Многоугольные брусчатые фермы относятся к металлодеревянным сборным конструкциям заводского изготовления. В них верхний пояс представляет собой многоугольник, вписанный в окружность или описанный около нее. Отношение высоты фермы к пролету принимают таким же, как в сегментных фермах, т.е. от 1/6 до 1/7. Нижний пояс делают, как правило, металлическим из профильной стали. Решетку принимают треугольной со стойками. Длина панели верхнего пояса до 4,5 м значительно меньше, чем в клееных сегментных фермах, так как несущая способность панели ограничена размерами сечения бруса и его длиной.
Рекомендуемые схемы многоугольных ферм приведены в таблице. Как видно из этих схем, брус верхнего пояса перекрывает две панели и является двухпролетной неразрезной балкой, за исключением опорных панелей, имеющих вдвое меньшую длину.
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Тип Схема Пролет f/l Кс.в. Км, %
Раскосы и стойки решетки многоугольных ферм имеют по концам металлические пластинки - наконечники, прикрепленные болтами к деревянному элементу, выполнены из полосовой стали, за исключением верхнего наконечника стойки, который делают из уголка. Применение здесь уголка необходимо потому, что в отличие от средней пластинки-наконечника стойки, которая зажата между пластинками раскосов в нижнем узле (что обеспечивает ей дополнительную устойчивость из плоскости), в верхнем узле пластинка-наконечник была бы свободна в отношении продольного изгиба из плоскости и потому должна быть заменена наконечником из жесткого профиля. В целях унификации пластинки-наконечники для всех раскосов и низа стойки имеют одну и ту же длину и одинаковую разбивку отверстий для болтов. Наконечники-уголки для верха стойки также все одинаковы.
Рис. 1 Узлы многоугольной фермы
В узлы верхнего пояса, там, где находится его стык, вставляют металлические вкладыши. В центре проходит узловой болт, на который при сборке надевают пластинки-наконечники. Вкладыш имеет клиновидную форму в соответствии с переломом верхнего пояса в месте узла. Сжатые стойки к верхнему поясу присоединяются также с помощью пластинок, но так как пояс в этом месте не имеет стыка, то узловые пластинки-наконечники надевают на болт, вставленный в проушины пластинки, которая передает усилия от стойки на верхний пояс. Пластинку-наконечник заранее скрепляют с брусом верхнего пояса расчетным количеством гвоздей или болтов. Стыки верхнего пояса перекрывают деревянными накладками на болтах.
Узлы прикрепления элементов решетки к нижнему поясу выполняют с эксцентриситетом, как это показано на рис. 1, благодаря чему существенно упрощается решение узлов. Возможность внецентренного решения узлов объясняется возникновением в элементах решетки многоугольных ферм относительно небольших расчетных продольных усилий, передаваемых на нижний пояс через болт.
Стык нижнего пояса выполняют в любом удобном месте. Он перекрывается или уголками, или пластинками из полосовой стали. Опорный узел может быть решен так же, как в сегментных фермах. Многоугольные фермы близки по очертанию сегментным, и расчетные продольные усилия в раскосах и стойках получаются небольшими при загружении снеговой нагрузкой всего пролета.
Верхний пояс в многоугольных фермах выполняют из брусьев, длина которых вдвое превышает длину панели. Таким образом, брус верхнего пояса представляет собой двухпролетную балку со средней опорой на стойке решетки. Если нагрузка приложена не только в узлах, но и между ними (обычный случай), то на средней опоре возникает изгибающий момент, значение которого зависит от осадки опоры, т.е. от просадки бруса верхнего пояса на стойке. Значение этой просадки в общем случае неизвестно - оно зависит от точности сборки фермы, качества древесины и пр. Поэтому в расчете рассматривают два крайних случая, как это делается в шпренгельных балках.
Для уменьшения расчетных изгибающих моментов от межузловой нагрузки в верхнем поясе искусственно создают изгибающий момент обратного знака, для чего в промежуточных узлах верхнего пояса фермы применяют внецентренное стыкование брусьев, осуществляя упор только нижних частей поперечного сечения брусьев. Тот же прием применяют и в опорных узлах. С учетом сказанного верхний пояс, являющийся в любом варианте сжато-изгибаемым стержнем, рассчитывают следующим образом.
1-я предпосылка. Расчет ведут как для двухпролетной неразрезной балки. Момент на средней опоре при равномерно распределенной нагрузке (см. рис. 2).
M q = - ql 2/8,
где l – горизонтальная проекция панели.
Нормальная сила N приложена на крайней опоре с эксцентриситетом е, тогда MN = Ne. Момент на средней опоре MN = 0,5 Ne, так как эпюра моментов в двухпролетной неразрезной балке проходит через фокусную точку, находящуюся на расстоянии 1/3 l от средней опоры.
Расчетный момент на средней опоре М = Mq + MN = ‑ ql 2/8 + 0,5 Ne.
Проверка сечения:
σс = N/Fpaсч + Мд/Wрасч < Rc при Мд = М/ξ.
Коэффициент ξ определяют при гибкости верхнего пояса, подсчитанной по полной длине панели, что идет в запас прочности, так как при неразрезном верхнем поясе возможно определение гибкости по длине между нулевыми точками эпюры моментов.
Рис. 2 Расчетная схема панели верхнего пояса
2-я предпосылка. Рассчитывают верхний пояс как разрезную балку с пролетом, равным длине панели l. Момент посередине длины панели от поперечной нагрузки при равномерно распределенной нагрузке M q = ql 2/8/
Момент от эксцентричного приложения нормальной силы MN = Ne.
Расчетный момент М = Mq - MN.
Проверку сечения производят так же, как в предыдущем случае, причем гибкость определяют по полной длине панели.
Нижний пояс. Раскосы прикрепляют с эксцентриситетом, равным расстоянию от центра узлового болта до оси уголка пояса. Изгибающий момент в нижнем поясе при этом равен произведению разности усилий в соседних панелях нижнего пояса на значение эксцентриситета. Разность усилий определяют при снеговой нагрузке на всем пролете, на левой и правой половинах фермы. Для всех трех случаев подсчитывают изгибающий момент и растягивающее усилие и проверяют напряжение в нижнем поясе по формуле сложного сопротивления как для растянуто-изгибаемого стального стержня.
Решетка. Сжатые элементы решетки проверяют на продольный изгиб, а растянутые ‑ на растяжение по площади сечения-нетто с учетом ослаблений.