Ветровые связи стропильной системы: Ветровые связи стропильной кровли

Несущие конструкции покрытий — Как сделать ремонт квартиры самостоятельно?

Несущая конструкция покрытия несет кровлю и должна воспринимать нагрузки от снега и ветра. Для восприятия и передачи этих нагрузок на сооружение или на основание имеются различные виды несущих конструкций покрытий. Важнейшими являются стропильная крыша, крыша из стропил с затяжкой, крыша с наслонными стропилами и висячие стропила и фермы.

Несущие конструкции покрытия должны быть устроены таким образом, чтобы конек не мог передвигаться в продольном направлении. Это достигается установкой элементов продольной жесткости или продольных связей, которые могут быть различными в зависимости от вида несущей конструкции покрытия. Кроме того, несущие конструкции покрытия должны быть закреплены от отрыва при ветровых нагрузках. Поэтому стропила связываются с порогами, или с мауэрлатами гвоздями или металлическими башмаками (анкеры стропил на мауэрлатах, стальные уголки). Мауэрлаты и башмаки, как правило, закрепляются на стенах с помощью закладных болтов, с помощью плоских стальных накладок или с помощью стальных уголков.

Стропильная крыша

В стропильных крышах стропильные ноги соединены попарно (рис. 1). Они соединены в коньке усиленным соединением и образуют с нижележащим перекрытием несмещаемый треугольник. За счет взаимного подпирания стропильные ноги дополнительно к изгибу несут еще и продольную нагрузку. Эти усилия сжатия у опор стропильных ног воспринимаются пятой и прямо или через порог передаются на перекрытие (рис. 1). При этом перекрытие работает на растяжение. Вертикальные нагрузки передаются исключительно на наружные стены.

Соединение у подошвы стропильных ног в случае железобетонных перекрытий производится с помощью опорных брусков, которые упираются в пороги (рис. 1). Соединение стропильных ног может происходить также с помощью гнутых профилей из стального листа. В случае перекрытий по деревянным балкам усилия сжатия у подошвы стропильных ног передаются на балки перекрытия с помощью плоских стальных соединительных элементов или с помощью накладок.

 

Рис. 1. Стропильные крыши

Соединение стропильных ног в коньке производится с помошью цапф, работающих на срез, соединением в нахлест или с помощью горизонтальных планок, называемых коньковыми цангами. Часто под или между стропильными ногами устанавливается коньковая доска или коньковый брус, которые облегчают рихтовку пар стропильных ног (рис. 2).

Рис. 2. Устройство конька в стропильной крыше

Обеспечение продольной жесткости производится путем обрешетки, иногда путем устройства сплошного настила из досок, а также диагонально установленных ветровых связей (рис. 3). Коньковые доски и брусья также способствуют обеспечению продольной жесткости крыши. В качестве ветровых связей в большинстве случаев к обрешетке прибиваются оцинкованные, перфорированные плоские стальные ленты. Вместо плоских стальных диагоналей ветровые связи могут выполняться также из досок. Эти ветровые кобылки прибиваются под стропильными ногами.

Рис. 3. Обеспечение продольной жесткости стропильной крыши

В стропильной крыше чердачное пространство может иметь свободную планировку, так как в нем нет мешающих конструктивных элементов. Большие оконные проемы и люкарни, однако, устраивать в таких крышах нельзя, так как пары стропильных ног должны раскрепляться друг с другом. Для того чтобы горизонтальные силы у подножия стропил не были слишком большими, уклон кровли не должен быть меньше 25°. Стропильные крыши подходят для пролетов около 10 м.

Крыша из стропил с затяжкой

Крыша из стропил с затяжкой является дальнейшим развитием стропильной крыши для пролетов от 9 до 14 м (рис. 4). При таких пролетах получаются относительно длинные стропильные ноги, так что необходимы промежуточные распорки. Их функцию выполняют затяжки. Затяжки устанавливаются на высоте помещения горизонтально между каждой стропильной парой и связываются по бокам с ними дощатыми планками. Затяжки могут состоять также из двух брусьев с промежуточными прокладками. Последние прибиваются сбоку к стропилам гвоздями или крепятся к ним с помощью дюбелей.

Рис. 4. Стропильная крыша с затяжками

Чтобы предотвратить боковой выгиб работающих на сжатие стропильных ног, к затяжке сверху прибивают в качестве продольных распорок доски вблизи стыка затяжек со стропильными ногами. Соединения у опорных частей стропил и у конька выполняются так же, как у стропильных крыш.

Крыша с насланными стропилами

В крыше с наслонными стропилами стропильные ноги лежат на горизонтальных настенных брусьях, которые называют мауэрлаты (рис. 5). Поэтому стропильные ноги могут быть представлены как наклонно положенные балки, нагруженные преимущественно на изгиб. Обе половинки крыши образуют статически отдельные несущие системы. Поэтому стропильные ноги не должны обязательно, как это имеет место в стропильных крышах, быть связаны попарно. Кроме того, возможно легко осуществлять прогалы между стропилами любого размера для труб, окон в плоскости кровли и для люкарен или слуховых окон.

Рис. 5. Крыша с наслонными стропилами

Опорные части стропил выполняются обычно в виде врубок. Мауэрлаты воспринимают передаваемые опорами стропил нагрузки от крыши и передают их на опоры. Последние расположены в длину с шагом от 3 до 5 м. По направлению опор различают стоячие крыши с наслонными стропилами и крыши с наслонными стропилами и лежачей опорной системой. По количеству опорных брусьев такие системы делятся на простые, двойные и тройные крыши с наслонными стропилами. Крыши с опорными брусьями могут быть выполнены в виде усиленных подпертых стропильных систем, опирающихся на поперечные несущие стены, в виде висячих стропил или в виде шпренгельных систем.

Для обеспечения продольной жесткости в таких крышах обычно устраиваются продольные подкосы или распорки (рис. 6). Последние вместе с опорными брусьями и стойками образуют треугольники, которые делают конструкцию крыши несмещаемой в продольном направлении. Кроме того, с помощью этих подкосов уменьшаются пролеты коньковых или промежуточных продольных брусьев. Соединения должны воспринимать усилия сжатия и передавать их дальше. Вертикальные подкосы соединяются со стойками и продольными брусьями с помощью цапф или врубок. При больших нагрузках, однако, более целесообразными являются соединения с помощью накладок, так как при этом можно избежать ослабления сечения стропил и опорных элементов.

Рис. 6. Обеспечение продольной жесткости в крыше с наслонными стропилами с помощью подкосов к стойкам

Стоячие крыши с наслонными стропилами

В случае стоячих крыш с наслонными стропилами продольные брусья подпираются стойками. Чтобы на перекрытие не действовали сосредоточенные нагрузки, стойки располагают на несущих наружных стенах.

Наслонные стропила с одинарными стойками подходят для пролетов до 10 м при сечении стропильных ног до 12/18 см (рис. 5). Стропильные ноги у конька поддерживаются коньковым брусом а внизу опираются на мауэрлаты.

В крыше с наслонными стропилами двойной стоечной системы стропильные ноги лежат на мауэрлатах и на промежуточных продольных брусьях и выступают над ними до конька (рис. 7). Длина выступающей части наиболее целесообразна, если она составляет 3/10 длины стропильной ноги от мауэрлата до конька. Более длинные выступающие части стропил требуют больших сечений этих элементов или требуют того, чтобы они, как в случае стропил с затяжками, опирались друг на друга, что приводит к передаче продольных усилий на стропильные ноги, которые не могут быть восприняты опорными конструкциями стропил.

Рис. 7. Крыша с наслонными стропилами двойной стоечной системы

Крыша с наслонными стропилами тройной стоечной системы целесообразна при ширине здания от 14 м и более, если для опира-ния стоек имеются поперечные стены (рис. 8).

Рис. 8. Стропильная крыша тройной стоечной системы

Стоечные наслонные стропила с уклоном до 35° не требуют, как правило, никаких особых строительных элементов для обеспечения поперечной жесткости. Устойчивость в поперечном направлении достигается тем, что стропильные ноги жестко связаны с продольными брусьями. При малых усилиях для этого достаточно стропильных нагелей, при больших усилиях применяются специальные соединительные элементы из листовой стали. Стропильные ноги вместе со стойками и покрытием образуют жесткие треугольники. Для рихтовки стропил у конька тем не менее часто устанавливается коньковый брус и коньковые накладки (цанги).

Стропильные крыши с подкосами

Стропильная крыша с угловыми подкосами получает в качестве элементов поперечной жесткости на расстоянии 4 м угловые подкосы и затяжки (рис. 9). Подкосы стоят на опоре, заанкериваемой с перекрытием, и оканчиваются под головкой стойки, на которой лежит промежуточный продольный брус. Вместе с затяжкой, которая обеспечивает боковое расстояние продольных брусьев, получается трапециевидный элемент поперечной жесткости. Чтобы этот элемент жесткости работал эффективно необходимы прочные на изгиб накладки и прочные на растяжение соединения подкосов. Стропильная крыша с подкосами, потому, является очень дорогой и статически нецелесообразной конструкцией.

Рис. 9. Стропильная крыша с подкосами

Стропильные крыши лежачей системы передают нагрузки от крыши через подкосы только на наружные стены. Лежачие системы выполняются в виде двойных или тройных стоечных систем.

При двойной стоечной системе лежачих стропильных крыш средние продольные брусья лежат на несущей конструкции, образованной подкосами и напрягаемым ригелем (рис. 10). Чтобы эта несущая трапециевидная система при одностороннем нагружении не могла деформироваться, она должна получить дополнительную жесткость в поперечном направлении с помощью оголовочных связей, образующих жесткие треугольники.

Рис. 10. Стропильная крыша двойной лежачей системы

Шпренгелъная система и висячая система стропил

В шренгельных стропильных крышах нагрузки, передаваемые от стропильных ног на стойки, передаются через угловые подкосы на несущие стены. С помощью двойной шпренгельной системы нагрузки передаются только на наружные стены (рис. 11). Стойки, на которые передается нагрузка от стропильных ног, подвешены у их оголовков в местах их соединения между угловыми подкосами и напрягаемым ригелем. Нижние концы стоек, например, присоединяются с помощью подвысных цапф таким образом, чтобы через них не могли передаваться усилия сжатия.

Рис. 11. Двойная шпренгельная крыша

Висячими стропильными системами крыш называются несущие системы крыш, которые наряду с нагрузками на кровлю еще несут часть нагрузки от деревянного чердачного перекрытия (рис. 12). Различают простые и двойные висячие системы.

У простых висячих систем пара угловых подкосов поддерживает висячую стойку от опор балки чердачного перекрытия. Верхний конец этой стойки, как правило, несет коньковый продольный брус. На ее нижнем конце подвешивается продольный лежень, проходящий вдоль здания снизу или поверх балки подвешенного чердачного перекрытия (рис. 12). Так как этот лежень на расстоянии около 4 м поддерживается такой подвесной системой, он образует подвесную промежуточную опору для балок чердачного перекрытия.

Рис. 12. Висячая крыша

Двойная подвесная система состоит из пары угловых подкосов и двух подвесных стоек. Подкосы подпирают друг друга, как и у двойной шпренгельной системы, через напрягаемый ригель. Стойки, на которые передается нагрузка от продольных брусьев, также подвешиваются между подкосами и напрягаемым ригелем. Однако за счет подвешенного через продольные лежни чердачного перекрытия двойная подвесная система гораздо больше нагружена, чем двойная шпренгельная система, которая несет нагрузку только от кровли.

Свободно опертые фермы

Свободно опертыми фермами называют предварительно изготовленные конструкции покрытия, которые опираются только на продольные стороны здания. Они подходят особенно для крыш с большими пролетами. Свободно опертые фермы преимущественно выполняются в виде шпренгельных балок, в виде решетчатых ферм и в виде клееных рам.

Для свободно опертых крыш пролетом 10 м, но не более 15 м могут применяться раскосные фермы с поясами из хвойной древесины, или с клеефанерными поясами и с раскосами из плитных деревосодержащих материалов, или из гнутых стальных профилей с огневой оцинковкой.

Шпренгельные балки

Балки из полнотелой древесины или клееные дощатые балки прямоугольного сечения и небольшой строительной высоты работают на изгиб. Они поэтому подходят только для небольших пролетов. За счет устройства шпренгельной системы снизу таких балок и одного или нескольких брусьев, которые подпирают балку, можно экономично выполнить свободно опертые балки больших пролетов с хорошей несущей способностью (рис. 13). Растянутый пояс может быть, как и сама балка и стойки, выполнен из дерева. Но решение узловых точек и монтаж будут более простыми, если растянутый пояс выполнен из стали.

Рис. 13. Шпренгельная балка

Кроме того, растянутые пояса из стали могут достаточно просто предварительно напрягаться с помощью специальных натяжных замков (рис. 14).

Рис. 14. Растянутый пояс с натяжным замком в шпренгельной балке

Решетчатые фермы

Решетчатые фермы различают по их форме в основном на треугольные, трапецеидальные и фермы с параллельными поясами (рис. 16). Они делаются в основном симметричными, однако могут быть и односкатными (рис. 15). Решетчатые фермы состоят из верхнего и нижнего поясов, стоек и раскосов (рис. 16).

Рис. 15. Односкатная крыша с решетчатыми фермами

Рис. 16. Формы и названия решетчатых ферм

Стержни ферм устроены таким образом, что их оси пересекаются в одной узловой точке.

Пояса, стойки и раскосы решетчатых ферм образуют треугольники и нагружены преимущественно в продольном направлении. Расположение стержней определяет то, какработают эти стержни, на сжатие или на растяжение. Это необходимо учитывать при выборе формы поперечного сечения стержней и при устройстве узловых соединений. В случае треугольных ферм, например, верхние пояса вместе с нижними поясами можно рассматривать как шпренгельные системы (рис. 17). В них верхний пояс работает на сжатие, а нижний пояс работает на растяжение. Если между коньком верхнего пояса и нижним поясом расположена стойка, то возникает простая висячая конструкция. От места подвески верхние пояса, несущие нагрузку, подпираются диагональными стержнями. В этом случае вертикальный стержень работает на растяжение, а диагональные стержни — на сжатие.

Рис. 17. Устройство треугольной фермы

Решетчатые фермы могут быть изготовлены из брусьев, клееных дощатых конструкций, клеефанерных элементов или из досок. Соединение стержней может происходить с помощью гвоздей, нагельных стальных листовых накладок, нагельных плит, стержневых дюбелей, дюбелей специального типа или с помощью соединений на клею.

Отдельные фермы, также, как и другие конструкции покрытий, должны раскрепляться в продольном направлении. Обеспечение продольной жесткости и жесткости против ветровых нагрузок достигается с помощью диагональных связей. Кроме того, фермы для восприятия ветрового отсоса (ветровой отрывающей нагрузки) должны быть закреплены на опорах.

Рамы

Несущие конструкции покрытия называют рамами, когда вертикальные опоры и несущая конструкция покрытия соединены в единую конструкцию (рис. 18). Работающие как стойки и балки части рамы должны быть жестко связаны между собой или входить друг в друга. Поэтому рамы в местах угловых соединений имеют сравнительно большую высоту сечения. Рамы подразделяются по своему строению на двухшарнирные рамы и трехшарнирные рамы. Они в основном изготавливаются из дощатой клееной древесины. Однако строятся также и решетчатые рамы из клеефанерных элементов или из брусьев. Обычные пролеты рам составляют от 12 до 50 м.

Рис. 18. Рамы

Двухшарнирные рамы имеют ригель, проходящей по всей ширине рамы. Высота его сечения не уменьшается к середине. Двухшарнирные рамы подходят преимущественно для покрытий с очень малым уклоном.

Трехшарнирные рамы состоят из двух половинок, которые подпирают друг друга в коньке. Высота поперечного сечения элементов рамы у конька, как правило, уменьшается. Трехшарнирные рамы могут также устраиваться при более крутоуклонных кровлях.

Крыша на висячей стропильной системе с узлами на гвоздевых пластинах

Такие деревянные конструкции наиболее актуальны при возведении гаражей, приусадебных построек и дач.

Данное техническое руководство описывает принципы соединения деталей, приводит иллюстрации основных конструкционных узлов и рекомендации по выбору сечений элементов деревянных висячих стропильных систем.

Более сложные типы деревянных конструкций должны рассчитываться и собираться на заводе изготовителя.

Рис. 11.01 Монтаж самодельных деревянных висячих стропильных систем. Стыки нижнего пояса должны в середине пролёта опираться на несущие стены.
  1. Верхний и нижний пояса конструкций находятся в одной плоскости.
  2. Стальные перфорированные пластины располагаются с двух сторон.
  3. Нижний пояс констркуции присоединяется к верхнему внакладку.
  4. Деревянные накладки допускается прибивать только с одной стороны.
  5. Болтовое соединение с использованием стопорных шайб с наружными зубьями, зажимаемых между соединяемыми деталями, а также с использованием подкладных шайб.
Рис. 11.02 Пролёт, угол кровли, расположение несущей стены

1. Нижний пояс самодельных деревянных треугольных трехшарнирных арок (висячих стропильных систем), рассчитанных на пролёт более 4,2м, должен посередине опираться на несущую стену.

Рис. 11.03 Пример стальной перфорированной пластины с расположением отверстий гарантирующих оптимальное расстояние между гвоздями

 

Таблица 11.1

Выбор сечения элементов деревянных треугольных трехшарнирных арок, необходимое количество гвоздей для соединений на стальных перфорированных пластинах. Выбор диаметра стопорных шайб для болтовых соединений
Сне­го­вая на­груз­ка S0, кН/м²Угол кров­ли 18°≤ α ≤ 22°Угол кров­ли 22°≤ α ≤ 37°Угол кров­ли 37° ≤ α ≤ 45°
Про­лёт L*, мВерх­ний по­яс h, ммНиж­ний по­яс h, ммСо­еди­не­ние верх­не­го и ниж­не­го по­я­сов, стык де­та­лей ниж­не­го по­я­са*****Верх­ний по­яс h, ммНиж­ний по­яс h, ммСо­еди­не­ние верх­не­го и ниж­не­го по­я­сов, стык де­та­лей ниж­не­го по­я­са*****Верх­ний по­яс h, ммНиж­ний по­яс h, ммСо­еди­не­ние верх­не­го и ниж­не­го по­я­сов, стык де­та­лей ниж­не­го по­я­са*****
Ко­ли­че­ство гвоз­дей****Dст. шайб***, ммКо­ли­че­ство гвоз­дей****Dст.шайб***, ммКо­ли­че­ство гвоз­дей****Dст.шайб***, мм
2,53,0123173650123173550123173350
3,6148198762148198650148198450
4,21732238—173223762173223450
4,81981489—1981488—198148562
5.419814810—1981488—198148562
6. 022317311—223
173		9—223173562
6,622317312—22317310—————
4,53,01231738—123173762123173450
3,617319810—1481989—148198562
4,219822311—17322310—173223662
4,822314813—22314811—2231487—
5,422314814—22314812—2231487—
6,53,014817311—1481739—148173562
3,617319813—17319811—1731986—
4,222322315—19822313—1982237—

* Толщина поясов конструкции 48 мм, сорт пиломатериала 3-й, межосевое расстояние между арками 600 мм.
** При пролёте более 4,2м нижний пояс арки должен посередине опираться на несущую стену.
*** Также при этом используются болты диаметром 20 мм и подкладные шайбы 60×60×5 мм.

**** Расчётная нагрузка на 1 гвоздь 646 кН. Это количество гвоздей должно использоваться по каждую сторону стыка, с обеих сторон конструкции.
***** Стык нижнего пояса арки должен располагаться над несущей стеной посередине пролёта.

Рис. 11.04 Основные параметры самодельных деревянных теугольных арок
  1. Верхний пояс самодельной деревянной треугольной арки.
  2. Нижний пояс.
  3. Пролёт.
  4. Свес.
  5. Угол кровли.
  6. Обвязка несущей стены должна доходить вплоть до внешнего края стыка верхнего и нижнего поясов фермы.
  7. Свес кровли не должен превышать 500 мм.
Рис. 11.05 Соединение верхнего и нижнего поясов конструкции при помощи стальных перфорированных пластин и гвоздей
  1. Для самодельных деревянных арок в данном случае с двух сторон применяют пластины:
    100×240×1,5 мм, если пролёт до 4,2м
    100×300×1,5 мм, если пролёт более 4,2м
    При этом расчётная снеговая нагрузка должна быть менбше 4,5 кН/кв. м
  2. Область пластины, которую разрешается использовать для забивания гвоздей.
  3. Минимальное расстояние от торца деревянного элемента должно быть больше 60мм.
  4. Минимальное расстояние от кромки деревянного элемента должно быть больше 28мм.
  5. В данном случае нужно использовать рифлёные гвозди 4,0×40 мм равномерно распределяя их по пластине, соблюдая минимальные отступы (п. 3 и 4). Кол-во гвоздей на соединение выбирается по таблице 11.1.

Таблица 11.2

Минимальные расстояния от торца и кромок деревянных элементов треугольных арок до болтов со стопорными шайбами
Диа­метр сто­пор­ной шай­бы, ммМи­ни­маль­ные рас­сто­я­ния от тор­ца и кро­мок, мм
а3,tа4,t
а4,c
501003730
621244638
Рис. 11.06 Соединение верхнего и нижнего поясов арок при помощи болта и двух односторонних стопорных шайб с наружными зубьями, зажимаемых между соединяемыми деталями, а также с использованием подкладных шайб
  1. Стопорные шайбы с наружными зубьями — 2 шт. Диаметр стопорных шайб выбирается по таблице 11.1.
  2. Болт, 20 мм. Минимальные расстояния от торца и кромок деревянных элементов см. в таблице 11.2.
  3. Подкладная шайба, 60×60×5 мм.
Рис. 11.07 Соединение верхних поясов треугольных арок в коньке при помощи стальных перфорированных пластин и гвоздей
  1. С двух сторон применяют стальные перфорированные пластины 80×140×1,5 мм.
  2. С каждой стороны по внешнему краю пластины забивают по 2 рифлёных гвоздя 4,0×40 мм.
  3. Область пластины, которую разрешается использовать для забивания гвоздей.
  4. Минимальное расстояние от торца деревянного элемента должно быть больше 40мм.
  5. Минимальное расстояние от кромки деревянного элемента должно быть больше 28мм.
Рис. 11.08 Соединение верхних поясов арок в коньке при помощи накладок из досок или фанеры
  1. Накладка 148×300 мм из доски толщиной более 30 мм или из фанеры толщиной более 15 мм.
  2. Область пластины, которую разрешается использовать для забивания гвоздей.
  3. Гвозди 3,5×90 мм, 8 шт. с каждой стороны.
Рис. 11.09 Стык нижнего пояса самодельной деревянной треугольной арки всегда должен располагаться над опорой. Если нет опоры, то разрывы в нижнем поясе недопустимы, а максимальная длина нижнего пояса должна быть меньше 4,2 мРис. 11.10 Соединение элементов нижнего пояса арки при помощи стальных перфорированных пластин и гвоздей
  1. Стальные перфорированные пластины 100×300×1,5 мм монтируются с каждой стороны и центрируются относительно стыка.
  2. Область пластины, которую разрешается использовать для забивания гвоздей.
  3. Рифлёные гвозди 4,0×40 мм должны размещаться как можно более равномерно по внешним отверстиям пластины.
Рис. 11.11 Соединение элементов нижнего пояса арок при помощи болтов и односторонних стопорных шайб с наружными зубьями, зажимаемых между соединяемыми деталями, а также с использованием подкладных шайб
  1. Стык элементов нижнего пояса арки.
  2. Минимальные расстояния приведены в таблице 11. 2.
  3. Толщина накладки и толщина элементов нижнего пояса арки должны быть одинаковыми.
  4. Стопорные шайбы с наружными зубьями — 2 шт. на соединение. Диаметр стопорных шайб выбирается по таблице 11.1.
  5. Болт, 20 мм.
  6. Подкладная шайба, 60×60×5 мм.
Рис. 11.12 Диагональные ветровые связи 23×98 крепятся к каждой треугольной арке

1. Диагональная ветровая связь.

Рис. 11.13 Диагональные ветровые связи крепятся к нижней кромке верхних поясов арки 3-мя гвоздями 2,8×75 или 3,4×95 мм

1. Крепление диагональной ветровой связи к верхнему поясу конструкции.

Рис. 11.14 Анкеровка деревянных арок стальными перфорированными лентамиРис. 11.15 Если на пути установки арки попадаются дымовые трубы или другие препятствия, то арку смещают в сторону. С другой стороны от препятствия устанавливают дополнительную арку
  1. Треугольная арка, которую следует сместить в сторону.
  2. Дополнительная треугольная арка.

 

Материал подготовил конструктор Владислав Воротынцев на основе норвежской технологии каркасного домостроения, разработанной институтом СИНТЕФ

 

Анализ ветровой нагрузки: MWFRS в сравнении с C&C

Узнайте больше об определении наилучшего метода анализа ветровой нагрузки. В стандарте

ASCE/SEI 7-10 «Минимальные расчетные нагрузки зданий и других сооружений» перечислены два метода расчета давления ветра: система сопротивления ветровым нагрузкам (MWFRS) и компоненты и облицовка (C&C). Выбор того, какой метод использовать при проектировании подъемных соединений для ферм, может вызвать ряд вопросов у проектировщиков зданий, должностных лиц по нормативам и проектировщиков ферм.

Вопрос

Какой метод анализа ветровой нагрузки лучше всего использовать при проектировании подъемных соединений фермы и кто отвечает за эту работу?

Ответ

Выбор метода расчета ветровой нагрузки зависит от того, проектируете ли вы подъемные соединения для отдельного элемента или системы. Начнем с некоторых определений для ASCE 7-10.

Компоненты и облицовка (C&C): Элементы ограждающих конструкций, которые не квалифицируются как часть MWFRS.

Система сопротивления основной силе ветра (MWFRS): Совокупность конструктивных элементов, предназначенных для обеспечения поддержки и устойчивости всей конструкции. Обычно система воспринимает ветровую нагрузку более чем с одной поверхности.

Любой из этих методов может применяться к фермам в зависимости от ситуации. По определению, ферма представляет собой совокупность конструктивных элементов, что относит ее к категории MWFRS. Минимальные усилия подъема указаны в таблице R802.11 Международного жилищного кодекса (IRC) и в таблице 2308.10.1 Международного строительного кодекса (IBC) для стропил и ферм, используемых в обычных конструкциях с легким каркасом. Обе эти таблицы разработаны с использованием метода MWFRS, как указано в ссылке в примечании e к рисунку 6-2 ASCE 7-05 и главе 28 ASCE 7-10.

В таблице R802.11 IRC 2006 и 2009 указано:

e. Требования к подъемным соединениям основаны на ветровой нагрузке на концевые зоны, как определено на рисунке 6-2 ASCE 7. Нагрузки на соединения для соединений, расположенных на расстоянии 20% наименьшего горизонтального размера здания от угла здания, можно уменьшить, умножив значение соединения стола на 0,7 и умножив нагрузку на свес на 0,8.

В таблице 2308.10.1 IBC 2012 указано:

е. Требования к подъемным соединениям основаны на ветровой нагрузке на концевые зоны, как определено на рисунке 28.6.3 ASCE 7. 1 Нагрузки на соединения для соединений, расположенных на расстоянии 20 процентов наименьшего горизонтального размера здания от угла здания. допускается уменьшать, умножая значение соединения таблицы на 0,7 и умножая нагрузку на свес на 0,8.

Однако ферма также воспринимает ветровую нагрузку непосредственно от обшивки крыши (т. е. обшивки) и поэтому действует как компонент, что относит ее к категории C&C. Это пересечение проиллюстрировано в C26 Комментария к ASCE 7, в котором фермы крыши перечислены как примеры как MWFRS, так и C&C (выделение жирным шрифтом добавлено к определениям, чтобы подчеркнуть ключевые понятия):

КОМПОНЕНТЫ И ОБЛИЦОВКА : … Примеры компонентов включают крепежные детали, прогоны, прогоны, шпильки, настил крыши и фермы крыши. … Инженер должен использовать соответствующие нагрузки для проектирования компонентов, что может потребовать, чтобы определенные компоненты были рассчитаны на более чем один тип нагрузки, например, длиннопролетные фермы крыши должны быть рассчитаны на нагрузки, связанные с MWFRS, а отдельные элементы фермы также должны быть рассчитаны на нагрузки элементов и обшивки …

ГЛАВНАЯ СИСТЕМА СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЕТРОВОЙ СИЛЕ (MWFRS): … Структурные элементы, такие как поперечные связи, стены сдвига, фермы крыши, и диафрагмы крыши, являются частью Главной системы сопротивления ветровой силе (MWFRS), когда они помогают при передаче общих нагрузок…

Комбинированный анализ

Ферменная промышленность использует комбинированный анализ, включающий как метод MWFRS, так и метод C&C, для расчета условий подъема ветром и нисходящего давления. MWFRS применяется к сборке нескольких деталей, а C&C — к отдельной детали. SBCA рекомендует этот гибридный подход. Большинство программ двумерного программного анализа предлагают выбор методов анализа ветра при применении ветровых нагрузок.

Используя этот комбинированный расчет, соединения фермы или стропила, на линии плиты или прикрепленные к перемычке, балке или ферме, должны быть рассчитаны на ветровую нагрузку с использованием метода расчета MWFRS, а отдельные элементы фермы или стропила должны быть рассчитаны с использованием метод анализа C&C. Аналогичным образом, подъемные соединения рамы фронтона должны быть рассчитаны на ветровую подъемную нагрузку с использованием метода анализа MWFRS, в то время как отдельные элементы рамы фронтона должны быть рассчитаны с учетом нагрузок, приложенных вниз давлением ветра, полученных с помощью метода анализа C&C.

Рис. 1. Примеры использования методов анализа MWFRS и C&C.
МВтФРС Центр управления
Подъемное соединение фермы Отдельный элемент фермы
Подъемное соединение двускатной рамы Отдельный элемент двускатной рамы для
условий нагрузки, направленной вниз
Соединение подъема стропил Покрытие крыши, покрытие стен

Вопросы, на которые стоит обратить внимание

Независимо от используемого метода проектирования, проектировщику ферм требуется как можно больше информации о нагрузках от проектировщика здания для проектирования ферм. Проектировщик здания несет ответственность за предоставление проектной документации и всей информации о нагрузках и размерах, необходимой для проектирования ферм. Если проект не требует лицензированного профессионального проектировщика зданий, владелец или агент владельца несет ответственность за предоставление этой информации. Хотя IBC и IRC требуют, чтобы все применимые расчетные нагрузки были перечислены проектировщиком здания в документах по проектированию конструкций, эта информация часто отсутствует или недоступна проектировщику фермы во время проектирования. Если у проектировщика фермы нет этой информации, возможно, придется сделать предположения, которые могут легко помешать точному и доступному расчету.

Могут возникнуть проблемы, если концевые реакции на проектных чертежах фермы проектировщика фермы или инженера-проектировщика ферм отличаются от расчетов проектировщиком здания сил крепления крыши к стене. Если это происходит, проблема входит в сферу ответственности проектировщика здания в соответствии с TPI 1-2007 и AISI S214-07 для устранения любых различий в силах реакции.

Чтобы задать вопрос для этой колонки, отправьте электронное письмо в техническую группу SBCA.

1 IBC 2012 года ссылается на рисунок 28.6.3 ASCE, которого не существует. Похоже, намерение состоит в том, чтобы сослаться на главу 28 ASCE 7-10.

 

Для получения дополнительной информации об определении нагрузок, а также титульного листа, который может использоваться проектировщиком здания для определения нагрузок или проектировщиком фермы для утверждения нагрузок, см. Руководство по нагрузкам SBCA, доступное для бесплатной загрузки в формате Excel. на sbcindustry.com/loads.php. На вкладке ветра, в частности, обсуждается методология проектирования для MWFRS и C&C. Дополнительную информацию о Руководстве по загрузке SBCA и его использовании см. в следующих статьях SBC Magazine : «Введение в TLG — часть 1» и «Введение в TLG — часть 2». 

Для получения дополнительной информации о характеристиках деревянных конструкционных панелей посетите следующую веб-страницу, посвященную OSB в качестве сырья, и следующие статьи о характеристиках строительных материалов при сильном ветре и результатах испытаний.

  • Сезон и обрушение торнадо. Виноваты ли строительные материалы?
  • Правда? Обшивка OSB обвиняется в обрушении здания из-за ветра со скоростью 86 миль в час!
  • Видео: Испытания деревянных панелей Университета Алабамы; Вопросы пластичности
  • Tornados Wreck Havoc в Средней части США, Виноват?
  • APA продвигает вводящий в заблуждение заголовок о грозе
  • Без комментариев от APA о вирусном видео об обрушении кондоминиума OSB
  • Техасские торнадо требуют внесения изменений в строительные нормы и правила
  • Видео: Торнадо в Техасе подчеркивают необходимость надлежащего строительства стен
  • Соответствие строительным нормам предлагается для противодействия торнадо
  • Анализ ветровой нагрузки: MWFRS по сравнению с C&C
  • Является ли APA отличным примером продвижения интересов через конфликт интересов?
  • Видео: Обшитая OSB квартира рухнула при ветре со скоростью 86 миль в час

 

Что такое ферменный мост

Ферма представляет собой набор отдельных элементов, действующих на растяжение или сжатие и работающих вместе как единое целое. На ферменных мостах на растянутый элемент действуют силы, которые тянут наружу его концы. Даже на «деревянном» ферменном мосту эти элементы часто представляют собой отдельные металлические детали, такие как стержни или стержни. Сжимающие силы толкают или сжимают вместе и тяжелее. Отдельные члены образуют треугольный узор.

Один историк моста описывает ферменный мост следующим образом: «Ферма — это просто взаимосвязанный каркас из балок, на котором что-то держится. Балки обычно располагаются в виде повторяющегося треугольного рисунка, поскольку треугольник не может быть искажен напряжением. Ферменный мост состоит из двух длинных, обычно прямых элементов, известных как пояса, образующих верх и низ, которые соединены паутиной вертикальных стоек и диагоналей Мост поддерживается на концах опорами, а иногда в середине опорами. спроектированная и построенная ферма будет распределять напряжения по всей конструкции, позволяя мосту безопасно выдерживать собственный вес, вес пересекающих его транспортных средств и ветровые нагрузки Ферма не поддерживает проезжую часть ни сверху, как подвесной мост, ни снизу , как арочный мост; скорее, он делает проезжую часть более жесткой и прочной, помогая ей выдерживать различные нагрузки, с которыми она сталкивается». (Эрик Делони, «Золотой век», «Изобретения и технологии», 19 лет).94).

Рисунок, образованный элементами, в сочетании с распределением напряжений (растяжение и сжатие) создает определенный тип фермы, такой как Уоррена или Пратта. Большинство типов ферм носят имя человека (лиц), разработавших схему, например ферма Пратта, названная в честь Калеба и Томаса Праттов, которые запатентовали ее в 1844 году. Например, конфигурация или схема фермы Пратта и Хоу появляется идентичны (ряд прямоугольников с крестиками), но диагонали Хоу сжимаются, а вертикали растягиваются. В Pratt верно обратное.

Теоретически мост с фермами не содержит лишних элементов. Строители считали каждый член или элемент важным для функционирования фермы, хотя некоторые из них были важнее других. В то время как большинство ферм могут получить значительные повреждения и потерять поддержку некоторых элементов без разрушения, серьезное повреждение элемента в результате дорожного движения может привести к обрушению моста.

Четыре оставшихся исторических крытых моста Теннесси используют один из этих трех типов ферм:

  • Кингпост (Крытый мост в парке
  • Квинпост (Крытый мост Гаррисберга и Библейский крытый мост
  • Howe (Крытый мост Элизабеттона)

Kingpost
Строители впервые разработали Kingpost как самый простой и самый ранний тип фермы. Контур состоял из двух сжатых диагоналей и растянутого нижнего пояса, которые вместе образовывали треугольную форму. Вертикальный натяжной стержень (называемый шкворнем, отсюда и название фермы) делил треугольник пополам. После середины 19го века строители использовали металл (не дерево) для натяжных стержней. Строители обычно использовали ферму Kingpost для более коротких пролетов, примерно до 35 футов.

Квинпост
Квинпост, еще один ранний и базовый тип фермы, является разновидностью фермы Кингпост. Ферма Queenpost содержит два вертикальных элемента (а не один в Kingpost). Эти вертикальные элементы требуют использования верхнего пояса для их соединения. Такое расположение образует трехпанельный пролет, в котором центральная прямоугольная область может иметь или не иметь пересекающиеся диагонали. Опять же, внешние элементы действуют на сжатие, а вертикальные стержни (деревянные или металлические) действуют на растяжение. Этот тип фермы может поддерживать пролеты до 70 футов.

Ферма Howe
Уильям Хоу запатентовал ферму Howe в 1840 году. Концевые диагонали соединяют верхний и нижний пояса, а все деревянные элементы действуют на сжатие. Каждая панель имеет диагональный деревянный сжимающий элемент и вертикальный металлический натяжной элемент, материал, который проводит растягивающие усилия лучше, чем дерево. Металлический натяжной элемент устранил тяжелый деревянный элемент и уменьшил собственный вес нагрузки, и строителям было легче соединять резьбовые и гайковые соединения между железом и деревом, чем между деревянными элементами. Строители могли использовать несколько панелей для увеличения длины моста, обычно в пределах от 100 до 150 футов.

Добавить комментарий