их внутренняя сжатая кромка не обеспечена от потери устойчивости без устройства продольных связей. Кроме того, продельные связи применяют в шпренгельных системах и в фермах, когда растянутый нижний пояс расположен ниже линии опор, и при наличии горизонтальной нагрузки, приложенной к нижнему поясу перпендикулярно плоскости фермы. Продольные связи соединяют несущие конструкции попарно и устанавливают с интерзалом, равным шагу несущих конструкций (рис. 8.3). Шаг продольных связей при арках и рамах определяют из условия обеспечения их устойчивости. 19 Рамы являются одним из наиболее распространенных типов несущих деревянных конструкций. Они хорошо вписываются в поперечное сечение большинства производственных и общественных зданий: наличие стоек позволяет устраивать вертикальное стеновое ограждение, а требуемый уклон плоского покрытия может быть получен соответствующим углом примыкания ригеля к стойке. Главной особенностью рам при двух- и трехшарнирной схеме и шарнирных опорах является развитие в карнизном узле (в месте примыкания ригеля к стойке) значительных изгибающих моментов,, для воспринятия которых требуются Специальные узловые соединения. Деревянные рамы применяют обычно однопролетными при пролетах 12 - 30 м (в мировой практике до 60 м), и их можно классифицировать по нескольким признакам. По статической схеме рамы могут быть статически определимыми и статически неопределимыми. К статически определимым относят трехшарнирные рамы (рис. 14.1, а). К числу статически неопределимых относятся двухшарнирные рамы, рамы с жестко (рис. 14.1, б) или шарнирно (рис. 14.1, в) закрепленными стойками. Наиболее распространенной для цельнодеревянных рам является трехшарнирная схема. В рамах с жестко заделанными или шарнирно опертыми стойками роль ригеля выполняют балки, фермы или арки с затяжкой. Стойки таких рам могут быть либо деревянными решетчатыми или сплошными. Конструктивные особенности рам разнообразны и связаны с методом их изготовления. Рамы заводского изготовления - это, как правило, рамы дощатоклееные и клеефанерные. Дощатоклееные трехшарнирные рамы из элементов прямоугольного сечения являются основным типом рамы, получившим в последние годы наибольшее распространение. Они различаются прежде всего вариантами карнизного узла. Карнизный узел может быть выполнен путем изгиба досок (рис. 14.2, а), путем устройства зубчатого стыка (рис. 14.2, б). Другой вариант карнизного узла - с подкосом (рис. 14.2, г, д, е) в карнизном или опорном узле. Такие рамы выгодны тем, что их собирают из прямолинейных элементов, и в них за счет конструкции карнизного узла уменьшается (по сравнению с бесподкос-ным узлом) изгибающий момент в ригеле. Эти рамы имеют большее число узлов и монтажных элементов, а некоторым монтажным элементам (например, ригелю) приходится придавать сложное очертание. Расчету рамы предшествуют установление ее расчетной схемы и выбор осей ее элементов. Трехшарнирные рамы сплошного сечения (рис. 14.1, а) удобно рассчитывать в такой последовательности. Сначала вычисляют усилия в элементах левой половины рамы при снеговой нагрузке, расположенной на половине пролета. Затем для этих же сечений вычисляют усилия. от ветровой нагрузки. При действии снеговой нагрузки на половине пролета опорные реакции в трехшарнирных рамах равны (рис. 14.4, а, в, г, д): R=3/8pl; R =1/8pl; R =pl2/16f. (14.1) Усилия от снеговой нагрузки вычисляют с учетом ломаного очертания оси рамы. Изгибающий момент в вертикальной стойке M = Hy, а в левом ригеле при снеге слева изгибающий момент M = Rx — Hy — 0,5px2, (Η.2) при снеге справа M = Rx — Hy. (14.3) Продольную силу N и поперечную силу Q можно, как и в арках, вычислять не во всех сечениях, а лишь в характерных, где M = Mmax, а также в узлах. В вертикальных стойках продольная сила равна вертикальной составляющей опорной реакции рамы (N = R), а поперечная сила Q = H. В наклонном ригеле эти усилия вычисляют как сумму проекций вертикальных и горизонтальных составляющих. Например, в левой половине ригеля при снеге слева N = (R — рх) Sin а + H Cos а; (14.4) Q = (R—рх) Cos а — H Sin а. (14.5) Реакции от ветровой нагрузки вычисляют из условия равенства нулю моментов относительно опор А и В и конькового узла С (рис- 14.4, б): RА = (1/l) (Р1b1 + Р2b2+ Р3b3+Р4b4); RB = (1/l) (-Р1b1 - Р2b2+ Р3b3+Р4b4); (14.6) HА = (1/f)(0,5Rа l+ Р1c1 - Р3c3); HB = (1/f)(-0,5Rб l+ Р2c2 - Р4c4).