Конструкционные материалы для элементов индустриальных деревянных ферм

Современные индустриальные фермы по виду конструкционного материала можно разделить на три группы.

• 1. Фермы, состоящие из стержневых элементов, выполненных из цельной древесины, согласно действующему сортаменту пиломатериалов. Такие фермы называют брусчатые или дощатые.
• 2. Фермы, имеющие в своей структуре клееные элементы, в связи с чем фермы называют клееные.
• 3. Фермы, выполненные с применением элементов из конструкционных пластмасс (пластмассовые фермы).

Следует отметить, что в каждой из названных групп количество элементов, отвечающих названию ферм, может быть различным и далеко необязательно, чтобы таковыми были все стержни. Кроме того, в зависимости от вида материала, из которого выполнены основные несущие элементы, различаются фермы: целыюдеревянные, металлодеревянные и деревопластмассовые. Поэтому выбор материала для отдельных стержней и фермы в целом зависит от многих факторов, которые можно обобщить как конструкционные, технологические, экологические и эксплуатационные.

Конструкционные особенности выражаются в том, что на выбор того или иного материала для элементов фермы существенно влияют величины пролета, интенсивность и характер действующей нагрузки, величина и знак усилий, вид применяемых стыковых и узловых соединений элементов, выполненных из разных материалов и др. При этом необходимо ориентироваться на применение ферм с рациональным очертанием поясов, эффективных форм и оптимальных размеров поперечных сечений элементов, что позволяет снизить расход деловой древесины и других материалов.

Естественно, конструктивные факторы не могут рассматриваться при этом в отрыве от технологических. Решая совместно конструктивно-технологическую задачу, можно не только уменьшить трудоемкость изготовления, но и повысить уровень рационального использования исходных материалов. Возможность использования технологических процессов при изготовлении конструкций, основанных на механизации и автоматизации с применением прогрессивного оборудования, позволит значительно сократить время изготовления и существенно повысить качество продукции.

Общий принцип упрощения конструктивной формы и повышения технологичности изготовления деревянных конструкций может быть сориентирован на увеличение объема унифицированных элементов простой формы и на применение эффективных однотипных узловых соединений.

Рациональное решение конструктивных и технологических вопросов позволяет добиваться снижения технико-экономических показателей.

Эксплуатационные факторы могут оказать существенное влияние не только на выбор материала, но и на целесообразность применения вообще тех или иных конструкций ферм.

Систематическое эксплуатационное увлажнение (влагой, паром), действие повышенных (выше 50°) температур в здании, наличие фонарей верхнего света — все эти факторы отрицательно влияют на качество древесины и приводят к снижению эксплуатационной надежности деревянных ферм. Поэтому эксплуатационные факторы играют не менее важную роль при выборе того или иного материала для ферм.

Исходя из опыта проектирования и применения индустриальных деревянных ферм в покрытиях зданий различного назначения для деревянных элементов ферм используются доски, бруски, брусья цельного сечения, а также клееные элементы, склеенные из досок или из досок и фанеры. Конкретные сечения из названных элементов показаны на рис. 3.1.

В представленных на рис. 3.1 сечениях использованы доски сечением 5х/?, бруски сечением 8×5 и брусья сечением h^b или hxb. Конкретные размеры (8, /?, к_л, Ь) этих элементов должны быть согласованы с размерами сортамента пиломатериалов (см. приложение, табл. 1П). Соединение досок и брусков в сечениях элементов ферм может быть выполнено на клею или на механических рабочих связях (гвозди, шурупы, болты и т. д.). Сечение по рис. 3.1 (ж, е) получают путем склеивания досок, толщина досок при этом должна быть не более 50 мм (но сортаменту) или после фрезерования 8 < 42 мм. Клеефанерные элементы рис. 3.1 (к, и) склеивают из досок и фанеры. Причем для сечения (рис. 3.1, и) применяется фанера из плоских листов толщиной 8—12 мм, а для сечения, показанного на рис. 3.1, к, используется волнистая фанера толщиной 8—10 мм. Конструктивные требования и технологические особенности изготовления таких элементов такие же, как и при изготовлении клеефанерных балок с плоской или волнистой фанерной стенкой. Сечение (рис. 3.1 н, р, с) выполнено ив фанерных труб, швеллеров или уголков (сортамент см. приложение, табл.).

Габаритные размеры сечений элементов (hxb) уточняются в процессе конструирования и расчета. При этом важную роль могут играть типы узловых соединений, так как последние связаны с определенными ослаблениями элементов, что не может не сказаться на окончательных размерах сечений, примыкаемых к узлу элементов.

Рис. 3.1. Поперечные сечения деревянных элементов ферм.

При окончательном назначении размеров поперечных сечений стержней ферм следует руководствоваться требованиями прочности и устойчивости, соблюдать сортамент пиломатериалов, а также условия предельной гибкости элементов [X] согласно [1], а именно:

• — для сжатых поясов опорных раскосов, опорных стоек ферм, колонн — не более 120;
• — для прочих сжатых элементов ферм и других сквозных конструкций — не более 150;
• — для сжатых элементов связей — не более 200;
• — для растянутых поясов ферм в вертикальной плоскости — не более 150;

для прочих растянутых элементов ферм — не более 200.

При назначении ширины сечения верхнего пояса необходимо учесть, что на него будут опираться ограждающие конструкции покрытия. Если в качестве них приняты панели покрытия, то, как минимум, ширина пояса должна быть не менее 2Ь₀ = 2 • 65 = 130 мм, где Ь₀ — требуемый минимальный размер опоры панели, равный 65 мм.

Металлические элементы ферм, используемые в качестве рабочих стержней, выполняются обычно из круглой или уголковой стали в соответствии с сортаментом на эти изделия. Типы поперечных сечений их могут быть приняты согласно рис. 3.2.

Рис. 3.2. Типы поперечных сечений стальных стержней ферм

Круглая сталь обычно применяется гладкого профиля класса ВСтЗнс2. Из круглой стали практически во всех конструкциях ферм обычно выполняют растянутые стойки фермы. В таких случаях концы стержня снабжаются резьбовой нарезкой с целью обеспечения необходимости произвести подтяжку узлов фермы в процессе эксплуатации и тем самым устранить возможное провисание ее. В металлодеревянных фермах треугольного очертания из круглой стали выполняют также нижний пояс и растянутые раскосы. Обычно такие фермы используют для средних пролетов (до 18 мм); поэтому величина усилий в элементах нижнего пояса позволяет их выполнить из круглой стали. При пролетах более 18 мм металлодеревянные фермы изготавливают преимущественно с нижним поясом из стальных уголков (рис. 3.2, в, г, д, е). Применение уголков для нижнего пояса и растянутых опорных нисходящих раскосов повышает жесткость и надежность ферм; поэтому такой вариант ферм предпочтителен.