Пространственное крепление деревянных ферм
Реферат
Пространственное
крепление деревянных ферм
Исторический аспект возникновения и развития
конструкции (ферм)
Деpево в качестве стpоительного материала применяется с древнейших времен. Этому
способствовало наличие лесов, легкость обработки и транспортировки деревянных
элементов к месту строительства. Кроме того, древесина обладает хорошими
конструкционными качествами - значительной прочностью и упругостью при
сравнительно небольшой массе.
Широкое применение древесины в строительстве объясняется её
ценными свойствами:
Дерево обладает значительной прочностью, а конструкции,
выполненные из него, могут выдерживать большие нагрузки (деревянные мосты,
стропильные фермы и т.д.). Малая теплопроводность и небольшой объемный вес
делают пригодным дерево для устройства деревянных стен и перегородок. Легкая
обрабатываемость дерева инструментами позволяет изготовлять из него различные
изделия.
Вместе с тем дерево имеет и существенные недостатки:
Возгораемость;
подверженность гниению, червоточению;
увеличение в объеме при увлажнении и коробление при
высыхании;
различная механическая прочность вдоль и поперек волокон;
слабое сопротивление скалыванию.
Историческое развитие деревянных конструкций как отрасли
строительной техники неизбежно связано с развитием производства, а,
следовательно, и общества. Применительно к нашей стране, в которой
сосредоточены огромные лесные богатства, технико-экономическая целесообразность
деревянного строительства не вызывала сомнений. С давних пор применялись в
строительстве деревянные сооружения оборонительного, общественного,
хозяйственного, жилищного и других назначений.
В конце XVII в. появилась возможность вначале ручной, а затем
механической продольной распиловки бревен, что способствовало созданию
стержневых систем в виде брусчатых и дощатых конструкций. Однако для их
изготовления по-прежнему требовались высококвалифицированные мастера-плотники,
так как соединения элементов этих конструкций по длине и в узлах выполнялись в
виде сложных врубок.
Начало XX-го века в России отличается созданием
станкостроительной, авиационной, химической и других отраслей промышленности
при малом еще производстве цемента и стали. Перед строителями была поставлена
задача создать новые формы деревянных конструкций построечного изготовления, не
требующих квалифицированных плотников, которых при резком увеличении объема
строительства было явно недостаточно.
Российскими инженерами-строителями такая задача была решена.
Были предложены и широко внедрены при строительстве промышленных и общественных
зданий и сооружений так называемые дощато-гвоздевые конструкции, где основным
соединением деревянных элементов были гвозди, установка которых не требовала от
рабочих высокой квалификации. В создании этих новых конструктивных форм
принимали активное творческое участие профессора, доктора технических наук:
В.Ф. Иванов, В.М. Коченов, М.Е. Каган, Ю.М. Иванов, А.Б. Губенко, доценты,
канд. техн. наук: Г.В. Свенницкий, Б.А. Освенский, Г.А. Цвингман, К.П. Кашкаров
и др.
Вслед за гвоздевыми конструкциями в 1932-1936 гг. В.С.
Деревягиным были предложены брусчатые конструкции на пластинчатых нагелях в
виде балок пролетом до 6 м и ферм пролетом до 21 - 24 м
Рис. 1 Металлодеревянная ферма системы В.С. Деревягина
пролетом 18 м в покрытии здания рынка и рамы дощато-гвоздевые с перекрестной
стенкой, построенные в Москве в 1925-1926 гг.
Формы дощато-гвоздевых конструкций были весьма
разнообразными. Они применялись как в виде плоскостных конструкций: сплошных
(балки, арки, рамы) и сквозных (балочные и арочные фермы сегментного
очертания), так и пространственных конструкций в виде сводов-оболочек, складок,
куполов, башен-градирен, башен-оболочек и др. Перекрываемые ими пролеты
доходили до 100 м, а автодорожные мосты имели пролеты размером 45 - 55 м.
После Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. резко
сократился объем деревянного строительства в нашей стране. Изменились также
требования к строительству, проявившиеся в развитии деревянных конструкций нового
типа - клееных и клеефанерных, чему значительно содействовали достижения в
химической промышленности. Были разработаны водостойкие прочные синтетические
клеи - фенолформальдегидный, резорциновый и др.
В историческом обзоре развития деревянных конструкций, даже
очень кратком, нельзя не упомянуть о творческих работах И.П. Кулибина, внесших
огромный вклад не только в область инженерных конструкций, в том числе и
деревянных, но также в теорию их расчета.
Отличительной особенностью работ И.П. Кулибина является
использование при проектировании сооружения экспериментальных методов, что
нашло свое яркое подтверждение при разработке проекта моста через Неву пролетом
298 м. Зарубежные конструкции мостов, которые применялись в XVIII в.,
характеризовались неясностью в распределении усилий, наличием лишних стержней,
громоздкостью и большой трудоемкостью при возведении, требующими в связи с
большим количеством сложных врубок высокого индивидуального мастерства
плотников.
Вопреки таким нерациональным системам, И.П. Кулибин впервые
предложил комбинированную систему, которая состоит из арки жесткости,
воспринимающей в основном собственный вес моста, и жесткой бесшарнирной фермы,
несущей временную подвижную нагрузку. Применение арки жесткости уменьшило
усилия в раскосах по сравнению с традиционной балкой жесткости. Мост,
спроектированный И.П. Кулибиным, состоял из брусчатых комбинированных систем,
соединенных в коробчатое сечение решетчатыми связями.
Выбор И.П. Кулибиным комбинированной системы, оптимальной для
конструкций больших пролетов, в сочетании с выгодной для дерева работой на
сжатие, обеспечил простое решение стыков лобовым упором. Такое решение остается
рациональным с точки зрения современных принципов проектирования.
ферма дерево
строительство столярный
2. Способы и виды соединения деревянных
конструкций, используемые для ферм
Традиционные соединения. Сюда относятся
многообразные соединения построечного выполнения, прошедшие в деревянном
зодчестве многовековую проверку и зарекомендовавшие себя как наиболее подходящие
для строительного лесоматериала. Из-за своих недостатков (ослабления древесины,
больших трудозатрат, сложности выполнения) в настоящее время они находят
ограниченное применение, здесь рассмотрим только важнейшие из них.
Врубки. Для раскосов, работающих на сжатие,
врубки представляют собой единственное плотницкое соединение, способность
которого выдерживать нагрузки может быть с некоторой степенью точности выражена
математически. Из различных способов выполнения этого соединения самое большое
значение придается простой лобовой врубке, врубке задним зубом и врубке двойным
зубом (рис. 2).
Рис. 2. а - Лобовая врубка. Простейший способ врубки зубом при
достаточной длине затяжки перед врубкой- Врубка задним зубом. Применяется при
недостаточной длине затяжки перед врубкой
с - Врубка двойным зубом. Применяется при больших усилиях в
подкосе
Предпочтение следует отдавать простой врубке, так как при
врубке двумя другими указанными способами предъявляются более высокие
требования к точности соединения частей. Плохо подогнанные плоскости стыкования
часто приводят к продольному растрескиванию подкосов.
Как правило, врубку следует подстраховать болтами или накладками,
прибиваемыми гвоздями.
Примеры применения: сжатые стойки, затяжки, сжатые раскосы
стропильных ферм, опорные узлы висячих стропил с затяжками в виде балок
перекрытия, опорные узлы треугольных стропильных ферм (рис. 3).
Рис. 3 Двойная врубка зубом, усиленная накладками. Пример:
опорный узел треугольной стропильной фермы с верхним поясом из двух и нижним из
одного элемента
Стержневые соединения
Стержневые нагели - это цилиндрические
стальные стержни, как правило, без гайки и резьбы, которые вгоняются в
просверленные отверстия уменьшенного на 0,2-0,5 мм диаметра.
Применение стержневых нагелей имеет большое значение для
несущих соединений, так как при нем можно не опасаться деформаций из-за выборки
зазоров в отверстиях и ползучести.
Соединения с помощью стержневых нагелей позволяют добиться
высоких показателей: при небольшой площади они могут воспринимать сравнительно
большие усилия. Их лучше всего применять для пакетов досок, а также для
соединения со стальными элементами, находящимися внутри конструкции.
Следует использовать не более четырех стержней на соединение;
минимальный диаметр стержневого нагеля 8 мм. Хотя благодаря плотной посадке
стержневого нагеля в древесине можно рассчитывать на достаточную страховку от сдвига,
в нескольких местах соединения нужно устанавливать дополнительные нерасчетные
стяжные болты или несущие стержневые нагели со шляпкой. Стержневые нагели
обычно не берут со склада, а изготовляют по мере необходимости из полосовой
стали St 37.
Гвозди. Обычный проволочный гвоздь является
надежным средством соединения несущих деревянных элементов при усилиях сдвига.
Чтобы по возможности предотвратить коробление или перекос деревянных элементов,
следует выдерживать максимальное расстояние между гвоздями. Гвоздевой забой
поперек волокон нельзя включать в расчет как ненадежный.
Для строительных элементов, не защищенных от атмосферных
воздействий, следует применять гвозди только в антикоррозионном исполнении.
Соединения «стальные пластины - древесина -
гвозди». Гвоздевые соединения с использованием листовой стали могут
обладать высокой несущей способностью. Обычно стальные пластинки толщиной не
менее 2 мм накладываются на брусья или вводятся между ними в пропилы и
просверливаются вместе с деревянными элементами на всю длину гвоздя.
Рис. 4. Узловые соединения фермы системы «Грейм». Узловые
накладки могут одновременно использоваться для устройства стыков
Поскольку нормированный шаг гвоздей остается прежним,
многосрезные гвоздевые соединения способны при сравнительно малой поверхности
пластинок воспринимать большие усилия. Чтобы сделать конструкцию ферм более
экономичной, чем обычная гвоздевая, требуется очень незначительное увеличение
размеров брусьев для размещения требуемого количества гвоздей. Стальные листы,
как правило, применяются оцинкованные. При повышенной опасности корродирования
они должны иметь надежное и стойкое дополнительное полимерное покрытие.
Изготовление строительных элементов (стропильных ферм, связей и т.п.)
осуществляется на предприятии. Однако отдельные узлы могут прибиваться на
строительной площадке. например, стыки стропильных ферм, крепления диагональных
связей пространственной жесткости.
Скобки, как известно, давно успешно применяются в
упаковочной промышленности. Наряду с креплением деревянной обшивки и опалубки с
помощью скобок могут выполняться также узловые соединения простых деревянных
стропильных ферм пролетом до 8 м или обшей длиной 12 м, так как они могут
работать как на срез, так и на выдергивание.
Гвоздевые плиты и фасонки из листовой стали
Гвоздевые плиты представляют собой
листовую сталь толщиной 1-2 мм с односторонней выштамповкой в форме гвоздей или
когтей, которые впрессовываются в поверхность древесины. Они применяются в
качестве узловых фасонок и стыковых накладок. Выштамповки гвоздей идут обычно в
одном - главном направлении плиты, в котором, как правило, возникают наибольшие
усилия. Штампованную плоскость гвоздевой плиты удерживает группа гвоздей. Эти
гвозди противодействуют отрыву от древесины как при впрессовывании плит, так и
при усушке и разбухании. И, наконец, они передают усилия при скреплении
деревянных элементов. При использовании соединений с помощью гвоздевых плит
деревянные элементы одинаковой толщины укладываются вплотную, скрепляются друг
с другом, а затем на них с обеих сторон напрессовываются гвоздевые плиты.
Поэтому здесь возможны только односрезные соединения.
Определенная экономия древесины по сравнению с обычными
гвоздевыми соединениями достигается благодаря тому, что узлы деревянных
элементов не требуют покрытия, а соединения или стыки - накладок, и поэтому
несущая способность площади контакта оказывается большей, чем у обычных
гвоздевых соединений.
Совершенно другой структурой и другой несущей способностью
обладают гвоздевые плиты «Мениг». Эти плиты закладываются между
соединяемыми деревянными элементами и по способу постановки могут быть сравнены
с зубчатыми шпонками. Как правило, такие плиты применяются для соединения узлов
ферм из одинарных или парных брусьев, а также для стыковых соединений с
деревянными накладками. При этом лесоматериал может быть толщиной до 8 см.
Гвоздевые плиты «Мениг» представляют собой стальные проволочные штыри, прочно
утопленные в двухслойную синтетическую удерживающую плиту и выступающие обоими
концами из нее. Штыри имеют диаметр 1,6 и длину 25 мм. Удерживающая плита
состоит из одного трехмиллиметрового вспененного слоя и слоя синтетической
смолы, армированной стекловолокном, толщиной примерно 2 мм.
Пролеты между деревянными элементами не ограничены. Как
правило, плиты «Мениг» используют для тяжелых стропильных ферм.
Фасонки из нержавеющей листовой стали все чаще
применяются для соединений балок, осуществлявшихся ранее плотницкими способами
- с помощью шпонок, зубьев, деревянных клиньев и т.д. Преимущество их
заключается в том, что такой способ соединения не требует высокой квалификации.
Ослабления поперечных сечений при этом не происходит, и соединения,
выполнявшиеся прежде только интуитивно, при использовании деталей из листовой
стали часто могут быть рассчитаны математически или же предельная допустимая
нагрузка на них может быть определена путем испытаний.
Имеются опорные башмаки кровель с висячими стропилами и
затяжками, шарнирные балки Гербера, универсальные соединения ферм, коньковые
шарниры, прогоны для легких конструкций, а также другие специальные накладки.
Изготовление стандартных накладок для крепления элементов
больших сечений из клееных досок не имеет смысла. Поэтому башмаки, накладки и
стальные детали для стыковых соединений стропильных ферм изготовляются для
каждого отдельного случая отдельно, при этом размеры их определяются в
соответствии с используемыми способами соединения.
Балки с треугольной решеткой (DSB). При изготовлении балок с
треугольной решеткой основное значение имеет способ склейки деревянных
элементов. Верхний и нижний пояса балок могут располагаться параллельно или под
наклоном друг к другу, при клееных соединениях «в шип» они могут иметь любую
длину. Концы раскосов снабжены плоскими или клиновидными шипами, которые
вклеиваются в соответствующие гнезда в поясах. В местах узлов древесина поясов
и решетки в отношении сучковатости должна отвечать требованиям класса качества
I.
Наибольший пролет типовых решетчатых балок с параллельными
поясами или трапецеидальных не превышает 20 м, треугольных ферм 30 м.
Номинальная высота балок с параллельными поясами не превышает 100 см (у
трапецеидальных балок имеется в виду высота балки в середине ее длины).
Треугольные фермы могут быть высотой до 300 см. Высота типовых балок с параллельными
поясами колеблется от 30 до 80 см. Треугольные стропильные фермы пролетом менее
15 м могут состоять из двух частей, при длине более 15 м эти две части должны
соединяться монтажным швом не на клею. Брусья поясов из равномерно просушенных
досок должны быть не толще 8 см. Сечение пояса может составлять до 120 см2,
причем отношение ширины к высоте не должно превышать 2,5:1, а угол наклона
раскосов треугольной решетки не должен быть больше 75 гр. Опирание балок и ферм
должно, как правило, происходить в узловой точке. Для восприятия сдвигающих сил
у опор решетка может быть заменена сплошной стенкой.
Балка выполняется обычно одностенчатой или многостенчатой и
имеет параллельные пояса или же односкатное или треугольное очертание. Узел
представляет собой клееное соединение деревянных раскосов с различным
направлением волокон, предельная нагрузка на которое установлена строительными
техническими условиями для строительных конструкций типа «Тригонит». Длина
конструктивных деталей, склеиваемых в процессе производства, нс должна
превышать 15 м. Высота спаренных стропильных ферм должна быть от 30 до 80 см.
Отдельные брусья поясов должны быть не тоньше 30 мм и не ниже 60 мм, а ширина
раскосов-не менее 60 мм. Угол между раскосами и поясами должен составлять не
менее 30 и не более 60е. Для ферм «Тригонит» годится только здоровая
неискривленная древесина, отвечающая по своему качеству требованиям класса не
ниже 11. У опор балки могут быть усилены прибитыми с двух сторон ребрами.
Балки с волнистыми стенками представляют собой сплошные балки
двутаврового сечения. Между параллельно идущими поясами из цельной древесины
вклеены одна или несколько стенок из клееной фанеры. Стенки расположены вдоль
балки по синусоиде, обеспечивая повышенное сопротивление боковому выпучиванию. Они
сделаны из трехслойной буковой или березовой фанеры типа склейки А 100
(устойчивой против атмосферного воздействия и против влажности), листы которой
благодаря стыковке превращены в бесконечную ленту. Стенка входит в слегка
клинообразные пазы верхнего и нижнего поясов. Поскольку пояса изготовляются
любой длины с помощью зубчатых клееных соединений, балки с волнистыми стенками
могут быть любой длины. Балку можно свободно удлинять, так как она в любой
точке обладает полной способностью восприятия изгибающего момента и поперечной
силы.
Сквозные фермы. Особые конструкции
Описываемые здесь решетчатые фермы типа «Грейм» и «Мениг», а
также соединения с помощью гвоздевых пластинок в настоящее время вытесняют
применявшиеся ранее дощатые гвоздевые стропильные фермы, а также двутавровые
балки с дощатыми стенками. Их преимущества заключаются в промышленном
изготовлении, а также в удобном исполнении узловых точек. Здесь приведены
примеры стропильных ферм для двухскатных, шедовых и односкатных кровель.
которые могут быть выполнены всеми тремя способами (рис. 5-7).
Рис. 5 Соединение с помощью гвоздевых пластинок. Узловые
плиты из оцинкованных стальных листов с выштамповкой в форме гвоздей,
впрессованных попарно с двух сторон в брусья одинаковой толщины
Кроме того, указанными способами могут выполняться
специальные конструкции, такие, как двух- и трехшарнирные рамы, все виды
связей, стеновые элементы и каркасы. Для распространенных конструкций, таких,
как стропильные фермы треугольные или с параллельными поясами пролетом от 7,5
до 20 м разработаны типовые статические расчеты. Монтаж легких стропильных ферм
прост, их можно устанавливать вручную; для установки тяжелых ферм достаточно
крана незначительной грузоподъемности.
Благодаря промышленному изготовлению рассматриваемых
конструкций отпадает необходимость в их последующих доработках. Необходимая
обработка деревозащитными средствами осуществляется до сплачивания досок
(брусьев).
Стропильные фермы на гвоздевых пластинках. Гвоздевые пластинки из
оцинкованной листовой стали могут быть использованы для изготовления деревянных
стропильных ферм, подвергающихся, в основном, действию неподвижной нагрузки
(рис. 5). Как правило, шаг этих стропильных ферм составляет 1,25 м, в
зависимости от нагрузки он может находиться в пределах от 0,625 до 2,50 м.
В отдельных случаях при большем шаге и дополнительной
нагрузке несколько расположенных рядом стропильных ферм могут быть соединены
для совместного несения нагрузки. При малом шаге достаточными бывают меньшие
сечения обрешетки или одна деревянная опалубка, облицовка из фанерных плит
может укладываться непосредственно на стропильные фермы. Пролеты дощатых
стропильных гвоздевых ферм не должны превышать 20 м.
Стропильные фермы типа «Грейм». Конструкции стропильных
ферм «Грейм» бывают двух видов:
2. стропильные фермы плоских крыш пролетом от 7 до 35 м
и высотой конструкции h «0,08».
Шаг ферм при этом принимается равным 2,5 м, что удобно для
установки кровельных стеновых элементов и элементов подвесных потолков (рис.
6). Шаг ферм в пределах от 1 до 4 м в зависимости от нагрузки кровельного
покрытия и снега, а также от пролета конструкции считается нормальным.
Стропильные фермы типа «Мениг». В отличие от ферм на
гвоздевых пластинках конструкция «Мениг» пригодна для более тяжелых ферм, так
как для них обычно по конструктивным соображениям рекомендуются многоэлементные
сечения поясов и раскосов (рис. 7). При нормальной нагрузке на кровлю увеличить
шаг ферм до 5 м. Для ферм этого типа оптимальными являются пролеты 16-25 м.
Меньшие пролеты, приблизительно до 10 м, могут быть перекрыты фермами этого же
типа, но при большей нагрузке. С помощью гвоздевых пластинок системы «Мениг»
были выполнены конструкции двухскатных крыш с большими пролетами до 45 м.
Правда, при этом высота конструкции в середине пролета составляла минимум 1/10.
Обеспечение жесткости и пространственной устойчивости
Гибкие стержни, используемые в качестве стоек или раскосов фермы,
как правило, удерживаются своими концами неподвижно и считаются шарнирно
опертыми. По-другому обстоит дело со сжатыми поясами балок или ферм со
сплошными или решетчатыми стенками, которые при вертикальной нагрузка без
дополнительных конструктивных мероприятий выгибаются в стороны по всей своей
длине. Поэтому стержни поясов должны быть закреплены либо на всем протяжении,
либо через определенные промежутки. Крепление по всей длине обеспечивается с
помощью кровельных или потолочных жестких дисков. Как правило, при
строительстве зданий павильонного типа устойчивость обеспечивается в плоскости
верхнего пояса с помощью связей, устанавливаемых через определенные промежутки.
Одновременно они могут служить и ветровыми связями.
Рис. 8 - Расположение связей: 1 - связи в
плоскости крыши. параллельно фронтону; 2 - связи в плоскости крыши, параллельно
карнизу; 3 - связи в плоскости нижнего пояса, параллельно фронтону; 4 - связи в
плоскости нижнего пояса, параллельно карнизу; 5 - вертикальные связи в
плоскости торцовой стены; 6 - вертикальные связи в углах
Рис. 9 Придание устойчивости с помощью
перекрещивающихся раскосов, работающих только на растяжение (например, доски,
тяжи, полосовая сталь)
Однопролетная балка имеет обычно сжатый пояс наверху.
Поскольку здесь обычно располагаются прогоны или другие виды связей,
устойчивость верхнего пояса можно легко обеспечить, если указанные строительные
элементы надежно закреплены в узловых точках связей и в некоторых случаях
дополнительно рассчитаны на усилия передачи горизонтальных нагрузок.
Свободной длиной пояса в этом случае считается шаг связевых
стоек, большей частью прогонов. Стропильные фермы над открытыми зданиями
павильонного типа у которых, по крайней мере, одна боковая сторона может быть
открыта на треть своей площади. подвергаются направленному вверх воздействию
ветра. При небольшой постоянной нагрузке нижний пояс превращается в сжатый, и
поэтому следует принять меры, препятствующие развитию продольного изгиба. Если
это не обеспечивается связями в плоскости нижнего пояса, необходимо
устанавливать подкосы или полурамы (рис. 10).
Рис. 10 - Придание устойчивости сжатому
нижнему поясу балки (например, неразрезным балкам у опор, углам рам. арочным
конструкциям): а - оттяжки из круглой стали, крепление с помощью глухарей; b -
ребра жесткости (например, фанера)
Рис. 11 - Придание устойчивости в
плоскости крыши и стены с помощью жестких дисков
Помимо проведения расчета элементов несушей конструкции и ее
отдельных частей на восприятие вертикальной нагрузки и обеспечение ее
устойчивости при продольном изгибе требуется также обеспечить устойчивость
всего сооружения в целом. Это означает, что наряду с мерами по восприятию
вертикальной нагрузки должны быть предусмотрены специальные конструкции,
воспринимающие и передающие фундаменту такие горизонтальные нагрузки, как,
например, ветровые или сейсмические.
В дереве это достигается, как правило, с помощью связей или
стеновых или потолочных дисков. Связи, как показано на рис. 8 и 9, обычно
располагаются в плоскости крыши. Вертикальные связи служат для дальнейшей
передачи горизонтальных усилий опорам и по возможности размещаются в углах
здания.
Если стены или потолки выполнены из щитовых элементов, их
можно одновременно использовать для восприятия и передачи горизонтальных
нагрузок (рис. 11).
Примеры:
Церковь в горах на Виикельмоозальм
Архитектор: Й. Видеман, Мюнхен. Инженер: X. Шлае
ль, Мюнхен.
Церковь с внутренним двором и односкатной крышей с уклоном 30
гр. Несущая конструкция состоит из четырех ферм с брусчатыми верхним и нижним
поясами, сжатых парных стоек 2 (12 х 22) см с деревянными прокладками и растянутыми
раскосами d 30-42 мм из стали St 52. Раскосы вводятся через просверленные
отверстия в нижнем и верхнем поясах и привинчиваются к стальной планке. Фермы
опираются с низкой стороны на стену из естественного камня, а с высокой - на
деревянный каркас со стальными элементами жесткости.
Прогоны 14 х 20 см с шагом 80 см прикреплены к верхнему поясу
болтами. По прогонам уложена холодная кровля с открытой деревянной обрешеткой,
на нее диагональная опалубка, играющая роль ветровых и пространственных связей,
теплоизоляция, воздушная прослойка, промежуточная обрешетка и обрешетка в три
слоя лиственничного гонта.
Общий разрез и расположение ферм в плане
- верхний и нижний пока из бр>сьев 24 * 24 см; 2 - стойки
2 (12x22) см; 3 - опорные стойки 24x28 см; 4 - растянутые раскосы d 30-42 мм; 5
- прогоны 14х20 см через 80 см; 6 - деревянная прокладка; 7 - шпонка d 115 мм;
8 - двойная врубка; 9 - прокладка 25 мм. две шпонки 0 115 мм
Приходской зал в Гассау (Швейцария)
Архитектор: Бехтольд и Баумгартнер. Роршах.
Инженер: В. Мсниг. Сент-Галлен
Конструкция крыши состоит из четырех ферм с веерообразно
расположенными раскосами. Эти раскосы поддерживают лежащие параллельно фермам
вспомогательные балки и опираются на нижний пояс фермы. Соединение-13 элементов
в одном узле парного нижнего пояса выполнено с помощью стального башмака и
приваренных шпонок. Перпендикулярно фермам и вспомогательным балкам уложен
настил 32 мм.
План расположения ферм и балок
- верхний пояс фермы 2 (12 х 24) см; 2 - нижний пояс фермы 2
(12 х 22) см; 3 - раскосы от 12 х 12 до 12 х 14 см; 4 - раскосы 12 х 26 см; 5 -
вспомогательные балки 16 х 24 см; 6 - ригель 12х12 см; 7 - стальной башмак с приваренными
шпонками d 160 м м
Односкатная дощатая ферма: а = 0.8 - 1,25 м, l = 5 - 15 м,
>= 15 гр., h = l/8.
Односкатная дощатая ферма (варианты решетки см. выше) h = l/9
- l/10
Двухскатная дощатая ферма >= 15 гр., h = l/7 - l/8
Вспомогательные стойки для подвесного потолка показаны пунктиром
Двухскатная ферма с опорными стойками (варианты решетки см.
выше или как у ферм с параллельными поясами). Из досок а = 0,8 - 1.25; l = 5 -
15 м. Из брусьев а = 2,5 - 6 м; l = 5 - 35 м; h = 1/9 - l/10
Ледяной каток в Грефрате
Архитектор: Л. Лиммер, Дюссельдорф. Инженер:
фирма, изготовляющая деревянные конструкции. Консультации по конструкциям,
детали шарнирных болтов: Ю. Наттерер, Мюнхен.
Система главных ферм этого покрытия размером 61,2 х 66,5 м
состоит из четырех ферм с шагом 13,2 м, перекрывающих пролет около 60 м.
Верхний и нижний пояса состоят из трех пакетов клееных досок,
раскосы - из двух пакетов двутаврового сечения. Вследствие небольшой высоты
фермы - всего 4,1 м - в решетке возникают усилия до 740 кН, а в поясах - до
2350 кН. Главная конструктивная задача при таких больших усилиях в стержнях
заключалась в решении шарнирного присоединения к поясам. Оно осуществлено с
помощью гвоздевых планок и шарнирных болтов.
Опоры и ветровые связи
- фермы; 2 - протоны 12 х 75 см; 3 - ветровая связь; 4 -
верхний пояс из пакетов клееных досок 2 х (12 х 84) и 17 х 84 см; 5 - нижний
пояс 2 х (8.5 х 81) и 17 х 81 см; 6 - деревянная прокладка; 7 - раскосы 2 х 12
или 2 х 13,6 см, высота 80-34 см; 8 - гвоздевые планки с приваренными
усиливающими накладками; 9 - болты 042 мм в трубе 0 108 мм; 10 - обрешетка
кровли; 11 - горизонтальные ветровые связи 11,5 х х 8 см
А - опорный узел; В-крепление прогона и ветровых связей к
верхнему поясу; С - узел верхнею пояса; D - крепление раскосов к нижнему поясу
Выставочный павильон в Графенау
Архитекторы: Шустер и Герлах, Мюнхен. Инженер: Ю.
Наттерер. Мюнхен.
Проект выставочного павильона в национальном парке в
Баварском лесу. В двух полукруглых сооружениях расположены выставочный
павильон. кинозал, библиотека, общие, административные и вспомогательные
помещения. Покрытие состоит in радиально расположенных ферм пролетом 27 м.
Снеговая нагрузка 500 кгс/м2. Многоэлементные пояса, стойки и
раскосы ферм сделаны из бревен. Соединения выполнены с помощью гвоздевых планок
и узловых болтов. По верхним поясам уложены прогоны из круглого леса, а поверх
них - теплая кровля и покрытие из гонта.
- верхний пояс - 3 d 37 см; 2 - раскосы - 2 d 25 см; 3 - нижний
пояс 3 d 25 см; 4 - обрешетка d 20 см через 40 см; 5 - балки свеса кровли; 6 -
гонтовое покрытие над теплой кровлей; 7 - планки с гвоздями и с усиливающим
кольцом; 8 - Болты d 63 мм
Церковь св. Аисгара в Мюнхене
Архитектор: Е.М. Ланг, Мюнхен. Инженер: Ю.
Наттерер. Мюнхен.
Квадратное помещение церкви с односкатной крышей. Несущая
конструкция - 5 ферм пролетом 20 м. высотой от 1.94 до 5 м. Верхний и нижний
пояса и раскосы двойные, стойки одинарные. Соединения с помощью гвоздевых
планок и узловых болтов. Прогоны 2 (10 х 26) см с промежуточными К - образными
связями. Освещение - через обшитые фанерой шахты. Из-за большой длины ферм
пришлось ввести монтажный шов. Сжатый стык верхнего пояса с деревянной
прокладкой, растянутый стык нижнего пояса из круглой стали d 50 мм на болтах и
накладках.
- ферма; 2 - затяжка d 50 мм (St 52); 3 - верхний и нижний
пож: а 2 (12 х 21) см; 4 - раскосы 2 (10 х 15) см; 5 - раскосы 2 (10 х 18) см;
6 - стойки 10 х 15 см; 7 - гвоздевая планка; 8 - болты 083 мм
План расположения ферм
Производство деревянных ферм. Выводы.
Наиболее широко представлены полносборные деревянные
стропильные фермы в странах Европы, которые отличаются межопорными
расстояниями, формой, а также типами крепежных элементов (фермы с прибивными
пластинами и узловыми накладками). Основной предпосылкой, способствующей
активному развитию сферы производства полносборных деревянных ферм в данных
странах, стало наличие у них в большом количестве основного материала,
используемого для изготовления - леса.
Благодаря этому появляется возможность сэкономить на
проводимых непосредственно перед монтажом крыши работах, да и само изготовление
деревянных ферм занимает гораздо меньше времени. В начале использования
полносборных конструкций они не представляли никакой экономической выгоды, ведь
в тот момент не было точных сведений о том, какие нагрузки они способны были
выдерживать, каким образом их можно было использовать и какими возможностями
они обладали, в результате чего стропильные фермы имели значительно завышенные
размеры, что в свою очередь сказывалось и на их стоимости.
Сегодня же многое изменилось, чему в немалой степени
способствовало развитие компьютерной обработки данных, осуществление расчетов и
проектирования с использованием современной вычислительной техники, организация
системы заказов на изготовление определенных конструкций. Все это в конечном
итоге привело к тому, что главный акцент при производстве полносборных
деревянных стропильных ферм делается на повышение эффективности и экономической
выгоды.
В большинстве случаев подобная стратегия дает свои
результаты, позволяя извлекать большую выгоду в сочетании с использованием
наукоемких методов, нежели производство деревянных ферм на месте. В странах
Европы сфера изготовления полносборных деревянных стропильных систем
развивается на протяжении нескольких десятилетий, что говорит о большом
накопленном опыте.
Однако даже это обстоятельство не позволило решить проблему
сокращения удельной доли использования дерева, являющегося основным материалом
для изготовления стропильных систем. А он, надо сказать, весьма значителен:
сегодня расход материала превышает в 1,3-2 раза.
На сегодняшний день выделяют следующие виды стропильных ферм:
• Фермы с наклонными балками;
Основной сферой применения полносборных деревянных
стропильных ферм, имеющих ригели, являются здания и сооружения, в которых
чердачное пространство предполагается использовать для какой-либо цели либо
застроить. Учитывая это, данные фермы являются подходящим вариантом, но только
в том случае, если в здании имеется достаточно твердое перекрытие, способное
эффективно противодействовать влиянию горизонтальных сил, либо перекрытие, где
в качестве такового используются чердачные балки.
Для варианта, когда роль перекрытия выполняют чердачные
балки, в помещении устанавливаются полносборные деревянные стропильные фермы,
представляющие собой конструкцию треугольной формы, в которой используются
половинные элементы, скрепленные друг с другом попарно.
При использовании ферм данного типа стропильные опоры
необходимо размещать на расстоянии 0,8-1,0 м друг от друга. В качестве
элементов, обеспечивающих усиление конструкции, повышение ее жесткости в
пространстве, используются противоветровые доски, обрешетка, а также кровельное
покрытие, благодаря которому на всем пространстве получается выделить
обстраиваемое место.
Дальнейшее развитие строительства предусматривает широкое
внедрение конструкций, удовлетворяющих условиям комплексной механизации их
изготовления и скоростного монтажа. Прогрессивной формой деревянных конструкций
являются, в первую очередь, клееные конструкции заводского изготовления из
досок на водостойких клеях, позволяющие максимально использовать мелкосортную и
низкокачественную древесину в сжатых и изгибаемых элементах конструкций,
расходуя при этом минимум высококачественной древесины и стали. Предстоит
дальнейшая работа по внедрению технологии высококачественной склейки в производство.
Широкое распространение получат легкие клеефанерные
конструкции с применением в них водостойкой высококачественной фанеры. Хорошие
перспективы имеет применение бакелизированной фанеры в строительных
конструкциях. Замена пиломатериалов фанерой явится одним из наиболее
эффективных средств экономии древесины в строительстве. Дальнейшему
усовершенствованию подлежат металлодеревянные системы сквозных ферм заводского
изготовления. Широкое развитие получит заводское домостроение.