Трехшарнирные рамы

широко применяют в одноэтажных однопролетных зданиях различного назначения.

По статической схеме рамы бывают
- трехшарнирные, изготавливаемые из двух полурам,
- решетчатые.

По очертанию:
- криволинейные,
- ломаные.

По материалу исполнения:
- дощатоклееные,
- клеефанерные,
- с применением пластмасс.

По конструктивному решению жесткого карнизного узла:
- гнутоклееные рамы, выполненные из тонких досок,

клеефанерные гнутоклееные рамы и рамы с консолями;

ригелем, опирающимся на стойку и подкосы;

- рамы из прямолинейных элементов с жестким узлом, образованным с помощью растянутых металлических связей и коротких подкосов;

- рамы из прямолинейных элементов с соединением ригеля и стойки в карнизном узле с помощью механических связей, расположенных по окружности;

стойки металлическими пластинами и арматурными стержнями, вклеенными под углом к волокнам;

- рамы из прямолинейных элементов с соединением ригеля и стойки в карнизном узле на зубчатый шип или через пятиугольную вставку;

- рамы из прямолинейных элементов с соединением стойки и ригеля в карнизном узле с помощью накладок и прокладок из бакелизированной фанеры на клею.

часто выполняют переменными. При этом ширина сечения постоянна. Гнутоклееные рамы могут иметь плавное изменение сечения или в виде ступеней.

1.2 Дощатоклееные гнутые рамы

Поперечное сечение рамы выполняют прямоугольным. По длине конструкции оно может быть постоянным или переменным.

Переменность сечения достигается уменьшением количества ламелей со стороны помещения.

Плавное изменение высоты сечения архитектурно выразительно, но менее технологично.

Криволинейность карнизных узлов достигается выгибом ламелей с радиусом R=2…4 м. Толщина ламели δ≤R/150 и составляет обычно δ= 16…25 мм.

по сравнению с балками и арками (больший расход древесины и клея, большая трудоемкость).

Преодолеть этот недостаток позволяет использование гнутоклееной вставки в карнизный узел и прямолинейных участков стойки и ригеля. Прямолинейные участки изготавливают из ламелей толщиной 42 мм.

Прямолинейные участки соединяют с гнутоклееной вставкой с использованием зубчатых клеевых соединений (I-50).

i принимается с учетом требуемого уклона кровли. При кровле из листовых материалов (например, волнистых асбестоцементных листов) i≥25%. При мягкой (рулонной) кровле i≤25%, что соответствует углу α=14°20´.

Расчетные оси элементов трехшарнирных рам, имеющих переменное сечение, для упрощения расчетов принимают параллельными их наружным кромкам и проходящими через центры их опорного о конькового узлов.

Радиус кривизны гнутых участков рекомендуется принимать равным предельному значению r=150δ. С ростом радиуса уменьшается внутренний объем помещения.

По технологическим соображениям назначают длину прямолинейного участка стойки lст .

Центральный угол оси выгиба

и ригеля

Координаты характерных точек оси полурамы:

- начало выгиба

- середина выгиба

- конец выгиба

1.3 Расчет дощатоклееных гнутых рам

Подбор сечения и проверку напряжений в элементах рам производят на действие в них максимальных изгибающих моментов M, продольны N и поперечных Q усилий.

избежание стыкования досок по ширине.

Требуемую высот у сечения в опорной и коньковой зонах определяют по формуле, исходя из условий обеспечения прочности древесины скалыванию

Максимальную высоту сечения в карнизном узле гнутоклееной рамы подбирают при действии максимального изгибающего момента M и продольной силы N, приложенных к геометрической оси этого сечения в половине его высоты.

Эти усилия рассчитывают путем переноса соответствующих усилий, определяемых относительно условной оси (см. выше) на нейтральную ось сечения.

Расстояние e между этими осями вычисляют в зависимости от высоты опорного и конькового сечений.

изгибающий момент M0 уменьшается

Согласно многочисленным экспериментам эпюра нормальных напряжений на этом участке имеет криволинейный характер, при этом

Проверку этого сечения при радиусе выгиба сжатых rс и растянутых rр ламелей при сжатии с изгибом производят по прочности как сжатых, так и растянутых волокон

Здесь моменты сопротивления при определении сжимающих и растягивающих напряжений определяют с учетом особенности работы этих зон

участка.

Переменность высоты сечения учитывают коэффициентами

и

Примеры зданий с использованием гнутоклееных рам

Наиболее нагружен, а потому и ответственен карнизный узел.

Соединяют стойки и ригели в карнизном узле разными способами в зависимости от условий изготовления рамы.

Наиболее широко распространено соединение по биссектрисе карнизного узла с помощью клеевого зубчатого соединения (I-50 или I-32). Стойки и ригели целесообразно склеивать из ламелей δ=33 мм.

В целях экономии древесины этот узел может быть выполнен с использованием 5-угольной вставки длиной 400…600 мм.

вдоль волокон древесины.

Достаточно широкое применение получило решение карнизного узла с применением стальных цилиндрических нагелей, расставленных по окружности. В этом случае ригель изготавливают более узким, чем стойки, и устанавливают в прорезь в верхней части стойки.

Другие решения сборных (на площадке) карнизных узлов.

С растянутыми металлическими связями и короткими подкосами

При помощи прокладки – «колена» из двутавра.

стержневой системы.

С помощью упорного швеллера и тяг.

Карнизный узел может быть выполнен также с применением фанерных накладок и прокладок или с помощью вклеенных стержней.

кромки ригеля рамы i принимается с учетом требуемого уклона кровли. При кровле из листовых материалов (например, волнистых асбестоцементных листов) i≥25%. При мягкой (рулонной) кровле i≤25%, что соответствует углу α=14°20´.

Расчетные оси элементов трехшарнирных рам, имеющих переменное сечение, для упрощения расчетов принимают параллельными их наружным кромкам и проходящими через центры их опорного о конькового узлов.

В раме ломаного очертания сечение, проходящее через точку перелома оси полурамы, где располагается зубчатый шип, следует проводить по направлению биссектрисы угла этой оси

Координаты сечений полуригеля этой рамы определяют из выражения

где

- условная длина стойки, равная расстоянию от опор до пересечения стойки и ригеля.

биссектрисному сечению, рассматривая раму как сжато-изгибаемый элемент, учитывая криволинейность эпюры нормальных напряжений в этом сечении.

1. Проверяют биссектрисное сечение в сжатой зоне вдоль оси x, под углом к волокнам α

2. В растянутой зоне вдоль оси x под углом α к волокнам

3. Вдоль оси y на сжатие под углом β=90-α к волокнам древесины

сечения; Rсмα, Rсмβ, Rи - расчетные сопротивления древесины смятию под углами α и β к направлению волокон и изгибу; k1, k2, k3 – коэффициенты, принимаемые по соответствующим графикам.

Расчет рам по скалывающим напряжениям выполняется для опорного узла. В других сечениях ее не производят, если соблюдаются условия

и

1.6 Конструктивное решение коньковых и опорных узлов трехшарнирных рам

С использованием деревянных накладок. Необходимо выполнение условия

сварного башмака (Поз.5) на фундамент.

Передача усилий на фундамент через балансир шарнира (Поз.8).

Валиковый шарнир

Q.

1.7 Рамы подкосного типа

Четырехподкосная

Двухподкосная

решения узлов сопряжения подкоса с ригелем и стойкой.

ригеля на нагелях, расставленных по окружности.

Пример трехшарнирной рамы с сопряжением стоек и ригеля на нагелях, расставленных по окружности.

Пример трехшарнирной рамы с сопряжением стоек и ригеля при помощи клеевого зубчатого соединения.

Рекомендуемая длина 15-25 м.

Подкосные рамы