Узлы деревянных ферм претерпевают изгибные и сдавливающие нагрузки. От их прочности зависит жесткость стропильной системы и устойчивость крыши. Поручите выполнение фермовой конструкции специалистам «ДримВуд» и получите надежное рамное перекрытие.
Чтобы узлы соединения деревянных ферм не расшатались, используют следующие крепежные элементы:
- скобы;
- гвозди;
- болты.
Бесплатный расчет стоимости
Отправьте заявку сейчас! Специалист свяжется с Вами и предоставит Вам предварительную смету.
Узлы линзовидной деревянной фермы получаются путем склеивания стержней. Стыки также выполняются с помощью болтовых стяжек. Особая форма рамной конструкции получается благодаря изгибанию элементов под определенным углом.
Выбор вида крепления зависит от элемента конструкции и его размеров. Коньковый узел, располагаемый между стропильными ногами, выполняется путем соединения металлических скоб или подходящих накладок с гвоздями. Глубина погружения должна достигать половины толщины бруса. Соединение ригеля со стропильной ногой производится любыми крепежными элементами.
Узлы деревянных ферм для обычных треугольных рамных систем выполняются с нижней затяжкой. Для них характерно дополнительное усиление стропильных ног с мауэрлатом. Специалисты «ДримВуд» тщательно спланируют места соединения, произведут точный распил конструктивных частей и используют подходящие крепежные элементы.
К рекомендациям, влияющим на прочность соединений конструкции, относятся:
- крепление стропильной ноги на затяжку осуществляется методом лобовой врубки или с помощью специального стяжного болта;
- чтобы повысить жесткость конструкции, оси элементов стропильной системы должны пересекаться;
- под несущие части системы скатной крыши подводятся шпалы.
Узлы соединения деревянных ферм скрепляются болтами с накладками. Выполним прочную стропильную конструкцию, в которой нагрузки будут равномерно распределены на все участки..
Фото узлов соединения ферм
Конструкции узлов деревянных стропильных ферм крыши
Несущие треугольные композиции крыши с разными узлами называются стропильными фермами. Благодаря своим конструкциям фермы придают жесткость всей крыше и равномерно распределяют нагрузку на все участки. Для любой деревянной стропильной фермы главное – качественно скрепить все узлы. Рассмотрим варианты крепления.
Конструкция стропильной фермы
Выбор конструкции стропильной фермы зависит от всех факторов: уровень возможной нагрузки от осадков и ветра на крышу, вес кровли, размеры крыши, материал и многие другие. Но, к счастью, создавать свою конструкцию фермы можно как угодно. Вот вам достаточное количество примеров для вдохновения (некоторые подходят для строительства обычного чердака, некоторые для крыши гаража или сарая, некоторые для мансарды).
Узлы стропильных ферм
Задача крепления любого узла в стропильной ферме – не дать стыку двух и более брусьев расшататься. Поэтому крепить их нужно как следует. Но это еще не значит, что надо забивать гвозди или вкручивать шурупы везде, где это возможно. Такой метод только создаст в дереве лишние трещины, которые могут привести к расколу всего бруса или доски.
Для начала рассмотрим несколько вариантов узлов для стропильных ферм при пролетах до 6 метров. Вот так могут выглядеть узлы обычной треугольной фермы со стропильными ногами и ригелем .
Коньковый узел между стропильными ногами создается креплением скоб или накладок с гвоздями (желательно в половину толщины бруса). Узел ригеля со стропильной ногой создается так же при помощи скоб, гвоздей или болтов. Если стропила не выходят (или почти не выходят) за рамки стен, то концы стропильных ног можно опирать прямо на стены. Такая конструкция подходит для небольших строений, но имеющих достаточно прочные стены, поскольку из-за отсутствия нижней затяжки и поперечных стоек с подкосами нагрузка сразу передается на стены.
Обычная треугольная ферма с нижней затяжкой имеет узлы, схожие с предыдущим вариантом, за исключением дополнительного усиления узлов стропильных ног с мауэрлатом.
Лучше опирать стропильную ногу на затяжку методом лобовой врубки и крепить специальным стяжным болтом. Желательно, чтобы оси элементов пересекались над серединой подкладки. Это придаст узлу дополнительную прочность.
Еще есть вариант, когда вы оставили вверху стен внутренние пустоты для опирания балок потолка. В этом случае крепление опорного узла фермы будет очень серьезным.
Под концы стропильных ног нужно подвести шпалы. От этого распор будет передаваться сразу на потолочные балки. Между шпалой и стропильной ногой необходимо смонтировать специальный подкос и колодку (последнюю как можно ближе к опорам балок). Это не даст балкам прогибаться.
При изготовлении фермы с центральной стойкой коньковый узел можно скрепить несколькими болтами с накладками, то же самое касается и нижнего узла стойки и затяжки.
При пролетах от 6 до 12 метров стропильную ферму нужно усиливать дополнительными элементами: стойками и подкосами.
Стропильная система: узлы соединения
Деревянные стропильные фермы строятся либо из наслонных, либо из висячих стропил. соответственно, их вид называется наслонным или висячим. Выбирая устройство того или иного вида системы кровли. руководствуются следующими критериями:
- климатические характеристики региона,
- нагрузка на крышу атмосферных осадков (дождевые и талые воды, ветер),
- функциональность кровли,
- архитектурная форма выбранного владельцем проекта кровли.
Какой бы вид системы деревянных ферм ни был выбран, профессиональное и прочное устройство узлов системы гарантирует основательность и долговечность всей крыши. Поэтому устройство конструкций и узлов наслонных кровельных систем стоит поручить квалифицированным мастерам: их расчетная схема и качественная установка подвластна только специалистам.
Коньковый способ соединения наслонных стропильных ног друг с другом вверху с помощью ригеля делают вполдерева, когда у соединяемых между собой бревен вырубают паз в полтолщины бревна и пазы бревен идеально входят один в другой.
Основные термины
- Стропила – несущая часть крыши из наслонных стропильных ног, подкосов и вертикальных стоек, опирающихся на мауэрлат.
- Стропильная нога – одна стропилина.
- Мауэрлат – опора для стропил. горизонтальный брус, расположенный на стенах, распределяющий на них равномерную нагрузку крыши с атмосферными осадками.
- Затяжка – горизонтальная балка, соединяющая стропила; освобождая их от действий горизонтальной силы, придает крыше устойчивость.
- Бабка – вертикальная опорная деталь для укрепления стропил. нижней частью опирается на затяжку, верхняя – служит опорой для стропил.
- Распорка – брус, вставленный между бревнами, чтобы препятствовать их соединению.
- Подкос – наклонный брус, поддерживает горизонтальные элементы кровли (балки и перекрытия), опираясь на вертикальные детали (стойки и колонны).
- Конек – верхняя горизонтальная балка, образуемая стыком скатов кровли.
Узлы соединения кровельной системы делятся на три условные группы:
- узел соединения ног и мауэрлата,
- узел соединения ног и элементов деревянной фермы для придания жесткости и прочности конструкций,
- узел стыкования частей стропил для их удлинения.
Способ соединения стропил и мауэрлата бывает жестким и скользящим.
Узел соединения конструкций нельзя делать жестким всегда: от погодных условий древесина может разжиматься и сжиматься, и при жестком соединении конструкций наслонных систем есть опасность деформации несущих стен из-за возникновения на них больших распорных нагрузок.
Жесткие узлы
Чтобы получить жесткий узел соединения, применяют:
- устройство врубки на стропильной ноге: врубка делается глубиной не более 1/3 высоты доски; стропило упирается в мауэрлат и фиксируется гвоздями: двумя, вбитыми под углом друг к другу с боков стропила, и одним гвоздем, вбитым вертикально.
- нашивка подпорного бруса на стропильную ногу: к стропильной ноге подшивается метровый брусок, и им нога упирается в мауэрлат, сбоку, чтобы не сдвинуться в сторону, стропильная нога крепится металлическими уголками.
Узлы опирания наслонных стропил
Скользящие узлы
Система скользящих узлов соединения применяют в конструкциях наслонных стропил. Висячие стропила применяют для возведения кровли зданий из оцилиндрованного бревна, в которых стропила имеют упор на коньковый прогон, несущие стены распорных нагрузок не несут, а поэтому и не требуют скользящего крепления.
После постройки конструкций деревянных наслонных ферм кровля в течение нескольких лет дает усадку, ферма при этом находится в постоянном движении, поэтому жесткие крепления могут деформировать стены. Перед соединением стропил в узлах крепления узел получает некоторую свободу движения следующими способами.
На стропильной ноге производится упирающийся в мауэрлат запил. Далее нога укрепляется гвоздями: два гвоздя наискосок в мауэрлат с обеих сторон стропила и одним – в мауэрлат сверху вертикально (или металлическими пластинами с отверстиями для гвоздей) и скобами.
- Стропило опускается за границы стены и металлическими уголками фиксируется на мауэрлат.
- Применение металлических конструкций крепления под названием «салазки».
- Стропильная нога упирается в мауэрлат всегда, но и стропило, и мауэрлат могут двигаться друг относительно друга, если возникает такая необходимость.
- Для уменьшения риска сноса наслонных крыш штормовым ветром подкосы, бабки и распорки соединяются с висячими стропилами хомутами и скобами, а ноги – проволочным скрутками.
Схема соединения стропильных ног
Узел опирания скользящим способом
При значительных пролетах кровли необходимо удлинение конструкций стропильных ног следующими способами соединения:
- косым прирубом: торцы стропильных досок сращиваются сверху болтом с диаметром 12-14 мм под углом 45%,
- встык: торцы стропильных досок обрезаются под углом 90%, накладками досок стыки в шахматном порядке с обеих сторон прибиваются гвоздями (прикручиваются саморезами),
- внахлест: торцы досок обрезаются под любым углом, и доски укладываются друг на друга внахлест.
Система соединения наслонных стропил с прочими элементами конструкций
Коньковый способ соединения сверху:
- Доски под углом обрезаются таким образом, чтобы устройство их соединения друг с другом было плотным, и прибиваются гвоздями с двух сторон.
- Ноги крепятся прямо к коньку с помощью запила необходимой формы на торце стропил.
- Ноги соединяются между собой внахлест в коньковый верх гвоздями или металлическими саморезами.
- Используя любой вид крепления, следует дополнительно подстраховаться – сделать укрепление всех конструкций соединения металлическими пластинами или досками.
- Висячие стропила при больших нагрузках соединяются друг с другом одинарным или двойным зубом или «в шип» (см. сноску-примечание).
Примечания:
Основные узлы висячих стропил
- Система соединения в шип очень прочная, поэтому часто применяется в работе с деревом. Шип – выступающая часть на конце бревна, входящая в гнездо, шпунт или проушину другого бревна. Размер и форма шипа должна совпадать с формой и размером гнезда или проушины.
- Соединение зубом: в конце одного бревна вырубается ступенька, в конце другого – выемка; ступенька и выемка должны соответствовать друг другу по форме и размеру, тогда соединение бревен будет плотным.
Все узлы соединения ног с прочими элементами крыши для большей надежности требуют дополнительных конструкций закрепления: болтов, шурупов, скоб или саморезов, при этом в досках отверстие делается на 1 мм меньше диаметра самореза, а скобы забиваются с двух сторон соединяемых элементов.
Коньковый способ соединения наслонных стропильных ног друг с другом вверху с помощью ригеля делают вполдерева, когда у соединяемых между собой бревен вырубают паз в полтолщины бревна и пазы бревен идеально входят один в другой. Затем узел укрепляют болтами и дополнительными скобами.
Чтобы кровля была ровной, стропильные ноги должны быть одинаковыми. Для этого предварительно необходимо изготовить шаблон для последующих врезок и запилов остальных стропил. Так поступают профессионалы.
Кажется, все не сложно, если есть голова и руки. Но, как в любом деле, требуется опыт: крыша – серьезная конструкция, ни один любитель не изготовит системы узлов соединения деревянной фермы лучше, чем профессионал.
Поделитесь полезной статьей:
Узлы деревянных крыш: особенности крепления
При выборе одного из них застройщики обращают внимание на следующее:
- климатические особенности расположения будущего дома;
- уровень ветровой нагрузки и осадков на поверхность крыши;
- функциональное назначение кровли;
- особенности архитектурной формы конструкции.
При любом виде стропильных конструкций от того, насколько профессионально и прочно выполнены узлы деревянных крыш, зависит долговечность и надежность крыши в целом. Лучше не экспериментировать с устройством сложной конструкции, расчетной схемой и установкой узлов кровли, а воспользоваться услугами квалифицированного мастера.
Термины, используемые при строительстве деревянных ферм
- Стропила является несущей кровельной частью, в которой задействованы наслонные стропильные ноги, подкосы и вертикальные стойки, опорой которым служит мауэрлат.
- Стропильная нога – часть стропилины.
- Мауэрлат представлен в виде опоры для нескольких стропил или, по-другому, горизонтального бруса, укладываемого поверх стен для распределения по ним равномерной нагрузки крыши, важно понимать, зачем нужен мауэрдат .
- Затяжка – балка, укладываемая горизонтально для соединения стропил и снижающая горизонтальное воздействие на них с целью придания устойчивости крыше, также используется как крепеж для балок .
- Бабка – укрепляет стропила, кладется: нижняя часть — к затяжке; верхняя – как опора для стропил.
- Распорка – брус, закрепляемый в качестве соединительного элемента между бревнами.
- Подкос имеет вид наклонного бруса, используемого для того, чтобы поддержать балки перекрытия из дерева. опирающегося к горизонтальным деталям (стойкам и колоннам).
- Конек – горизонтально расположенная балка на стыке кровельных скатов.
В строительстве узлы деревянной кровли можно распределить на несколько групп:
- узел, соединяющий ноги с мауэрлатом;
- узел, соединяющий ноги и элементы деревянной фермы для крыши. что делает конструкцию жестче и прочнее;
- узел, где стыкуются части стропил, удлиняющиеся за счет него.
В зависимости от желаемого результата, стропила соединяются с мауэрлатом жестким, либо скользящим узлом. Следует помнить, что в некоторых случаях жесткий узел может даже разрушить конструкцию, как на фото, например, погодные условия способствуют сжиманию и разжиманию древесины, а из-за жесткого соединения наслонной системы могут деформироваться несущие стены, подвергаемые большим распорным нагрузкам.
Особенности жестких узлов
Образуется жесткий узел деревянной кровли следующим образом:
- На стропильной ноге выполняется врубка на глубину до 1/3 части доски. Затем стропило нужно закрепить к мауэрлату при помощи гвоздей так, чтобы два из них был вбит под небольшим углом друг к другу по бокам стропила, а один – в вертикальном направлении.
- К стропильной ноге нашивается подпорный брус длиной 1 м в качестве опоры к мауэрлату, по бокам стропильной ноги для фиксации ее в одном положении вкручиваются металлические уголки.
Особенности скользящих узлов
Соединение элементов наслонной системы выполняется при помощи скользящих узлов. Применение висячих стропил целесообразно при строительстве крыши домов из оцилиндрованных бревен, где в качестве опоры для стропил применяется коньковый прогон, а распорных нагрузок от несущих стен не возникает.
Только что сооруженные деревянные наслонные фермы будут оседать на протяжении нескольких лет, поэтому использование жестких креплений для постоянно двигающейся фермы приведется к деформации стен. Чтобы избежать подобных проблем, деревянные кровли – узлы стропильной системы которых должны фиксироваться с учетом свободного движения, строятся следующим образом.
Стропильная нога при помощи сделанного ранее запила упирается в мауэрлат и прибивается гвоздями (два по бокам, третий – вертикально).
- К опущенному за пределы стены стропилу крепятся металлические уголки, соединяющие его с мауэрлатом.
- Металлические конструкции крепятся методом «салазки» (прочтите: «Ферма металлическая, минусы и преимущества «).
- Опора стропильной ноги в мауэрлат должна производиться с учетом обеспечения движения этих систем по отношению друг к другу.
- Чтобы в случае штормового ветра наслонные крыши не были повреждены, выполняется крепление подкосов, бабок и распорок к висячим стропилам при помощи хомутов и скоб; вокруг ног также закручивают проволочные скрутки.
Как соединяются стропильные ноги
Если кровельные пролеты достаточно большие, то особого внимания требуют не только узлы деревянной кровли, но и стропильные ноги, которые придется удлинять до нужных размеров одним из предложенных методов.
- Косой прируб. Выполняется сращивание торцов стропильных досок под углом 45 градусов при помощи болта диаметром 14 мм.
Как правильно соединить наслонные стропила в конструкции
Особое внимание застройщики уделяют коньковому способу соединения сверху.
- Соединяющиеся между собой доски нужно обрезать так, чтобы получилась плотная, надежная конструкция, и прибить с обеих сторон (детальнее: «Как соединить стропила между собой «).
- Крепление ног производится непосредственно к коньку при помощи торцевого запила.
- Соединяются ноги внахлест к коньку на гвозди или металлические саморезы.
Основные узлы соединений стропильной системы, детально на видео:
Отличие соединения зубом и «в шип»
- Благодаря высокой прочности соединение «в шип» отлично подходит для строительства из дерева. Шип представляет собой выступающую на бревне часть, которая соединяется с гнездом, шпунтом или проушиной другого бревна. По размеру и форме эти два элемента должны совпадать друг с другом.
- Соединение зубом выполняется при помощи ступеньки, вырубленной в одном бревне, и выемки – в другом. Так же, как и в случае с предыдущим способом, для плотного прилегания деревянных конструкций крыши нужно соблюдать пропорции их размеров и формы.
Если застройщиком собирается деревянная кровля — узлы ног при соединении с кровельными элементами должны крепиться болтами, шурупами, скобами и саморезами. Диаметр отверстия должен быть меньше на 1-2 мм самого крепежа, крепление скоб выполняется по обе стороны элементов.
При коньковом способе соединения стропильных ног используется ригель, располагаемый вверху конструкции, а вырубка паза выполняется на половину толщины бревна. Только при соблюдении данных требований будет обеспечено плотное прилегание бревен между собой. На следующем этапе узел крепится на болты и специальные скобы.
Ровной получится деревянная крыша — узлы могут быть любой конструкции, только при одинаковых стропильных ногах. Опытные строители рекомендуют создать шаблон, чтобы все врезки и запилы были одной величины (почитайте: «Устройство деревянной крыши — особенности покрытия «).
Описание всей системы узлов кровельной конструкции дает наиболее полное представление, однако, деревянная ферма, будучи достаточно сложной для новичков, требует профессионального подхода. Прочитайте также: «Устройство крыши деревянного дома: какую кровлю выбрать «.
Источники: http://gold-cottage.ru/krysha_krovlya/konstrukcii_uzlov_derevyannyh_stropilnyh_ferm_kryshi.html, http://kryshikrovli.ru/elementy/stropilnaya/uzly-svoimi-rukami.html, http://kryshadoma.com/stropilnaya-sistema/uzly-derevyannykh-krysh-osobennosti-krepleniya.html
Строительство деревянных домов, дач, бань и беседок – специализация нашей компании. В сферу деревянного домостроения мы вошли в 1997 году, и с тех пор совершенствуем строительные технологии. Продажей стройматериалов мы начали заниматься в 2003 году, презентуя нашим клиентам лучшую продукцию от ведущих мировых брендов. Кроме того, на собственном производстве мы изготавливаем большепролетные конструкции. Это позволяет нам осуществлять различные архитектурные замыслы, будь то небольшой одноэтажный коттедж или же огромный пятиэтажный загородный дом.
Решение любых задач
Наше предприятие предоставляет широкий спектр услуг:
- возведение деревянного дома «под ключ»;
- проектирование бани;
- монтаж стропильных ферм;
- строительство беседок;
- изготовление конструкций любых размеров и форм;
- продажа клееного бруса и ценных пород деревьев;
- выполнение индивидуальных проектов.
Каждый заказ мы выполняем максимально точно и в четко поставленные сроки. Поскольку мы занимаемся возведением деревянных зданий и сооружений, сотрудничать с нами вы будете на протяжении нескольких месяцев, а то и около года. Все зависит от степени сложности работ.
Дом вашей мечты
Многие люди мечтают жить в деревянном доме. И эту мечту вы осуществите, обратившись в нашу компанию. Схема возведения дома выглядит следующим образом:
- разработка проекта;
- изготовление деревянных материалов;
- сооружение фундамента;
- сбор деревянной конструкции;
- установка перегородок, дверей, окон;
- проведение коммуникаций;
- отделочные работы.
По этой же схеме возводится баня «под ключ» и другие виды сооружений, как жилых, так и общественных. Что касается материалов, то для деревянных зданий больше всего ценятся хвойные породы – сосна, ель, лиственница. Дома возводятся с бревен или бруса. Специалисты утверждают, что производство клееного бруса позволяет получить высококачественный, прочный и надежный материал, который имеет приемлемую стоимость.
Гарантия качества
Все виды работ, осуществляемые нашей компанией, производятся в соответствии норм и стандартов современного строительства России и Европы. Это возможно благодаря использованию высококачественных материалов, современного оборудования и инновационных технологий. На все возведенные сооружения наша компания дает гарантию два года.
Обращаясь в нашу фирму, вы сможете заказать строительство домов и бань, приобрести качественные материалы, а также получить консультацию специалистов. Любое ваше пожелание будет воплощаться под надзором координаторов. Вы будете удовлетворены сотрудничеством с нашим предприятием, а мы предложим вам лучшие варианты, которые есть в мире деревянного домостроения.
Стропильные фермы деревянные, через жесткие конструкции которых нагрузка передается на несущие стены строения, пришли к нам из Европы. Расчет и конструирование под каждое здание производится индивидуально. Это не только упрощает устройство крыши и значительно ускоряет процесс, но обеспечивает также отличное качество и прочность.
Решетчатые деревянные фермы сегодня нередко изготавливаются в заводских условиях на деревообрабатывающих предприятиях. Материалом для них служит древесина, соответствующим образом высушенная и заранее обработанная специальными средствами.
Стропильные фермы и балки: что лучше
Основой крыши любой конфигурации является опорная конструкция, состоящая из прямых сплошных балок, стропил либо стропильных ферм. Первыми можно перекрывать лишь ограниченное по величине пространство, примером могут послужить наслонные стропила в малых постройках. Если же необходимо перекрыть большие пролеты, то приходится использовать либо составные балки, либо различного типа. Обыкновенные фермы образуют размещенные с расчетным шагом (1,5–3,5 м) ребра, поддерживающие обрешетку, поверх которой настилают кровлю. Подъем стропил, равный отношению высоты фермы к ее длине, зависит от таких параметров, как материал покрытия и условия устройства сооружения. Из дерева обыкновенно устраивают для пролетов малых и средних размеров. Их устройство с увеличением пролета значительно усложняется и в подобных случаях более предпочтительны стальные.
Преимущества использования
- их расчет и проектирование сложнее стропильных или балочных опор, однако они предполагают рациональный расход стройматериалов, поэтому экономически выгодны;
- использование клееного бруса, обеспечивающий им небольшой вес, позволяет применять конструкции в строениях с легким фундаментом, что приводит к снижению затрат и существенному сокращению сроков возведения дома;
- в отличие от балочных опорных систем, которые можно использовать на пролетах до 4,5 м, фермы приемлемы для перекрытия пролетов до 30 м;
- они универсальны и подходят для любого типа крыши, бесчердачного или с чердаком.
Виды стропильных ферм
Визуально они похож
В современном промышленном и гражданском строительстве применяют деревянные фермы – однопролетные балочные. В отдельных случаях находят применение также трехшарнирные арки, составленные из балочных ферм или клееных блоков. Деревянные фермы изготовляют из круглого леса или пиломатериалов — брусьев и досок. Фермы имеют следующие элементы: верхний пояс, нижний пояс, решетку (стойки и раскосы).
Взаимное сопряжение указанных элементов в узлах осуществляют при помощи различных соединений (врубки, нагели, хомуты, шпонки).
Верхний пояс балочных ферм при вертикальной нагрузке, направленной сверху вниз, работает на сжатие, а нижний — на растяжение. Усилия в стойках и раскосах зависят как от направления этих стержней, так и от расположения нагрузок.
Самыми ответственными элементами деревянных ферм являются стержни нижнего растянутого пояса, на работе которых в большой мере сказывается вредное влияние неизбежных в строительной древесине пороков (сучков, косослоя, трещин), поэтому при конструировании, отборе лесоматериалов, изготовлении и наблюдении за фермами во время их эксплуатации, стержням нижнего пояса нужно уделять особое внимание.
С целью наиболее рационального использования достоинств конструктивных материалов, растянутые элементы деревянных ферм часто выполняют из стали. Такие фермы называют металлодеревянными.
По очертанию наружного контура фермы подразделяют на: треугольные, прямоугольные (с параллельными поясами), трапецивидные или полигональные с наклонным (двускатным или односкатным) прямолинейным верхним поясом 1 , сегментные и многоугольные (рис.1).
При равномерной загрузке всей фермы вертикальной нагрузкой, усилия в стержнях решетки прямоугольных и пологих (уклон ~1/10) полигональных ферм возрастают от середины пролета к опорам, а в треугольных от опор к середине. Характер изменения усилий в поясах и решетке треугольных, прямоугольных и полигональных ферм представлен на рис.2.
Экономичность ферм определяется прежде всего расходом древесины и металла, а также трудоемкостью изготовления и монтажа конструкции.
При оценке типов деревянных ферм в отношении расхода древесины необходимо иметь в виду, что стоимость древесины в большой мере зависит от степени обработки и сортамента применяемых лесоматериалов. Так стоимость окантованных брусьев почти в полтора раза, досок в 2 раза и чистообрезных брусьев примерно в 2,5–3 раза выше стоимости круглых лесоматериалов.
Существенное влияние на расход древесины и металла может оказать очертание наружного контура фермы. Теоретически наивыгоднейшим очертанием контура является такое, при котором контур фермы приближается к очертанию эпюры моментов.
При одних и тех же нагрузках, качестве лесоматериалов, пролетах и высотах ферм наиболее легкими, а следовательно, и требующими наименьшего расхода древесины, будут сегментные фермы и трехшарнирные арки из них. Простота конструкции и экономичность, обусловленные статическими свойствами сегментных ферм, обеспечивают широкое распространение этих ферм в строительстве.
Многоугольные фермы с ломаным очертанием верхнего пояса также имеют относительно небольшой вес и отличаются простотой узловых сопряжений и экономичностью.
Полигональные фермы с наклоном верхнего пояса в 1/10-1/5 получаются более тяжелыми, чем сегментные фермы, но все же значительно более экономичными, чем фермы прямоугольного и треугольного очертания.
Наиболее тяжелыми из всех типов ферм оказываются треугольные фермы. Их применяют, как правило, для кровель из материалов, требующих значительного уклона (черепица, шифер и т.д.).
Надежность крыши очень важна для дома: это прописная истина. В основе крыши лежат несущие конструкции – стропильные фермы. Их монтаж – работа трудоемкая и ответственная, требующая точного расчета. Следует иметь в виду, что стропильная система должна выдерживать вес не только кровельных материалов, но также утеплителя, обрешетки и атмосферных осадков в виде снега и льда. Учитывая это, в конструкцию стропил закладывается максимально возможная прочность.
Стропильная конструкция собирается из следующих элементов: висячих стропил и наслонных, мауэрлата (продольного бруса), коньковых прогонов, боковых, подкосов, раскосов, диагональных связей. Соединенные друг с другом детали образуют стропильную ферму, представляющую собой треугольник, часто собранный из нескольких треугольников.
Стропильная ферма представляет собой треугольник: это самая жесткая фигура
Несущую часть крыши образует система стропил (так называемые стропильные ноги). Угол, под которым они устанавливаются, соответствует углу наклона кровли. Стропильные ноги опираются на мауэрлат, который уложен на стену: это необходимо для равномерного распределения нагрузки. В вершине соединяются другие концы стропил и подконьковый брус (прогон). Именно здесь будет находиться конек кровли. Интервал между стропилами выбирается в зависимости от материала кровли, от сечения стропил и прочего, обычно это расстояние – от 0,8 до 2 м.
Стропила висячие или наслонные: какие лучше
Висячие опираются лишь на наружные стены здания и лишены промежуточных опор. Стропильные ноги этой конструкции испытывают нагрузку на изгиб и сжатие. Стенам передается распирающее усилие, а чтобы его уменьшить, стропильные ноги соединяют деревянной или металлической затяжкой. Располагаться затяжка может у основания стропил и на некотором от него расстоянии. В первом случае она будет являться балкой перекрытия, что часто применяется для сооружения мансардных крыш. Увеличение высоты установки затяжки требует применения более прочного и толстого материала, а также усиления его крепления к стропилам.
Стропильная система состоит из нескольких деталей, надежно соединенных вместе
Наслонные стропила применяются реже: они используются для домов, имеющих в своей конструкции среднюю несущую стену или промежуточные опоры в виде колонн. Крайние их концы опираются на мауэрлат, закрепленный на наружных стенах, а средние – на внутри расположенную опору. Такие стропила испытывают нагрузки только на изгиб. Есть еще одно преимущество такой конструкции: она получается более легкой и дешевой, так как для ее сооружения требуется меньше материалов.
Архитектура дома часто допускает сочетание разных стропильных ферм: в части здания с промежуточными опорами применяются наслонные, а там, где таких опор нет – висячие стропила.
Материалы для изготовления стропил
Стропильные фермы по материалу, примененному для их изготовления, делятся на:
- деревянные;
- металлические сварные или собранные с помощью болтовых соединений;
- монолитные железобетонные.
При выборе материала для изготовления стропил учитывают и назначение постройки, и нагрузки, которые будет должна выдерживать кровля. Кроме вышеуказанных нагрузок, это также может быть следующее оборудование: солнечные батареи, водяные баки, вентиляционные камеры.
Деревянная ферма для крыши – самый распространенный вариант. В домах, построенных из брусьев или бревен, мауэрлатом может являться верхний венец. Если стены дома возведены из кирпича, пенобетонных блоков – деревянные стропильные фермы опирают на брус, установленный с внутренней поверхностью стены заподлицо. Снаружи его ограждают дополнительными рядами кирпичной кладки. Под брус подкладывают
виды конструкций. Изготовление своими руками
Последние:- Как восстановить и улучшить зрение за короткий срок в домашних условиях
- Купить продать домашнюю библиотеку
- Что делать, когда идет кровь из носа от давления
- Повысить иммунитет взрослому народными средствами очень быстро
- Для чего нужны вагинальные шарики, как выбрать, использовать и отзывы Насколько безопасны влагалищные шарики
5 типов ферм для деревянных каркасных домов
Этот дом из бруса построен с использованием ферменной фермы, одного из самых распространенных типов ферм, используемых в деревянном каркасном строительстве.
Фермы. У вас буквально не было бы крыши над головой без них. Неотъемлемый элемент любого дома, фермы не только поддерживают ваш потолок, они создают архитектурный интерес внутри и открывают простор вашей большой комнаты — напоминает ли ваш деревянный каркас великий собор или такой же уютный, как коттедж.
В отличие от большинства современных домов, построенных в виде палок, фермы с деревянным каркасом часто выставляются, усиливая ощущение пространства и объема внутри. Деревянный каркасный потолок может располагаться на линии крыши, а не привязываться к основанию нижней балки фермы, и благодаря такой гибкости отдельные комнаты могут иметь различную высоту потолка. Тем не менее, новая высота потолка и архитектурный интерес деревянных ферм часто означают, что инженер должен гарантировать, что эти красивые открытые фермы будут держаться под нагрузкой крыши.
Насколько большой фермы вам нужно?
По данным Гильдии лесозаготовителей (некоммерческая членская организация, занимающаяся искусством и наукой деревянного каркаса), для определения длины и масштабов деревянных конструкций, инженер-строитель выполняет следующие четыре шага:- Определение и количественная оценка нагрузок на конструкцию в соответствии с Международным кодексом жилых зданий (в США).
- Выберите размеры элементов и материалы для деревянного каркаса
- Изучите, как здание будет вести себя под нагрузкой
- Уточнение материалов и размеров элементов для достижения эффективной производительности
5 типов ферм:
В современных деревянных домах существует пять основных типов ферм: обыкновенный, столб королевы, столб королевы, молоток и ножницы.
Обыкновенная ферма
Общая ферма — это, как следует из названия, ферма, наиболее часто встречающаяся в современных деревянных каркасах, прочная и доступная.Это чистый дизайн, легко определяемый по тому, как нижняя горизонтальная балка (хорда) соединяет два стропила.
Ферма Почты Королевы
Ферменная ферма Queen Post расширяется на общей ферме с добавлением двух столбов, разделяющих фронтон. Эти посты известны как посты королевы и хорошо подходят для привлечения внимания к окнам в большой комнате и увеличения прочности фермы
.King Post Truss
Ферма King Post содержит один столб в центре фронтона, известный как столб King.Этот пост делит фронтон на две части и часто включает в себя две стойки с каждой стороны. Царская столбовая ферма часто используется в сочетании с другими типами ферм; его смелый внешний вид может служить фокусом дизайна дома.
Ферменная балка
Hammerbeam Truss является одновременно и впечатляющим, и сложным, и, поскольку его центр под открытым небом требует квалифицированного взгляда и руки инженера, чтобы гарантировать его структурную целостность.Большим преимуществом молотка является то, что, поскольку у него нет аккорда (нижняя стяжная балка, встречающаяся в других типах ферм), он может охватывать большое расстояние с помощью более коротких кусков дерева. Это может быть огромным преимуществом, если вы строите с видом, у которого длинные прямые пиломатериалы не в изобилии.
Ножничная ферма
Ножничная ферма представляет собой отклонение от других четырех, предлагая уникальную конструкцию, в которой две балки проходят от нижней части одного стропила к верхней части противоположного стропила.Балки надрезаются и соединяются вместе, чтобы создать гладкую поверхность и укрепить ферму.
Узнайте больше о типах ферм от Timber Home Living :
,Соединительный узел1. Введение
В течение многих лет строительную отрасль в Китае называли «крупными энергопотребляющими домохозяйствами» в сфере промышленности и транспорта. На строительное энергопотребление приходится треть общего энергопотребления всего общества, что в 2–3 раза выше, чем в других странах при тех же климатических условиях (см. [1]). Это в основном связано с традиционными китайскими строительными материалами, такими как сталь, цемент, глиняный кирпич и т. Д.Эти материалы не только тратят много природных ресурсов, но и вызывают загрязнение окружающей среды. Поэтому использование экологически чистых строительных материалов стало ключом к энергосбережению и сокращению выбросов в строительной отрасли. 5 марта 2016 года премьер-министр Ли Кэцян четко заявил в «Отчете о работе правительства» четвертой сессии 12-го Всекитайского собрания народных представителей, что цель работы в области жилищного строительства заключается в дальнейшем продвижении новой урбанизации и активном развитии зеленого здания и строительные материалы (см. исх.[2]). Очень важным направлением развития зеленых зданий является архитектура деревянных конструкций (см. [3]). Большое количество исследований также показали, что структура древесины лучше способна экономить энергию и сокращать выбросы, чем другие структурные формы (см. [4, 5, 6]). Как одна из основных тенденций в современной архитектуре, энергоэффективность зданий может быть полезной для роста национальной экономики, а также способствовать защите экологической среды (см. [6, 7]). Кроме того, у здания с деревянным каркасом есть сильная сборная конструкция, потому что большинство его компонентов обрабатываются на заводе.Исследование компонентов очень важно, потому что компоненты тесно связаны с безопасностью и энергоэффективностью структуры древесины.
Поскольку важные части деревянного строения, система пола и крыша обычно делятся на два вида систем: традиционная система решетки-стропила и система ферменных конструкций из светлого дерева, и последняя используется более широко. С развитием структуры светлого дерева в Китае перспективы применения фермы из светлого дерева в современной структуре дерева в Китае будут становиться все более и более широкими.Ферменная конструкция балки состоит из нескольких частей одиночной фермы из светлого дерева с помощью соединителей и обычно используется в ключевых частях кровли или системы пола в современных зданиях с деревянными конструкциями и в проектах по реконструкции кровли. Для системы пола и крыши современной конструкции из дерева ключевые соединения испытывали как верхнюю равномерную нагрузку, так и концентрированную нагрузку от других связанных с ними ферм. Таким образом, силовое обстоятельство настолько сложное, что обычная одиночная деревянная ферма вряд ли может выдержать (см. [8, 9, 10]).Общим решением в практическом проектировании является увеличение площади поперечного сечения элемента путем объединения множества обычных ферм из светлого дерева в качестве конструктивного элемента для получения большей несущей способности (как показано на фиг.1). Форма балочной фермы может быть легко получена и соответствует тенденции развития индустриализации и модульности зданий. Кроме того, возникла какая-то длиннопролетная и консольная конструкция с развитием современного деревянного строения, которому требуется деревянная ферма с более высокой несущей способностью.По мере необходимости, ферменная ферма имеет более высокую грузоподъемность, больший пролет и более широкий диапазон использования по сравнению с одиночной деревянной фермой. В настоящее время исследования по одной ферме очень зрелые (см. [11, 12, 13]), но по ферме фермы было проведено мало исследований. В большинстве практических инженерных проектов многие строители работают в основном в зависимости от своего опыта без какого-либо надежного стандарта, что приведет к некоторым потенциальным проблемам безопасности. Ферменная конструкция балки обычно соединяется с гвоздем и болтом, что вызывает легкую коррозию, а механические свойства снижаются в условиях огнестойкости.Поэтому в этой главе был разработан новый тип метода соединения, который используется для фермы фермы (как показано на рисунке 2). Разъем деревянного дюбеля нелегко заржаветь, и его механические свойства не будут быстро снижаться в условиях огнестойкости. Кроме того, деревянные разъемы могут повысить пластичность подключенных компонентов. Таким образом, производительность фермы фермы улучшается. Узел соединения деревянной конструкции также связан с несущей способностью и нормальным использованием всего здания в будущем.Поэтому очень важно изучить узлы соединения структуры древесины (см. [14]).
Рисунок 1.
Применение фермы в конструкции здания.
Рисунок 2.
Новый тип фермы фермы.
2. Новая конструкция узла соединения ферменной фермы
В настоящее время способы соединения ферменной фермы относительно просты. Метод внутреннего соединения рекомендуется в технической спецификации для ферм из светлого дерева (JGJ / T 265-2012), но при соединении с гвоздями остаются следующие проблемы.
Обработка сложная. Ферма фермы должна постоянно переворачивать ферму во время обработки. Гвозди в разных частях не способствуют промышленно обработанной линии обработки.
Плохая огнестойкость. Под воздействием огня сталь размягчается и ее механические свойства быстро уменьшаются. Отказ узла ферменной фермы влияет на его общую несущую способность, что приводит к кратковременному отказу конструкции.
Легко ржавеет.Стальные или железные гвозди подвержены коррозии при воздействии воздуха, которые более выражены в условиях высокой влажности и высокой соли, что снижает долговечность всей деревянной конструкции.
Плохое рассеяние энергии. Гвозди — это соединения крепежного типа, которые ограничивают относительное вращение фермы и фермы и не могут потреблять энергию, генерируемую поперечной силой, что приводит к ослаблению поперечного сопротивления всего здания.
В связи с проблемами, связанными с режимами соединения ферменной фермы, в этой главе предлагается новый тип режимов соединения ферменной фермы, который заменяет традиционные железные соединители на деревянные соединители.Конкретная схема выглядит следующим образом: все отдельные фермы, составляющие ферму балок, предварительно собираются и временно фиксируются, затем предварительно сверлят в определенных местах всех ферм и, наконец, вставляют в деревянный или бамбуковый круглый дюбель, который представляет собой деревянный дюбельный соединитель ( см. [15]) (как показано на рисунке 2).
Использование деревянных или бамбуковых соединителей в основном связано с тем, что деревянные или бамбуковые соединения менее подвержены коррозии, чем железные соединения (см. [16, 17]). Также нет проблем с резким падением механических свойств в огнеупорных условиях.Кроме того, деревянные или бамбуковые соединения могут значительно улучшить пластичность соединяемых элементов (см. [18]), тем самым улучшая характеристики фермы фермы при сопротивлении боковым усилиям.
Выбор положения соединения деревянного штифта определяется характеристиками силы параллельной фермы хорды. Параллельная хордовая ферма может рассматриваться как просто поддерживаемая балка при воздействии верхней равномерной нагрузки. Сила в основном ложится на верхний и нижний пояс фермы.Верхняя хорда находится под давлением, а нижняя хорда подвергается растяжению, но полотно играет только вспомогательную роль. На рисунке 3 показана диаграмма внутренних сил фермы из светлого дерева, поддерживаемой верхним равномерным узлом. Из диаграммы внутренних сил видно, что если ферма с параллельными хордами рассматривается как статическая комбинационная структура, это означает, что хорда сломана, и оба конца шарнирны. При равномерной нагрузке среднее значение изгибающего момента каждой хорды является наибольшим, а усилие сдвига, по меньшей мере, равно нулю.Использование деревянных дюбельных соединителей требует предварительного сверления верхнего и нижнего поясов фермы, что уменьшает размеры поперечного сечения сетки в поперечном сечении. Формула расчета усилия сдвига конструктивного элемента:
τ = QAE1
Рисунок 3.
Диаграмма внутренней силы параллельной фермы хорды. (а) Диаграмма осевой силы параллельной хордовой фермы; (б) диаграмма изгибающего момента параллельной хордовой фермы; (c) Диаграмма силы сдвига параллельной хорды.
A представляет поперечное сечение срезанной части срезанного элемента.Уменьшение A означает увеличение напряжения сдвига в элементе. Поэтому положение разъема должно быть расположено там, где усилие сдвига хорды является наименьшим, то есть серединой каждых двух узлов хорды.
3. Обзор эксперимента
3.1. Экспериментальный дизайн
Материал, использованный в испытании, — материал лиственницы ( Larix gmelinii) , импортированный из России. Марка материала II степени, плотность 0,657 г / см 3 .Содержание влаги составляет 17,4%, в соответствии с общими требованиями к физическим и механическим испытаниям древесины (GB / T 1928–2009).
В соответствии с методом непрерывной загрузки ферм в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB20329-2012) было проведено испытание на статическую нагрузку для шести типов ферм с малыми пролетами, и номер испытательного образца выражается в виде S.
Чтобы исследовать влияние деревянных дюбелей различного диаметра на производительность ферменной фермы, эксперимент в этой главе содержит ферменную ферму из трех деревянных дюбелей различного диаметра.Деревянные дюбеля имеют диаметр 12, 16 и 20 мм. Оценка эффективности трехбалочной фермы все еще рассматривается с двух сторон: предельная несущая способность и сопротивление деформации. Среди них анти-деформационная способность включает сопротивление ползучести и упругое восстановление.
Кроме того, в эксперименте также была создана ферма из балок, состоящая из трех отдельных ферм, для изучения эффекта усиления фермы фермы с увеличением количества одиночных ферм.Диаметр деревянных дюбелей, соединяющих фермы фермы, зависел от результатов эксперимента фермы фермы с двумя отдельными фермами. Чтобы отличить другие фермы фермы с двумя одиночными фермами, фермы фермы с тремя одиночными фермами обозначены G3, в то время как другие фермы фермы обозначены G2.
На рисунке 4 показана структурная форма и конкретные размеры образца, используемого в этом испытании. Фермы фермы, используемые в эксперименте, все составлены из этой единственной фермы.
Рисунок 4.
Размер фермы фермы (единица измерения: мм).
Конкретный состав образца для испытаний показан в таблице 1.
| Номер фермы | Описание | Количество |
|---|---|---|
| SPT-S | Обычная одинарная ферма | 1 |
| SPT-G2-N | Балочная ферма из двух гвоздей SPT-S | 1 |
| SPT-G2-12 | Ферменная ферма из двух SPT-S, соединенных дюбелем из бука диаметром 12 мм | 2 |
| SPT-G2-16 | Ферменная ферма из двух SPT-S, соединенных между собой дюбелем из бука диаметром 16 мм | 2 |
| SPT-G2-20 | Ферменная ферма из двух SPT -S соединен штифтом из бука 20 мм | 2 |
| SPT-G3 | Ферма фермы изготовлена из трех шпонок SPT-S, соединенных штифтом из бука диаметром 16 мм | 1 |
Таблица 1.
Номер образца и описание.
3.2. Теоретический расчет
Расчет стандартной нагрузки ПК
Предположим, что расстояние между фермами составляет 406 мм, а срок службы здания — 50 лет.
В соответствии с редакцией кода нагрузки 2012 года для проектирования строительных конструкций (GB5009-2012):
Стандартное значение постоянной нагрузки: 0,885 × 0,406 = 0,359 кН / м
Вес фермы: 0,106 × 0,406 = 0,043 кН / м
Снеговая нагрузка нормативное значение: 0.5 × 0,406 = 0,203 кН / м
Стандартное значение рабочей нагрузки: 2,0 × 0,406 = 0,812 кН / м
Расчетное значение нагрузки: (0,359 + 0,043) × 1,2 + (0,203 + 0,812) × 1,4 = 1,9 кН / м
Нагрузка на узел: 1,9 × 1,734 ≈ 3,3 кН.
3.3. Программа и устройство нагрузки
В соответствии с нагрузкой на ферму в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB50329-2012), испытание на статическую нагрузку на ферму добавляло нагрузку первого порядка каждые 10 минут на этапе разрушения с нагрузкой 0.2 Pk за сцену. Этот тест использовал механическую испытательную машину для загрузки. Таким образом, процедура загрузки может выполняться в режиме непрерывной загрузки, который составляет 0,2 Пк каждые 10 минут. Загрузка в минуту была 0,02 Pk . После приведенного выше теоретического расчета Pk составлял 3,3 кН, а нагрузка в минуту составляла 0,066 кН. Однако в предварительном эксперименте мы обнаружили, что ферменная конструкция балки более чем в два раза превосходила несущую способность одиночной фермы.Таким образом, во время процесса загрузки нагрузка каждой ступени также удваивалась до 0,132 кН. Если балочная ферма состоит из трех отдельных ферм, нагрузка на ступень также была утроена до 0,198 кН. Схема конкретной системы загрузки показана на рисунке 5.
Рисунок 5.
Система загрузки.
3.4. Индекс оценки и расположение точек измерения
Целью этого эксперимента является изучение влияния различных диаметров штифтов на механические свойства новой ферменной фермы, соединенной штифтами.Оценка характеристик фермы фермы для различных диаметров штифтов должна также начинаться с аспектов предельной несущей способности, сопротивления деформации, формы и механизма разрушения. Следовательно, аналогично испытанию на статическую нагрузку стропильных ферм с большими пролетами, необходимо непрерывно отслеживать изменения смещения различных узлов различных стропильных ферм. В этом эксперименте между хордой и зубчатой пластиной был также установлен датчик перемещения малого радиуса действия для измерения относительного скольжения зубчатой пластины относительно хорды.Кроме того, тензометрические датчики были расположены на важных аккордах для измерения напряжения на различных этапах аккордов. Конкретное расположение точек измерения показано на рисунке 6.
Рисунок 6.
Расположение тензодатчиков и датчиков смещения. а) компоновка тензодатчика; (б) датчик перемещения; (в) универсальная механическая испытательная машина.
4. Описание явления
4.1. Общее разрушение
В этой главе проводится тест на статическую нагрузку для одной одиночной фермы и девяти фермы фермы, включая ферму фермы, состоящую из трех фермы фермы.Существует большая разница в предельной несущей способности и деформации различных типов ферм. Однако общая форма и процесс разрушения фермы примерно одинаковы. Форма повреждения разъема, снятого после испытания фермы, также сильно отличается. Это также полностью иллюстрирует различную связь между фермами фермы, которая будет иметь большее влияние на его производительность.
Во-первых, во время предварительной загрузки ступени T1 ферма не произвела существенных изменений.После 30 минут загрузки все типы ферм вызвали очень небольшие остаточные деформации. В частности, ферменная конструкция балки могла достичь полного упругого восстановления. Из кривой нагрузки-смещения ступени T1 на рисунке 7 определенное значение ползучести появилось в одиночной ферме во время фазы предварительной нагрузки. Переменные ползучести других фермы балок были незначительными. Использование дюбелей разных диаметров мало повлияло на характеристики фермы фермы.
Рисунок 7.
Смещение нагрузки на стадии Т1. (а) SPT-S; (б) SPT-N; (С) SPT-G2-12; (d) SPT-G2-16; (e) SPT-G2-20.
По ходу испытания не было значительного явления испытания для каждой фермы от 24-часовой удерживающей нагрузки до начальной ступени T3 . Однако при загрузке до 5 Pk явление испытания начало проявляться в пролете фермы, и в других узлах явного явления не было. Например, небольшая выпуклость пластины фермы произошла в верхнем узле B SPT-S, а нижняя хорда образовала трещины возле узла (как показано на рисунке 8).На других этапах другие балочные фермы были похожи на испытательный феномен одиночных ферм, и феномены разрушения также были сосредоточены в этих двух местах. В частности, выпуклая пластина центрального узла B верхнего пояса выпуклая (как показано на рисунке 9). В основном это связано с силовым механизмом параллельной хордовой фермы. Когда ферма с параллельными хордами подвергается верхней концентрированной нагрузке, верхняя хорда подвергается сжатию, а нижняя хорда находится под напряжением. В сочетании с анализом структурной механики диагональное полотно фермы будет создавать поперечную силу в узле B, чтобы противостоять верхней сосредоточенной нагрузке.Следовательно, узел В подвергался воздействию напряжения сдвига, и напряженная среда была очень сложной. В сочетании с окончательной формой разрушения ферменной плиты, ферменная плита в узле B в конечном итоге стала формой разрушения при сдвиговом сжатии.
Рисунок 8.
Трещины в нижней хорде сопровождаются процессом испытания на удаление зубьев SPT-S1.
Рисунок 9.
Ошибка сжатия сдвига сопряженной пластины в узле B. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-1; (c) SPT-G2-16-2; (d) SPT-G2-20-2.
Кроме того, многие эксперименты обнаружили, что общее повреждение фермы разрушается разрушением нижнего пояса. Узел нижнего пояса также напрямую влияет на силовые характеристики. На рисунке 10 показана фактическая фотография разрушения в нижних поясах ферм. При обработке фермы экспериментаторы должны обращать внимание на выбор нижнего пояса и стараться избегать слишком большого количества спецификаций с узлами. Тем не менее, верхний пояс и сетка фермы имели очевидные повреждения при сдвиге, а хорда не имела явных повреждений.Следовательно, когда деревянная ферма обрабатывается, сорт обрабатываемого материала может быть соответствующим образом уменьшен.
Рисунок 10.
Разрушение в нижних поясах ферм. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-2; (c) SPT-G2-16-1.
Разрушение нижней хорды фермы SPT-G2-20 было вызвано разными причинами. SPT-G2-20 имел отверстие диаметром 19,5 мм в верхних и нижних поясах. Отверстие нижней хорды было слишком большим, разрушая волокна в направлении дерева, а также уменьшая чистую площадь поперечного сечения хорды фермы.В условиях постоянной силы уменьшение чистой площади поперечного сечения стержня увеличит нагрузку на хорду. Прочность на растяжение древесины большого размера меньше прочности на сжатие, поэтому нижний пояс легко повреждается. На рисунке 11 показана реальная фотография провала балки фермы SPT-G2-20. Трещина нижнего пояса начиналась от деревянного штифта и проходила через весь пояс. В конечном итоге это привело к полному разрушению фермы, но при этом штифт был незначительным.
Рисунок 11.
Феномен отказа SPT-G2-20-1.
4.2. Разрушение узла соединения
В предыдущем разделе описан режим отказа узла фермы фермы, соединенной дюбелем диаметром 20 мм между одиночными фермами фермы фермы. Окончательный ущерб был вызван разрушением нижнего пояса, но шпонки практически не деформировались. Размер дюбелей и соединителей гвоздя был поврежден в разной степени. На рисунке 12 показан разъем, снятый с фермы после окончательного разрушения каждого ферменного фермы.
Рисунок 12.
Неисправность разъемов.
Из рисунка 12, деформация, вызванная соединением гвоздя, была большой. Как и в случае соединительной балочной фермы с длинными пролетами, в середине ногтя появился пластиковый шарнир. Когда ферма была загружена на более позднюю стадию, более очевидная дислокация произошла между отдельными фермами, которые составляют ферму фермы. Разные диаметры дюбелей порождают разные формы деформации или повреждения. Во-первых, подобно гвоздю, деревянный дюбель диаметром 12 мм также изготовил пластиковую петлю.Однако величина деформации была меньше, чем у гвоздевого соединения. Диаметр деревянных дюбелей сказался на его жесткости. Деформация дюбеля большого диаметра была небольшой. Дюбели диаметром 20 мм практически не деформировались. Деревянные дюбели почти не пострадали от повреждения фермы. Деформация деревянных дюбелей с 16 мм также не была очевидной. Потеря поперечного сечения хорды была уменьшена при обеспечении достаточной прочности сустава. Соотношение между диаметром отверстия и штифтом ферменного элемента также влияло на характеристики соединения.Черный цвет на конце дюбеля диаметром 20 мм на рисунке 13 является результатом карбонизации, когда дюбель был ввинчен в паз. Когда диаметр отверстия хорды составлял менее 0,5 мм от диаметра деревянного штифта, деревянный штифт, ввинченный в стержень, обугливался за счет высокоточного вращения, и на поверхности штифта образовался обугленный слой, который защищена поверхность деревянного дюбеля. Поверхностная прочность была улучшена. Поэтому необходимо тщательно выбирать соединители и подбирать подходящий размер предварительного сверления с точки зрения долговечности фермы фермы.
Рисунок 13.
Максимальная несущая способность ферм.
5. Предельная несущая способность
Рисунок 13 представляет собой сравнение предельной несущей способности фермы категории пять. Среди них новая ферменная ферменная конструкция из деревянных шпонок проходит в среднем два испытания. Из рисунка видно, что предельная несущая способность всех видов деревянных ферм намного выше, чем ее теоретическое расчетное значение, поэтому уменьшение пролета фермы будет эффективно улучшать ее несущую способность.Кроме того, предельная несущая способность различных ферменных ферм намного больше, чем у одинарной фермы, но предельная несущая способность различных ферменных ферм мало отличается друг от друга. Фермы из 12-мм и 16-мм деревянных шпонок имеют относительно высокую предельную несущую способность. Ферма фермы, соединяющая гвоздь, влияла на синергию фермы фермы из-за взаимного смещения между отдельными фермами, снижая таким образом характеристики подшипников. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела большую площадь отверстия в нижней хорде фермы, что уменьшало чистую площадь поперечного сечения натяжного элемента, тем самым снижая несущую способность фермы.
6. Анализ результатов испытаний на прогиб узла
На рисунке 14 показана диаграмма прогиба нижних поясов трех ферменных ферм с использованием двух дюбельных соединений разных диаметров. Из рисунка видно, что три типа ферм демонстрируют хорошую согласованность на первых двух этапах загрузки. Ферма входит в нелинейную стадию, когда она входит в стадию разрушения, и результаты двух испытаний будут различаться из-за изменчивости древесины. На рисунке 17 показано изменение общей деформации фермы в процессе загрузки.Изображение показывает, что трудно различить влияние различных методов соединения на сопротивление ползучести, характеристики упругого восстановления и сопротивление деформации фермы на образцах фермы с небольшим пролетом. Только на этапе разрушения фермы можно определить кривую прогиба и проанализировать различные типы и механизмы разрушения.
Рисунок 14.
Отклонение во времени новых ферменных ферм от начала до конца. (а) SPT-G2-12; (б) SPT-G2-16; (c) SPT-G2-20.
Как показано на рисунке 15, кривые нагрузки-отклонения одиночной фермы, фермы балки гвоздевого соединения и фермы фермы деревянного дюбеля выбираются на этапе разрушения. Из рисунка видно, что разные типы ферм имеют разные способы и механизмы отказов. Одиночная ферма показала явные характеристики хрупкого разрушения. В непосредственной близости от провала не было никаких явных признаков. Трещина произошла возле узла нижнего пояса (как показано на рисунке 8).Затем трещина продолжала увеличиваться. В конце концов, полный отказ фермы был вызван внезапным переломом нижней хорды.
Рисунок 15.
Кривая нагрузки на прогиб ферм.
Пластичность двух ферменных ферм значительно лучше, чем у одиночных. На средней и более поздних стадиях отказа фермы кривая нагрузки-смещения часто показывает поворот на одном конце. Причиной поворотов является то, что одна ферма в ферме балок была разрушена первой.Поскольку другая ферма все еще имела грузоподъемность, она быстро выдержала бы верхнюю нагрузку. Тем не менее, он также будет быстро разрушен, потому что была подчеркнута только одна ферма. Из-за различных связей между выбранными одиночными фермами фермы фермы вышеописанная ситуация будет другой. Несмотря на то, что коэффициент пролета при сдвиге был снижен, ферменная конструкция балки гвоздевого соединения все еще демонстрировала нестабильность в плоскости на более поздней стадии нагрузки. Фермы с большими пролетами были не очень очевидны.Был взаимный вывих между верхними фермами. Ферма фермы будет очевидна, что сначала была уничтожена одна ферма, а затем быстро будет разрушена другая ферма. Таким образом, ферменная конструкция балки гвоздя не дала ожидаемого эффекта «один плюс один больше двух». Ферма фермы, соединенная деревянным штифтом, могла сохранять хорошую синергию между загруженными фермами. Поэтому у SPT-G2-16 также была первая волна, в которой у SPT-G2-N были свои повороты. Однако можно видеть, что падение смещения было очень ограниченным, что указывает на то, что ферма не была полностью разрушена.По мере того, как нагрузка продолжала увеличиваться, на кривой появились три или четыре небольших поворота. В конце концов, трещины, которые образовались в нижней части двух нижних поясов фермы, были чрезмерными и полностью проникли (как показано на рисунке 16), что привело к разрушению фермы.
Рисунок 16.
Феномен отказа SPT-G2-16.
На рисунке 17 показаны кривые отклонения нагрузки трех новых ферменных ферм с различными диаметрами деревянного дюбеля в качестве соединения между отдельными фермами.Из рисунка видно, что кривые отклонения нагрузки трех ферменных ферм имеют разные формы. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела сходный режим разрушения одиночной фермы, который представлял собой хрупкое разрушение (как показано на рисунке 10). Нижний пояс был разорван под действием напряжения и сдвига. Балочная ферма, соединенная дюбелем диаметром 12 мм, была аналогична ферменной ферме, соединенной гвоздем. Хотя кривая нагрузки-смещения претерпела скручивание, ферма не показала хорошего синергизма.Наконец, появился пластиковый шарнир, похожий на деревянный штифт и гвоздь. Следовательно, балочная ферма, соединенная с помощью дюбеля, показала лучшие механические характеристики при использовании деревянного дюбеля диаметром 16 мм.
Рисунок 17.
Кривая нагрузки-прогиб новых фермы.
7. Дальнейшие эксперименты фермы фермы, состоящей из трех отдельных ферм
В последнем разделе фермы фермы, соединенные тремя деревянными дюбелями различного диаметра, были испытаны на статическую нагрузку, а ферма фермы с деревянными дюбелями диаметром 16 мм была Лучший.Все предыдущие эксперименты были выполнены на ферме фермы, состоящей из двух одинарных ферм, но ферма фермы, состоящей из трех или более ферм, не были протестированы. Для фермы фермы, которая будет широко использоваться в более крупных пролетных конструкциях и более сложных опорных средах, они не могут состоять только из двух отдельных ферм. Это должно рассмотреть больше форм единственных комбинаций фермы. В сочетании с результатами испытаний, приведенными в предыдущем разделе, в этом разделе проводится испытание на статическую нагрузку фермы фермы, состоящей из трех одинарных ферм, соединенных деревянными дюбелями диаметром 16 мм.Эффект усиления фермы фермы был изучен в сравнении с фермой фермы, состоящей из двух отдельных ферм, соединенных деревянными дюбелями одинакового диаметра.
Что касается несущей способности, ферменная конструкция фермы, состоящая из двух одинарных ферм, была 53 кН, а ферменная конструкция фермы, состоящая из трех отдельных ферм, имела несущую способность 77 кН, увеличившись на 45%. Таким образом, чем больше количество отдельных ферм, составляющих ферму фермы, тем более очевидные эффекты улучшения имеют с точки зрения режима отказа, две фермы фермы были похожи, и хорда была разрушена в условиях растягивающего сдвига, в результате чего уничтожение фермы.Как показано на рисунке 18, средняя ферма впервые появилась в виде трещин на нижнем поясе. Увеличение силы привело к полному отказу промежуточной фермы, когда только две фермы были нагружены, но ферма фермы потеряла синергию в это время. Затем деревянные дюбели нижнего пояса были также разрушены (как показано на рисунке 19). Нижний пояс одиночной фермы на внешней стороне ферменной фермы полностью растрескался в направлении зерна. Ферма провалилась в целом. Как показано на рисунке 20, кривые нагрузки-смещения двух ферменных ферм на заключительном этапе разрушения, также можно обнаружить, что две ферменные фермы имеют очень похожие режимы разрушения и обе демонстрируют хорошую пластичность.
Рисунок 18.
Отказ SPT-G3-16.
Рисунок 19.
Отказ разъемов в SPT-G3-16.
Рисунок 20.
Кривая нагрузки-смещения в стадии разрушения.
8. Заключение
В этой главе было проведено испытание на статическую нагрузку деревянных ферм с целью изучения влияния различных соединений на механические свойства фермы фермы между отдельными фермами фермы фермы, особенно влияние различных диаметров дюбелей на ферменная конструкцияРезультаты показали, что:
Ферма фермы с деревянным штифтом должна быть присоединена к ферме фермы целиком, но диаметр деревянного дюбеля следует выбирать разумно.
С точки зрения несущей способности, механизма разрушения и режима фермы ферменная конструкция фермы имеет наилучшие характеристики при диаметре деревянного штифта 16 мм.
В предельных состояниях эксплуатационной пригодности использование соединительных штифтов различных диаметров мало влияет на сопротивление деформации фермы фермы.
На верхнем поясе, соединенном с пластиной фермы, пластина фермы подвержена сдвиговому повреждению из-за совместного воздействия давления и сдвига. В реальном проекте следует попытаться сделать частичное усиление.
По мере увеличения числа отдельных ферм, из которых состоит ферма фермы, также будут происходить значительные улучшения ее механических свойств.
Деревянные сучки, особенно мертвые сучки, оказывают сильное ослабляющее влияние на несущую способность аккордов деревянных ферм.Полный отказ фермы часто происходит из-за наличия узла, поэтому выбор фермы должен быть сделан. Аккорд фермы следует избегать использования материалов с сучками. При необходимости может быть выбрано, что вместо стали используют древесину, разрабатывая композитную структуру сталь-дерево.
Благодарности
Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 31670566) и Национального «Двенадцатого пятилетнего» плана поддержки науки и техники (2015BAD14B0503).
Harry Far 1 и Claire Far 2
1 Факультет инженерных и информационных технологий, Технологический университет Сиднея (UTS), Ултимо, Австралия
2 Факультет инженерии и искусственной среды, Университет Ньюкасла (UON), Каллаган, Австралия
Показать большеАкадемический редактор: Эмануэле Брунези
Поступило 23 марта 2019
Принято 27 июня 2019
,
Что такое ножничные фермы?
Фермы-ножницы сделаны с двойными нижними поясами, которые встречаются в центре фермы и «ножницами» вместе, пересекая столб короля и продолжая на верхний пояс. Они немного дороже, чем фермы королевских столбов, но дают некоторую высоту в середине комнаты. Фермы-ножницы имеют тенденцию немного распространяться, когда они загружены.Они действуют как листовые рессоры на грузовике. По мере накопления снега на крыше ферма будет приседать и распространяться от стены к стене. Мы проектируем прогиб фермы до менее чем полдюйма, поэтому разбрасывание не влияет на внутреннюю отделку.
Есть вопрос?
