Клееные рамы

Рамы являются одним из основных классов несущих деревянных конструкций. Их форма вполне соответствует большинству производственных и общественных зданий. Вертикальные стойки и наклонные ригели служат основами для настилов покрытий и обшивок стен. Однако рамы требуют большего расхода древесины на изготовление, чем арки, поскольку форма их осей менее, чем осей арок, соответствует закономерностям действующих в них распределенных и особенно сосредоточенных нагрузок. В отечественном строительстве в основном применяют однопролетные двускатные рамы при пролетах 12—24 м, в зарубежном строительстве — рамы пролетом до 60 м.

Гнутоклееная трехшарнирная рама состоит из двух полурам Г-образной формы прямоугольного переменного по высоте сечения (рис. 21.4а), изогнутых при изготовлении в зоне будущего карниза. Первым достоинством этой рамы является то, что она состоит только из двух крупных элементов — полурам, которые соединяются при сборке всего тремя узлами — двумя опорными и одним коньковым. Это сводит к минимуму время и трудоемкость сборки и установки таких рам. Второе достоинство — это переменная высота сечений — максимальная в зоне выгиба, где действуют максимальные изгибающие моменты, и минимальная в узлах, где моменты отсутствуют. Это позволяет экономить древесину и рационально использовать ее прочность.

Гнуто клееная рама имеет и существенные недостатки. Транспортирование крупных изогнутых полурам при значительных расстояниях мест установки от завода-изготовителя встречается со значительными габаритными затруднениями. Сжимающие напряжения в сечениях гнутых участков значительно выше, чем в прямых, а расчетные сопротивления сжатию, которые зависят от отношения радиуса выгиба к толщине изогнутых досок, существенно ниже. Это приводит к повышенному расходу древесины и клея и тем большему, чем меньше это отношение. Это отношение, однако, не должно быть меньше, т.е. 150.

Рис. 21.4. Клеедеревянные трехшарнирные рамы: а — гнутоклееные; б — ломаноклееные; в — четырехподкосные; г — двухподкосные; д — с внутренними опорными подкосами; е — с наружными опорными подкосами

Ломаноклееная рама, называемая также клеедеревянной рамой с жестким стыком на зубчатых шипах, состоит из двух полурам (рис. 21.46). Каждая полурама имеет Г-образную форму с переломом оси в месте будущего карниза. Полурама состоит из двух прямых элементов — стойки и полуригеля, имеющих переменные сечения, максимальные в зоне перелома оси. Эти элементы соединяются под необходимым углом наклонным зубчатым шипом. Ломаноклееная рама имеет существенные достоинства. Так же, как и гнутоклееная, она мало трудоемка при монтаже, но отличается от нее большей простотой и меньшей трудоемкостью изготовления.

К недостаткам ломаноклееных рам относится то, что их трудно транспортировать, древесина в зоне перелома оси и зубчатого стыка, где действуют максимальные изгибающие моменты, работает на нормальные напряжения от сжатия с изгибом под значительным углом к направлению волокон. Ее расчетные сопротивления при этом существенно снижаются, и, следовательно, увеличиваются размеры этого сечения, повышается расход клееной древесины на раму. Замена древесины в этих сечениях более прочным материалом, например, древесным пластиком, позволила бы получить значительную экономию материала.

Клеедеревянная трехшарнирная четырехподкосная рама состоит из двух стоек, двух полуригелей переменной высоты сечения и четырех подкосов постоянного сечения, соединяющих стойки с ригелем (рис. 21.4в). Подкосы создают дополнительные кроме стоек опоры для ригеля, что приводит к уменьшению изгибающих моментов в ригеле по сравнению с бесподкосной рамой. Особенно уменьшаются при этом моменты в стойках. Эта рама является сборно-разборной и состоит из прямых клеедеревянных элементов, простых в изготовлении, которые без затруднений могут транспортироваться любым видом транспорта. Основным недостатком этой рамы является большее, чем в бесподкосных рамах, число элементов и узлов, что повышает трудоемкость изготовления и сборки. Подкосы также сокращают свободное пространство помещений, поэтому применение этих рам наиболее рационально в покрытиях навесов.

Двухподкосная клеедеревянная трехшарнирная рама состоит из двух стоек, двух полуригелей переменного сечения и двух подкосов постоянного сечения (рис. 21.4г). К недостаткам этой рамы относится наличие значительных растягивающих усилий в карнизных узлах, для восприятия которых необходимо применение металлических креплений и винтов. Кроме того, изгибающие моменты в стойках и ригелях этой рамы значительно больше, чем в рамах с парными подкосами. Подкосы уменьшают свободное пространство помещения.

Клеедеревянная трехшарнирная рама с опорными подкосами (рис. 21.4д) состоит из двух полуригелей переменного сечения, двух подкосов и двух стоек постоянного сечения. Основные достоинства этой рамы те же, что и прочих подкосных рам. Основные недостатки — это работа стоек на растяжение и изгиб от ветровой нагрузки, что усложняет конструкцию их узловых креплений, и значительная длина сжатых подкосов, сечения которых определяются из условия предельно допускаемой гибкости.

Клеедеревянная трехшарнирная рама с наружными раскосами отличается от предыдущей только наружным расположением раскосов (рис. 21.4е). Достоинства ее и недостатки те же, что и прочих подкосных рам. Наружные раскосы работают в этой раме на растяжение и могут выполняться как из клееной древесины, так и из стали, при этом они не уменьшают внутреннего пространства помещения.

Двухшарнирные клеедеревянные рамы состоят из трех конструктивных элементов — двух вертикальных стоек и горизонтального ригеля. Их основное достоинство — это относительная простота изготовления и транспортирования прямых стоек и балочных конструкций ригелей по сравнению с гнутыми и ломаными полурамами. Кроме того, их горизонтальные ригели удобны для крепления к ним необходимого в некоторых помещениях подвесного потолка. Недостатком их является большая трудоемкость сборки и зависимость усилий в элементах от возможных осадок опор.

Двухшарнирная клеедеревянная рама с жесткими опорными узлами может иметь две клеедеревянные стойки постоянного, переменного или ступенчатого сечения. Стойки переменного сечения наиболее экономичны по расходу древесины, так как в опорном сечении, где действуют максимальные моменты, имеют наибольшую высоту (рис. 21.5а и б). Стойки постоянного сечения проще в изготовлении, а стойки ступенчатой формы позволяют опирать на их ступени клеедеревянные балки мостовых кранов небольшой грузоподъемности.

Рис. 21.5. Двухшарнирные клеедеревянные рамы: а — с жесткими опорами и аркой; б — с жесткими опорами и фермой; в — с шарнирными опорами и клеедеревянной балкой

Ригель этой рамы может представлять собой клеедеревянную двускатную балку, арку с затяжкой, сегментную или треугольную клеедеревянную ферму, шарнирно опирающуюся на стойки. Решение шарнирных узлов опирания этих конструкций на стойки не представляет затруднений. Основным недостатком этой рамы является относительно большая сложность жестких опорных узлов стоек, чем шарнирных. Двухшарнирная рама с жесткими опорными узлами может иметь также комбинированную конструкцию. При этом клеедеревянные конструкции ригеля шарнирно опираются на сборные жестко опираемые железобетонные колонны. Деревянные конструкции ригеля здесь менее подвержены опасности загнивания и повреждения, а конструкции жестких опорных узлов железобетонных колонн являются стандартными.

Двухшарнирная клеедеревянная рама с шарнирными опорными узлами может иметь две стойки постоянного или переменного клеедеревянного сечения наименьшей высоты в опорных узлах, где нет изгибающих моментов (рис. 21.5в). Ригелем этой рамы может служить клеедеревянная двускатная балка или пятиугольная ферма. Они крепятся к стойкам на разных высотах, образуя жесткое рамное соединение. Достоинством этой рамы является простая конструкция шарнирных опорных узлов, а недостатком — более сложное решение жестких креплений ригеля к стойкам. Однако значительная жесткость ригелей позволяет не учитывать при решении этих креплений изгибающих моментов от действующих на ригель основных вертикальных нагрузок.