Основные положения по проектированию
Деревянные рамы рекомендуется проектировать преимущественно трехшарнирными статически определимыми. Двухшарнирные рамы с жесткими опорными узлами не получили распространения из-за сложности конструирования узлов, обеспечивающих жесткую заделку деревянных стоек таких рам в фундамент. За рубежом для двухшарнирных рам проектируют смешанный каркас: стойки рам выполняются из стали, а в качестве ригелей применяются деревянные или металлодеревянные конструкции.
Пролеты рам составляют 12...24 м. Имеются примеры применения рам пролетом до 60 м (см. рис. 8.7). Угол наклона ригеля составляет от 0° до 45°, обычно 14°. Шаг рам определяется технико-экономическим расчетом, обычно 3; 4,5; 6 м.
Ширина сечения клееных деревянных рам назначается аналогично другим клееным конструкциям с учетом существующего сортамента пиломатериалов и нормируемых припусков на обработку боковых поверхностей конструкций, b = 140...210 мм.
Высота поперечного сечения рам в карнизном узле h определяется расчетом. При предварительных расчетах высота сечения рам назначается в пределах 1/12...1/30 пролета рам. Высота поперечного сечения ригеля рам в коньковом узле принимается не менее 0,3 h, а в опорном сечении - не менее 0,4 h.
Прямолинейные элементы рам изготавливаются из слоев толщиной после острожки 32 мм. Толщина слоев в гнутоклееных рамах зависит от внутреннего радиуса кривизны в карнизном узле и назначается в пределах 16...24 мм (см. табл. 8 СНиП [2]).
Определение геометрических характеристик рам зависит от конструктивных особенностей рам. Расчетным сочетанием нагрузок для рам является загружение постоянной и снеговой нагрузкой по всему пролету, однако обязательно проверяется и вариант загружения рамы односторонней снеговой нагрузкой на половине пролета. Ветровая нагрузка при высоте стоек рам до 4 м и углах наклона ригеля до 14 в расчетах не учитывается.
Статический расчет рам ведется по общим правилам строительной механики с использованием стандартных программ расчета строительных конструкций на ПЭВМ. Расчетным сечением рам является сечение в карнизном узле с максимальным изгибающим моментом. Из распечаток статических расчетов выбираются также значения продольных и поперечных сил в коньковом и опорном узлах рам.
Конструктивный расчет рам заключается в подборе поперечного сечения по формулам для сжато-изгибаемых элементов в соответствии со СНиП П-25-80 (п.п. 6.25...6.27) [2], см. также главу 3.
Устойчивость плоской формы деформирования трехшарнирных рам проверяется по формуле (3.24) главы 3. При этом для рам из прямолинейных элементов, если угол между осями ригеля и стойки более 130°, и для гнутоклееных рам расчетную длину элемента следует принимать равной длине полурамы по осевой линии. При угле между ригелем и стойкой менее 130° расчетную длину элемента принимают равной длинам ригеля и стойки по внешней кромке.
Коньковые узлы рам конструируются и рассчитываются аналогично коньковым узлам трехшарнирных арок (см. главу 7). На рис. 8.10 показан коньковый узел со стальными накладками и валиковым шарниром (центральным болтом).
Опорный узел рам решается обычно простым лобовым упором деревянной стойки в металлический башмак (рис. 8.11). Распор рам передается непосредственно на фундамент или воспринимается подпорной стенкой (рис. 8.12) или затяжкой, расположенной ниже уровня пола. Опорный узел рамы пролетом 60 м (в порту г. С-Петербурга) в безметальном варианте (стеклопластиковые накладки и болты) показан на рис. 8.12.
Расчет опорного узла заключается в следующем:
- проверяются скалывающие напряжения в древесине в опорном сечении рам по известной формуле Журавского (см. формулу (3.15));
- находится требуемая высота металлического башмака — (из условия смятия поперек волокон древесины стойки рамы от действия распора);
- толщина вертикальной пластины определяется расчетом пластины на изгиб, боковые накладки обычно назначаются конструктивно толщиной 8...20 мм;
- металлический башмак фиксируется в стойке рамы конструктивным болтом диаметром 12... 16 мм, а к фундаменту крепится двумя анкерными болтами диаметром 20...24 мм, работающими на срез и растяжение.
А.В. Калугин, Деревянные конструкции. Издательство Ассоциации строительных Вузов, Москва, 2003