Лекция 4

Содержание: Конструирование основных узлов ферм: опорные узлы, узел верхнего пояса с примыканием растянутого элемента, узел верхнего пояса с примыканием сжатой стойки; узел с примыканием сжатого раскоса; узел верхнего пояса с примыканием знакопеременных слабонагруженных элементов; узлы нижнего пояса

Конструирование основных узлов ферм

Узлы являются ответственной частью сквозных конструкций, от них надежности в значительной степени зависит прочность и долговечность конструкций в целом. Конструктивное реше­ние узлов, зависит от типа ферм, пролета и материалов, из кото­рых они изготовлены. Несмотря на большое разнообразие кон­структивных решений узлов существуют основные идеи, кото­рые заложены в основу конструирования:

– сжимающие усилия воспринимаются лобовым упором;

– растягивающие усилия вос­принимаются нагельными соединениями.

Можно выделить четыре основных типа узлов, конструирование которых построено по общим принципам.

1. Опорные узлы

Опорные узлы цельнодеревянных ферм решаются на врубках с одним или двумя зубьями, возможно решение в виде простого лобового упора. Конструирование и расчет данных узлов под­робно изложен в первой части курса лекций.

Конструкции опорных узлов (тип 1) металлодеревянных ферм (треугольных, многоугольных и сегментных) принципиально не отличаются друг от друга и от узлов арочных конструкций кру­гового или треугольного очертания. Основной конструктивной частью узла является стальной башмак, в диафрагму которого упирается верхний пояс, а к боковым фасонкам приваривается нижний пояс. При этом необходимо учитывать, что опорные узлы ферм с прямолинейными поясами решаются с эксцентриситетом.

При конструировании опорных узлов трапециевидных ферм в первую очередь необходимо определить, какой узел в ферме является фактически рабочим, какие эле­менты в нем рабочие, а какие конструктивные. В трапециевид­ных фермах с растянутым опорным раскосом фактически опор­ным узлом является узел верхнего пояса, опорная стой­ка и опорная панель нижнего пояса (N=0) являются конструк­тивными элементами. Эти конструкции иногда называют кон­струкциями шпренгельного типа, из-за повышенного располо­жения опорного узла относительно нижнего пояса.

В фермах со сжатым опорным раскосом вертикальная стойка и опорная па­нель верхнего пояса (N=0) — это конструктивные элементы для создания единого уклона кровли, а сжатый опорный раскос яв­ляется фактически верхним поясом.

Конструируются и рассчитываются узлы по общим правилам.

2. Узел верхнего пояса с примыканием растянутого элемента

В треугольных и трапецие­видных фермах в узле верхнего пояса растянутый элемент выполняется в виде тяжа из круглой стали. Су­ществуют два варианта решения узлов: без металлического вкла­дыша и с металлическим вкладышем.

Первый вариант узла при­меняется в фермах с небольшой величиной растягивающего уси­лия. В этом случае продольные усилия в коньковых панелях вос­принимаются непосредственным лобовым упором по части се­чения, что необходимо для конструктивного обеспечения рас­четного эксцентриситета. Подрезка верхнего пояса осуществ­ляется на величину, равную двойному эксцентриситету. Растя­нутый тяж может проходить через панели верхнего пояса, либо обходить их с помощью хомутов.

Крепление тяжа осуществляется в виде болтового соединения с шайбой. Размер шайбы определяется из условия работы древесины на смятия под углом к волокнам

F_ш = N/ R_см,

Толщина шайбы устанавливается из условия ее работы на изгиб, как консоли с вылетом с = 0,5l_ш. Интенсивность давле­ния q на шайбу равна напряжению смятия под шайбой

q=N/b_ш (l_ш – c_пр)

с учетом ширины пропила с_пр, который обычно принимается 20—30 мм. Для расчета из шайбы вырезается полоса шириной в 1 см. Толщина шайбы из листового металла определяется по формуле: δ_ш =.

Шайба может быть выполнена и из прокатного металла, на­пример, из швеллера или неравнополочного уголка.

При большом значении растягивающего усилия требуемая площадь шайбы из условия работы древесины на смятие может значительно превышать габариты узла. В этом случае целесооб­разно перейти ко второму варианту решения узла с металличес­ким вкладышем, состоящим из упорных торцевых пластин и ребер жесткости между ними.

Высота упорных пластин определяется из условия обеспечения расчетного эксцентриситета h_уп = h – 2е. Шайба из прокатного уголка или швеллера устанавливается на ребра вкладыша, тем самым исключается слабая работа древесины на смятие под уг­лом. Подбор сечения шайбы осуществляется на изгибающий момент в балочке пролетом, равным расстоянию между ребра­ми и загруженной сосредоточенной нагрузкой от усилия в рас­тянутом элементе.

Узел дополнительно должен перекрываться двухсторонни­ми деревянными накладками. Длина накладки принимается в пределах 2,5–3 высоты сечения пояса. С каждой стороны стыка ставится по две пары шпилек.