Усилия M, N и Q от ветровой нагрузки вычисляют аналогично расчету рамы на снеговую нагрузку. Проверка прочности сечений включает следующие расчеты: 1. Проверку сжатого подкоса по формуле (5.4), в которой сила N принимается равной максимальному значению силы Nп, а φ = = φmin , где φmin находят по наибольшей из двух гибкостей λx или λy, для вычисления которых расчетная длина подкоса принимается равной расстоянию между точками пересечения оси подкоса с ося ми стойки и ригеля. 2. Проверку стойки и ригеля на участках AF м ЕС как сжато- изогнутого элемента по формуле (5.12), принимая при зтом рас четную длину элемента равной длине AF и ЕС. 3. Проверку на растяжение с изгибом на участках FD и DE стойки и ригеля по формуле (5.10) 4. При проверке скалывающих напряжений в точках Ε и F значение поперечной силы Q в формуле (5.16) увеличивается путем умножения на 1/ξ. Опорные шарнирные узлы дощатоклееных рам показаны на рис. 14.7. Во всех этих узлах продольная сжимающая сила N воспринимается смятием вдоль волокон древесины стойки и смятием бетона фундамента. В этом случае проверку производят по формуле (5.15): бсм =N/F При проверке прочности сечения по скалыванию следует также проверять скалывающие напряжения τ", вызванные поперечной силой Q, действующей в ригеле в сечении d - d (рис. 14.8):(14.15) где S — статический момент относительно нейтральной оси части сечения ригеля, ограниченного плоскостью скалывания врубки» Приближенно S = 0,5hврb(h—hвр). Соединение ригеля со стойкой в рамах с опорным подкосом (рис. 14.8, а) выполняется при помощи деревянных накладок 1 или металлических хомутов на болтах 2. Это соединение рассчитывается на действующую в стойке продольную силу N. В большинстве случаев сила N является растягивающей. Болты в накладках рассчитываются с учетом ее действия под углом к направлению волокон древесины ригеля. Соединение стойки с ригелем, рамы с подкосом в карнизном узле может выполняться с применением гнутых стальных полосовых накладок, прикрепленных к верхним кромкам соединяемых элементов двумя (или более) рядами глухарей (рис. 14.8, б). Накладки 3 бывают сплошными или имеют монтажный болтовой стык. Сечение накладок и количество глухарей 4 определяются расчетом на действующие в накладках растягивающие усилия. В этом соединении устанавливают дополнительно боковые двусторонние накладки из водостойкой фанеры 5 на гвоздях 6, которые рассчитывают на действующую по оси узла поперечную силу. Жесткое соединение шарнирно опертой стойки с ригелем в виде дощатоклееной балки может быть выполнено с помощью вклеенных стержней (рис. 14.8, в). Стержни 7, вклеенные горизонтально в торец балки, соединяют со стойкой. Балка по плоскости опирания на стойку имеет стальную накладку 8, прикрепленную к ней тоже вклеенными вертикальными стержнями. Горизонтальные вклеенные стержни рассчитывают на действие продольных сил от изгибающего момента в узле. Вертикальные стержни рассчитывают на опорную реакцию балки, чем исключается работа древесины опорной плоскости балки на смятие поперек волокон. Опорный и коньковый узлы рам с подкосами в карнизных узлах решаются и рассчитываются так же, как и в бесподкосных рамах. Узлы рам построечного изготовления решаются с учетом способа их изготовления и имеющегося сортамента материалов. 20 Основным достоинством ферм является рациональное распределение материала путем концентрации его в поясах и элементах решетки, благодаря чему фермы требуют меньшего расхода древесины, чем конструкции сплошного сечения. Однако из этого же вытекает и главный недостаток ферм: они содержат большое число стержней и узлов, что существенно повышает трудоемкость изготовления ферм и снижает их конкурентоспособность при сравнении с клееными конструкциями сплошного сечения (арками, балками). В деревянных конструкциях используют внешне статически определимые (балочные) фермы, схемы которых зависят от пролета, назначения, вида ограждающих конструкций (в частности, материала кровли), лесоматериалов, способа изготовления элементов и способа соединения их в узлах. Конструктивные особенности ферм, так же как и других деревянных конструкций, тесно связаны с методом изготовления. По этому признаку фермы можно подразделить на фермы заводского (из клееных элементов) и построечного изготовления (из цельных элементов). Наибольшее распространение в строительстве получили фермы, схемы которых показаны на рис. 15.1. К фермам заводского изготовления относятся металлодеревянные фермы, верхний пояс и решетка которых выполнены из клееной древесины, а нижний пояс - из стали. Эти фермы могут иметь пятиугольное (рис. 15.1, а), трапецеидальное (рис. 15.1, б), треугольное (рис. 15.1, в) и сегментное очертания (рис. 15.1, г). Могут применяться также фермы с параллельными поясами. Преимущества клееной древесины позволяют применять в этих фермах не только стальной, но и деревянный нижний пояс. Элементы из клееной древесины большой длины и крупного сечения дают возможность получить фермы большого пролета и с малым числом узлов. В таких фермах ограждающие конструкции покрытия (прогоны, панели) могут опираться на верхний пояс не только з узлах, но и между ними. Фермы из клееной древесины - это типично индустриальные конструкции, которые могут быть изготовлены только в заводских условиях. Пятиугольные фермы могут иметь верхний пояс, составленный из двух дощатоклееных элементов, каждый длиной от опоры до конька (рис. 15.1, а). С целью уменьшения величины изгибающих моментов передача сжимающего усилия в узлах верхнего пояса осуществляется с эксцентриситетом. Первую панель нижнего пояса, в которой отсутствуют усилия, делают деревянной, а опорный нисходящий раскос, воспринимающий большое, растягивающее усилие, - стальным, как и среднюю панель нижнего пояса. Трапецеидальная односкатная ферма (рис. 15.1,б) имеет аналогичный состав. Треугольные клееные фермы могут иметь верхний пояс из двух клееных панелей разной длины (рис. 15.1, в); более длинной и мощной является первая от опоры панель. Из клееной древесины выполнены также два сжатых раскоса. Центральная растянутая стойка - тяж - и нижний пояс приняты стальными. Ферма отличается меньшим числом узлов и более простой их конструкцией, чем пятиугольная. Панели верхнего пояса в узлах стыкуют с эксцентриситетами. Сегментные клееные фермы компонуются с таким расчетом, чтобы дуга верхнего пояса была набрана из криволинейных элементов одинаковой длины (рис. 15.1, г). Все узлы, включая узлы верхнего пояса, центрируют по осям элементов. Благодаря криволинейному очертанию верхнего пояса эта ферма имеет малонагруженную решетку, что упрощает конструкцию ее узлов, а также небольшие изгибающие моменты в верхнем поясе. К фермам построечного изготовления относятся: металлодеревянные треугольные (рис. 15.2, а, в), многоугольные (рис. 15.2,б) и пятиугольные фермы (рис. 15.2, г), элементы которых выполнены из цельных неклееных брусьев и стальных профилей; фермы из бревен и брусьев с узловыми соединениями на лобовых врубках (рис. 15.2, а, в, г), шпренгельные фермы из брусьев и бревен, а также простейшие фермы из досок с узловыми соединениями на гвоздях. Схемы этих ферм увязаны с шагом прогонов, которые, как правило., опираются в узлах, и с сортаментом бревен и брусьев с указанием длины элементов, частоты узлов и расположения стыков в поясах. Фермы из цельных элементов в большинстве случаев изготовляют в построечных условиях, однако металлодеревянные треугольные и многоугольные фермы (рис. 15.2, а, б, в, г), учитывая наличие в них большого числа стальных деталей, могут быть изготовлены и в заводских условиях. Фермы из цельных элементов со стальным нижним поясом при треугольном очертании (рис. 15.2, а) позволяют просто организовать плоскую скатную кровлю. В этих фермах верхний пояс и раскосы делают из брусьев, а центральную растянутую стойку - из круглой стали. При многоугольном очертании (рис. 15.2,б), приближающемся к очертанию эпюры моментов в простой балке, усилия в панелях верхнего пояса мало меняются от опоры к середине пролета и в элементах решетки возникают небольшие усилия. Из-за многоугольного очертания такая ферма отличается большим числом узлов. При небольшом пролете прогоны покрытия располагаются по узлам, а иногда еще и между узлами. Фермы на лобовых врубках имеют треугольное или пятиугольное очертание (рис. 15.2,в, г). Схема решетки в этих фермах принимается таким образом, чтобы раскосы были сжаты, а стойки - растянуты. Это позволяет крепить сжатые раскосы к поясам с помощью лобовой врубки, воспринимающей только сжимающее усилие, а растянутые стойки (тяжи) делать из круглой стали. Тяжи на одном конце снабжены резьбой и гайкой, что обеспечивает возможность уплотнения узлов при сборке, а также позволяет в процессе эксплуатации фермы периодически подтягивать тяжи,, ликвидируя провисание фермы, вызываемое усушкой древесины и обмятием ее в узлах. В пятиугольных фермах раскосы вблизи середины пролета при расположении снеговой нагрузки на одной половине фермы могут получить растягивающее усилие и выключиться из работы, так как лобовая врубка не работает на растяжение. Для сохранения геометрической неизменяемости решетку фермы снабжают дополнительными нисходящими раскосами (на рис. 15.2, г показаны пунктиром), которые в этом случае компенсируют выход из работы средних восходящих раскосов. Фермы на лобовых врубках требуют применения качественной древесины I категории для растянутого нижнего пояса. Расчету фермы предшествуют выбор типа фермы, ее геометрической схемы и вычисление параметров схемы.
Нагрузка, действующая на ферму, складывается из постоянной (от собственной массы фермы и ограждающих конструкций покрытий) и временной (чаще всего только от снега). Для удобства последующего расчета постоянную нагрузку задают в том же виде, что и снеговую, в кН (кгс) на 1 м пролета фермы (см. § 8.2). Равномерно распределенную временную (снеговую) нагрузку приводят к сосредоточенным силам Р, приложенным в узлах фермы, при этом выделяют случай, когда временная нагрузка ρ располагается на половине, пролета фермы. Сосредоточение нагрузок в узлах при наличии распределенной межузловой нагрузки по верхнему поясу является условным и необходимым для определения усилий в стержнях фермы. Например, для сегментной фермы с узлом в середине пролета (рис. 15.3) P1 = 0,5pl1; P2 = 0,5p(l1 + l2); PЯ3 = 0,5pl2. (15.1) Определение усилий в стержнях фермы можно произвести графически или аналитически. При этом в схемах сегментных ферм криволинейные оси панелей верхнего пояса на участках между соседними узлами заменяют хордами, стягивающими эти дуги (рис. 15.3). Удобно сначала определять усилия от действия односторонней снеговой нагрузки, например на левой половине пролета. Это дает возможность, не прибегая к повторному статическому расчету, определить усилия в стержнях фермы при всех остальных вариантах нагрузок: при снеговой нагрузке па другой половине пролета, при постоянной и снеговой нагрузке на всем пролете. Подсчет наиболее неблагоприятных суммарных усилий удобно вести в табличной форме (см. пример 15.1). При вычислении усилий в средних раскосах учитывают два случая: когда раскос сжат и когда он растянут. Для верхних поясов ферм, нагруженных межузловой нагрузкой, продольное усилие вычисляют для случаев, когда к панели приложена временная нагрузка от сйега и когда временная нагрузка на этой панели отсутствует. Проверка сечений элементов фермы. Для элементов ферм установлены следующие предельные значения гибкостей: для верхнего пояса - 120, для элементов решетки - 150, для нижнего пояса из стали — 400. При этом расчетная длина поясов в плоскости фермы и расчетная длина элементов решетки в плоскости и из плоскости фермы принимается равной расстоянию между центрами узлов ферм. Расчетная длина верхнего пояса из плоскости фермы принимается равной расстоянию между точками прикрепления связей, располагающихся по верхнему поясу, а при жестких ограждающих конструкциях покрытия (например, двойном настиле с прогонами) - расстоянию между точками крепления прогонов. Сжатые элементы ферм проверяют по формуле (5.4):
где φmin - коэффициент, вычисленный по наибольшему из двух значений гибкости: в плоскости и из плоскости фермы. Если элемент составлен из нескольких ветвей, то устойчивость из плоскости проверяют с учетом приведенной гибкости λπρ . Растянутые деревянные элементы проверяют по