Многоугольные фермы. 
Конструкции из дерева и пластмасс. 
Проектирование деревянных ферм

Очертание верхнего пояса таких ферм представляет собой правильный многоугольник, вписанный в дугу окружности определенного радиуса или описанный около нее. Радиус дуги окружности можно подсчитать, задавшись стрелой подъема / в середине пролета в пределах / = (1/6^ 1/7)/. При неизвестных величинах (/ — пролет и / — стрела подъема) радиус дуги окружности под;

/²+4/²

считывают как г = ———.

8/.

Многоугольные фермы выполняют, как правило, металлодеревянными — с верхним поясом деревянным, а нижним металлическим. При этом верхний пояс при пролетах ферм до 24 м изготавливают из бруса цельного сечения согласно сортаменту пиломатериала, в связи с этим фермы получили название брусчатые. Нижний пояс, как правило, выполняют из стальных уголков. Решетка ферм применяется треугольная со стойками, при этом раскосы прикрепляют к узлам верхнего пояса в местах перелома его, а стойки поддерживают прямолинейные участки верхнего пояса.

Благодаря рациональному очертанию верхнего пояса усилия в поясах по длине фермы различаются незначительно, что позволяет элементы поясов выполнять из унифицированных сечений (одинаковых размеров). При этом усилия в элементах решетки незначительные по величине, что не только упрощает выполнение узловых креплений их к поясам фермы, но и позволяет унифицировать как сами узлы, так и элементы фермы.

В типовых конструкциях многоугольных ферм прикрепление элементов решетки к верхнему и нижнему поясам осуществляется с помощью металлических пластин-наконечников, которые выполняют из полосовой стали за исключением верхнего наконечника стойки, который делают из уголка. Уголок для крепления сжатых стоек применяют для того, чтобы повысить устойчивость из их плоскости. В целях унификации пластинки-наконечники для всех раскосов и низа стоек имеют одну и ту же длину, одинаковое сечение и разбивку отверстий для болтов. Наконечники-уголки для стоек также одинаковые.

Пластины-наконечники заранее, т. е. до сборки фермы, соединяют с брусом расчетным количеством гвоздей и болтов.

Узлы верхнего пояса выполняют с применением сварных металлических вкладышей. Такие вкладыши ставят в узлах перелома верхнего пояса, т. е. в узлах присоединения к нему раскосов. Вкладыш имеет клиновидную форму в соответствии с переломом верхнего пояса в месте узла. Раскосы своими наконечниками навешиваются на центровые болты узлов. Весь узел перекрывается парными деревянными накладками на болтах, которые ставят не менее двух с каждой стороны узла. Общая конструкция многоугольной фермы представлены на рис. 5.6.

Сжатые стойки присоединяются к верхнему поясу также с помощью наконечников из уголков. В месте присоединения стойки верхний пояс неразрезной, поэтому узловые наконечники надевают на болт, вставленный в проушины пластинки, которая передает усилие от стойки на верхний пояс.

Узлы крепления элементов решетки к нижнему поясу допускается выполнять с небольшим эксцентриситетом, учитывая незначительные по величине усилия в них. Возникающие при этом изгибающие моменты сравнительно малы, зато упрощается конструкция узла. Стыки нижнего пояса могут выполняться в любом месте. Конструктивно они выполняются путем перекрытия уголками или пластинами из полосовой стали и с соединениями на сварке.

Опорный узел выполняется аналогично, как в фермах треугольных.

При отсутствии внеузловой нагрузки на верхнем поясе все элементы, сходящиеся в узлах верхнего пояса, должны быть строго центрированы. Если по верхнему поясу действует внеузловая нагрузка, то рекомендуется так же, как и в фермах треугольных, в узлах верхнего пояса, включая опорные и промежуточные узлы с металлическими вкладышами, создавать эксцентриситеты путем упора элементов верхнего пояса в узловые вкладыши только нижней частью сечения. Возникающие при этом изгибающие моменты от эксцентричного приложения продольных усилий в элементах будут способствовать уменьшению расчетного изгибающего момента в них от действия внеузловой нагрузки.

Особенности расчета многоугольных ферм. Усилия в элементах фермы определяются известными методами, описанными выше в разд. 2, от действия каждого загружения постоянной, снеговой и другими нагрузками отдельно. После этого составляют таблицу расчетных усилий по определению наиболее опасного сочетания действующих нагрузок.

Рис. 5.6. Многоугольная брусчатая ферма ЦНИИСК пролетом 23,7 м.

Верхний пояс состоит из отдельных брусьев длиной, равной длине двух панелей, при этом брус в середине своей длины имеет опору в виде поддерживающей его стойки. Таким образом, брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную неразрезную балку. Величина изгибающего момента в такой балке существенно зависит от наличия и величины осадки средней опоры. Эта осадка связана как с точностью изготовления, так и с податливостью соединений, прикрепляющих стойку к поясу. Какова величина этой осадки установить трудно. Поэтому для расчета верхнего пояса прибегают к двум случаям.

• 1. Верхний пояс не имеет осадки над средней опорой; поэтому за расчет может быть принята двухнролетная балка.
• 2. Средняя опора получила просадку на такую величину, при которой опорный изгибающий момент равен нулю. В этом случае верхний пояс рассматривается как свободно лежащая балка с пролетом, равным длине панели верхнего пояса.

Указанные случаи работы верхнего пояса представлены на рис. 5.7.

Расчетной схемой верхнего пояса можно пользоваться для двух случаев.

• 1. Когда отсутствуют эксцентриситеты в узлах, т. е. когда M_N= 0. В этом случае в верхнем поясе действует усилия N и M_q, при этом M_q = qcP/8.
• 2. Когда имеют место эксцентриситеты в узлах у продольной силы, т. е. действует дополнительный изгибающий момент M_N. В этом случае верхний пояс испытывает действие продольной сжимающей силы N и расчетного изгибающего момента А/_расч = M_q — M_N.

Величины М_расч показаны на рис. 5.7 и составляют:

а) расчетный момент над опорой.

Максимальный изгибающий момент в пролете.

б) расчетный изгибающий момент в пролете.

Расчетным изгибающим моментом обычно является момент на средней опоре. Верхний пояс проверяют на прочность по формуле сжатоизогнутого стержня:

. «A² N

где коэффициент с, = 1 — _оллл • определяется по гибкости I 3000 AR₍.

1 'о.

^ ⁼ 0~289h ~ ^{ДЛЯ элемепта} прямоугольного поперечного сечения.

За расчетную длину элементов фермы принимают их фактические длины, т. е. расстояние между геометрическими центрами узлов.

Рис. 5.7. К расчету верхнего пояса многоугольной фермы.

Нижний пояс при выполнении узлов прикрепления элементов решетки с эксцентриситетом, равным расстоянию между центровым болтом и осевой линией уголков нижнего пояса, испытывает действие растягивающего усилия и изгибающего момента, равного произведению разности усилий в смежных панелях нижнего пояса на величину эксцентриситета. Разность усилий определяют при временной нагрузке (снеговой), действующей на всем пролете, на левой и правой половинах пролета фермы. Для всех трех случаев подсчитывают изгибающий момент и растягивающее усилие. Прочность сечения нижнего пояса проверяют как для растянуто-изгибаемого стального элемента.

Решетка. Сжатые элементы решетки проверяют на устойчивость, а растянутые — на прочность с учетом имеющихся ослаблений.