Конструктивные системы деревянных конструкций

ЛЕКЦИЯ 8
5. Конструктивные системы
деревянных конструкций
5.1. Особенности компоновки каркаса

Компоновка здания это творческий процесс.

Компоновка зависит от технологии производственного
процесса и назначения здания.
Создание конструктивно-компоновочной схемы
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА
ГАБАРИТЫ
помещение 1
ГАБАРИТЫ
помещение 2
…
НАЗНАЧЕНИЕ ЗДАНИЯ
ГАБАРИТЫ
помещение n
ГЕНЕРАЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ
генеральные размеры несущих и ограждающих конструкций
уточнение размеров
дробление здания
назначение пролетов и шага конструкций
КОНСТРУКТИВНО-КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА

Существенным этапом компоновки каркаса является выбор
основных несущих конструкций.

Основной критерий выбора – достаточная прочность и
долговечность каркаса, обеспечение его пространственной
жесткости и устойчивости.
Кроме этого следует обеспечить:


минимально возможный расход материалов;
ускорение и удешевление изготовления, транспортировки,
монтажа конструкций.
Экономичность этих процессов во многом определяется
стандартизацией и типизацией конструкций.
Принципы компоновки каркасов
 Концентрация материала
 Упрощение конструктивной формы
 Совмещение функций.
Принцип концентрации материала заключается:

в сокращении числа конструктивных элементов,

уменьшении числа второстепенных элементов и деталей.
Это приводит к уменьшению общей массы каркаса, снижению
трудоемкости изготовления конструкции, упрощению и
удешевлению монтажа.
В наибольшей мере принципу концентрации материала
отвечают клееные деревянные конструкции.
Принцип упрощения конструктивной формы способствует :

увеличению числа одинаковых конструкций,

типизации и стандартизации.
Следствие – упрощение изготовления и монтажа конструкций.
Принцип совмещения функций заключается:

в исключении ряда промежуточных элементов каркаса,

передаче их функции на оставшиеся конструкции.
Типичным примером соблюдения принципов упрощения
конструктивной формы и совмещения функций являются
беспрогонные решения ограждений в каркасных зданиях.

Результатом компоновки каркаса здания являются
разработанные варианты конкурентно способных
конструктивно-компоновочных схем каркаса.

Наилучший вариант, подлежащий дальнейшей разработке
при проектировании, выбирается путем сравнения техникоэкономических показателей.
Особенности компоновки каркаса из древесины
Шаг средних поперечных рам принимается, как правило, 3;
4,5 или 6 метров.
Крайние рамы располагают с шагом примерно 0,8 основного
шага.


000,0
000 5
000 6
000 6
000 6
000 6
000 6
000 5
000 04
1
2
000 5
3
000 6
4
000 6
5
000 6
6
000 6
7
000 6
8
000 5
000 04
1
2
3
4
5
6
7
8
При компоновке каркаса следует учитывать специальные требования.

Для предотвращения замачивания деревянных стен
необходимо устройство карнизных свесов по продольным и
торцовым стенам.
000,0
000 5
000 6
000 6
000 6
000 6
000 6
000 5
000 04
1
2
000 5
3
000 6
4
000 6
5
000 6
6
000 6
7
000 6
8
000 5
000 04
1
2
3
4
5
6
7
8
При компоновке каркаса следует учитывать специальные требования.


Низ несущей деревянной конструкции должен быть
приподнят над полом не менее чем на 150 мм.
Низ ограждающей конструкции из древесины должен быть
приподнят над уровнем земли не менее чем на 400 мм.
 0,150
 400 мм
5.2 Поперечная рама каркаса

Конструктивные схемы поперечных рам каркасов
деревянных зданий характеризуются:




формой конструктивных элементов,
способом соединения конструктивных элементов между собой
(шарнирный, жесткий),
способом распределения и передачи усилий.
По этим признакам выделяют следующие две основные
конструктивные схемы поперечных рам каркасов:

стоечно-балочная,

рамная (распорная).
5.2.1 Стоечно-балочная:

состоит из вертикальных прямолинейных несущих
элементов – стоек (колонн)

и горизонтальных элементов – ригелей (балки, фермы,
треугольные или пологие арки с затяжками).
Соединение стоек с ригелями шарнирное.
Стойки жестко защемлены в фундаменте в плоскости
поперечной рамы.
В ригеле возникает изгибающий момент, а стойки работают на
сжатие или сжатие с изгибом.
Стоечно-балочные схемы поперечной рамы:
3
1
2
4
1
2
3
4
- однопролетная;
- двухпролетные;
– сквозная колонна и ферма в качестве ригеля;
– сплошностенчатая колонна и пологая арка с затяжкой.
Ригели поперечной рамы:
3
1
4
2
Балки из цельной древесины.
Балки из клееной древесины:
1 - односкатные постоянной и переменной высоты сечения;
2 - двускатными переменного сечения;
3 - ломаные, состоящие из двух прямолинейных элементов;
4 – гнутые.
Ригели поперечной рамы:
фермы
Стойки поперечной рамы:
Стойки (колонны):
сплошного сечения из цельной или клееной древесины;
сквозные: a – с соединением ветвей на прокладках, b – на накладках, c – раскосной решеткой.

В зависимости от необходимой площади опирания (из условия
прочности по смятию опорного сечения балки поперек волокон)
возможно опирание балки на колонну:


через мауэрлатный брус;
непосредственно на колонну.
5.2.2 Рамная (распорная) схема каркаса характеризуется :

шарнирным соединением стоек с фундаментом;

жестким карнизным узлом – стойка и ригель соединены
жестко;
ригель передает на стойку изгибающий момент и поперечную силу;
в пяте стойки создаются вертикальная и горизонтальная (распор)
опорные реакции.
Распорные несущие ДК:
3
1
5
2
4
Арки двух- и трехшарнирные:
1 - сплошностенчатые; 2 – сквозные.
Рамы техшарнирные:
3 – сплошностенчатые из прямолинейных элементов; 4 – гнутые; 5 – сквозные.
Как стоечно-балочная, так и рамная схемы имеют преимущества
и недостатки.
Основное преимущество стоечно-балочной схемы заключается в
простоте решения узла сопряжения стойки и ригеля,
основной недостаток – в сложности выполнения жесткого
узла опирания стойки на фундамент.
В рамной же схеме, наоборот, простое решение узла опирания
стойки на фундамент и сложный жесткий карнизный узел.
Стоечно-балочные схемы поперечной рамы каркаса:
Рамные схемы поперечной рамы каркаса:
3
4
Трехшарнирные рамы:
однопролетные сплошностенчатые и сквозные
Рамные схемы поперечной рамы каркаса:
Трехшарнирные рамы:
однопролетные с консолями сплошностенчатые
Рамные схемы поперечной рамы каркаса:
Трехшарнирные рамы:
сквозные, многопролетные
Рамные схемы поперечной рамы каркаса:
Двух- и трехшарнирные арки
Рамные схемы поперечной рамы каркаса:
Треугольные арки – распорные системы из прямолинейных элементов
Рамные схемы поперечной рамы каркаса:
Треугольные сквозные арки – распорные системы из прямолинейных элементов
Консольные системы сооружений:
5.3. Обеспечение пространственной
жесткости

В поперечном направлении жесткость и устойчивость
каркаса обеспечиваются жесткостью поперечной рамы в
своей плоскости.

Пространственная жесткость создается системой связей
Систему связей можно разделить на две подсистемы.
1.
Связи, обеспечивающие объединение несущих
конструкций каркаса в единую пространственную
конструкцию.
Их задача - воспринять внешние нагрузки и воздействия и
передать их на основание.
Система связей 1
Условно систему связей можно разделить на две подсистемы.
2.
Связи, обеспечивающие фиксацию в проектном положении
несущих конструкций или отдельных их частей.
Эта подсистема связей должна:

предотвращать выход несущих конструкций из плоскости вследствие потери
устойчивости,

воспринимать местные силовые воздействия (например, от подвесного
транспортного оборудования) и передавать их на каркас.
Система связей 2
Дополнительные связи,
обеспечивающие устойчивость
растянутого пояса балки –
фиксирующие балку в
вертикальной плоскости.
5.3.1 Каркасы зданий с прямоугольным планом
Пространственное раскрепление каркаса здания с
прямоугольным планом будет в основном обеспечено,
если каркас обладает жесткостью и устойчивостью в двух
главных направлениях - поперечном и продольном.

В поперечном направлении жесткость и устойчивость
каркаса обеспечиваются жесткостью поперечной рамы в
своей плоскости.

Жесткость торцевых поперечных рам увеличивают за счет
большей жесткости самой рамы (увеличение сечений) или
устройством фахверка.
Если часть стоек поперечной рамы шарнирно оперты на
фундаменты, требуются дополнительные мероприятия
по обеспечению жесткости и устойчивости в поперечном
направлении.
Например, стойки и несущие конструкции покрытия можно
объединить в рамы, образуя жесткие рамные узлы в
карнизе с помощью накладных раскосов.

В продольном направлении жесткость и неизменяемость каркаса
обеспечивается устройством вертикальных связей и горизонтальных
связей по покрытию (геометрически неизменяемых связевых блоков). Для
ригелей сквозной конструкции требуется также раскрепление нижних
поясов.

Связевые блоки:

воспринимают нагрузки и воздействия
направленные вдоль здания и
передают их на основание;

образуются объединением двух
соседних поперечных рам связями
(связи в деревянных каркасах
устраиваются между крайними
рамами, по торцам здания);

расстояние между связевыми блоками
не более 24 м в свету;

соединяются с промежуточными
несущими конструкциями каркаса, и
через них друг с другом, прогонами
или распорками и плитами (панелями)
после их монтажа.

Для создания связевого блока возможно применение одного из
двух видов связей:

крестовые гибкие связи - работают только на растяжение,
сечение подбирается по прочности, могут иметь значительную
длину; выполняются из металла;

треугольные жесткие связи - работают на сжатие, сечение
подбирается по устойчивости, следовательно, должны иметь
небольшую расчетную длину и массивное сечение;
выполняются из древесины.

К обеим системам связей предъявляется требование - угол наклона
должен быть не менее 30 и не более 60 градусов (близок к 45).

Возможно обеспечение жесткости диафрагмами.
Связи, обеспечивающие жесткость каркаса
1
2
3
1 – гибкие крестовые связи; 2 – жесткие треугольные связи;
3 – вертикальные и горизонтальные жесткие диски (диафрагмы).

В рамных схемах возможно обеспечить жесткость за счет
жесткости торцовых стен в их плоскости и жесткого
диска покрытия.
5.3.2 Каркасы зданий с круглым или многоугольным планом

При компоновке каркасов таких зданий следует придерживаться общих
принципов, изложенных выше.

Системы связей формируются по аналогии с прямоугольными в плане
зданиями.

Связевые блоки располагаются радиально с шагом не более 18-20 метров
по наружному периметру покрытия.

Возможно также попарное объединение ребер связевыми фермами.

Связи в плоскости покрытий необходимо продолжить и в плоскость стен,
развязав соответствующие стойки каркаса.

Для ребер сквозной конструкции требуется также раскрепление нижних
поясов.
Конструктивно-компоновочные
схемы зданий с покрытием
в виде ребристого
плоскостного купола,
опирающегося на деревянное
опорное кольцо (А)
и фундаменты (Б).
Каркасы зданий с круглым или многоугольным планом
Ребристо-кольцевой купол
Купол в виде сферического сегмента
радиусом 75 м.
На сжатом стальном кольце диаметром 91,5 м
36 меридианальных ребер, связанных в
кольцевом направлении прямыми
элементами из клееных досок. Перекрестные
связи из полосовой стали после монтажа
свариваются в растянутую сетку.
Каркасы зданий с многоугольным планом
Каркасы зданий с многоугольным планом
Каркасы зданий с многоугольным планом
Жесткий диск покрытия делает возможным шарнирное опирание стоек на фундамент
Спасибо, это всё