Разработка конструктивной схемы должна сопровождаться вычерчиванием схематических планов и разрезов здания с размещением всех конструктивных элементов каркаса и схем связей (рис. 1).
В техническом проекте студент должен выбрать схему и установить основные геометрические размеры элементов несущих конструкций, разместить конструкции в плане, на продольном и поперечном разрезах показать конструктивные элементы, обеспечивающие пространственную устойчивость конструкций.
Назначение связей – создание жесткости каркаса, обеспечение устойчивости элементов конструкций, восприятие ветровых усилий, создание условий пространственной работы каркаса, обеспечение необходимых условий монтажа элементов здания.
Для обеспечения устойчивости применяют скатные связи, располагаемые в плоскости ригелей рам, и вертикальные связи, располагаемые по торцам зданий, а в некоторых случаях – в плоскости сжатых стоек.
Связи в плоскости крыши представляют собой решетчатую ферму, поясами которой являются ригели рам, а решеткой – раскосы и распорки между двумя соседними несущими конструкциями.
Вертикальные связи между стойками рам в плоскости продольных стен предназначены для восприятия ветра на торец здания и обеспечения жесткости каркаса здания в продольном направлении, а также раскрепления стоек от потери устойчивости плоской формы деформирования рамы.
Связи между стойками выполняются в виде раскосных или крестовых вертикальных ферм. Горизонтальными элементами этих ферм являются брусчатые обвязки, подкосы выполняются из досок или брусков, прикрепляемых к обвязкам при помощи болтов. Эти связи устанавливаются в крайних пролетах здания и далее через 25…30 метров по длине здания, образуя вместе со скатными связями жесткие связевые блоки.
. 
а)
б) в)
Рис.1. Конструктивная схема сооружения со связями:
а – поперечный разрез; б – совмещенный план покрытия;
в – продольный разрез здания
Проектирование и расчет элементов покрытия
Настилы и обрешетка
Сплошные дощатые настилы и обрешетка укладываются по прогонам покрытия и являются основанием для рулонной (в первом случае) или штучной кровли (асбестоцементные листы, металл, черепица).
Двойной перекрестный сплошной настил состоит из двух слоев: нижнего – рабочего и верхнего – защитного (рис. 2. а). Рабочий настил выполняется из более толстых досок (с размерами 2,5…3 см, на 10…15 см.) уложенных с зазорами, защитный косой слой выполняется из досок толщиной 16…25 мм, шириной не менее 100 мм, укладываемых под углом 45° по отношению к рабочему настилу. Защитный настил обеспечивает совместную работу досок рабочего настила, пространственную жесткость покрытия (в этом случае не нужны связи в покрытии) и защищает рулонное покрытие от разрывов при короблении рабочего настила.
Одинарные настилы могут быть разреженными с зазорами между досок 2 – 3 см и сплошными. Однослойные настилы выполняются из досок толщиной 2,5…4 см и шириной не более 12…15 см. (рис. 2. б).
Рис. 2. Виды настилов под кровлю:
1 – рулонная кровля; 2 – защитный косой настил; 3 – рабочий разреженный настил; 4 – несущая конструкция; 5 – кровля; 6 – однослойный разреженный настил; 7 – волнистые асбестоцементные листы; 8 – обрешетка
Разреженный настил или обрешетка представляет собой доски или бруски, поставленные с частым шагом, соответствующим размерам элемента покрытия (рис. 2. в). Например, при использовании асбестоцементных унифицированных листов волнистого профиля марки УВ 7.5-1750 шаг обрешетки – 500 мм.
Дощатый щит представляет собой сплошной дощатый настил под рулонную кровлю, подкрепленный поперечными и диагональными брусками для жесткости щита и покрытия в целом.
Щит-обрешетка представляет собой систему брусков подкрепленных поперечными и диагональными брусками (рис. 3).
Рис. 3. Щит-обрешетка.
Прогоны
Прогонами обычно называют балки, направленные вдоль оси здания. Различают прогоны разрезные, консольно-балочные, неразрезные.
Разрезные прогоны представляют собой балку цельнодеревянную или клееную, работают на изгиб в своей плоскости или на косой изгиб. Стыкуются разрезные балки над опорами. Для уменьшения расчетных усилий разрезные балки усиливаются подбалками. (рис. 4.)
Рис. 4. Разрезной прогон
Консольно-балочные прогоны представляют собой разрезную статически-определимую балку с промежуточными шарнирами. Стыки прогонов выполняются в виде косого прируба и соединяются одним вертикальным болтом.
Крайние пролеты уменьшают до (0,8…0,85)ℓ с целью выравнивания изгибающих моментов.
В зависимости от постановки шарниров различают равномоментную схему и равнопрогибную (рис. 5. а, б).
Равномоментная схема. Все опорные и наибольшие пролетные моменты равны. Расстояние до шарнира х = 0,15ℓ.
Моп = Мпр = qℓ2/16.
Наибольший прогиб f = 2qℓ4 /384EI.
Равнопрогибная схема. Прогибы во всех пролетах приблизительно равны. Расстояние до шарнира х = 0,21ℓ.
Моп = qℓ2/12, Мпр = qℓ2/24.
Наибольший прогиб f = qℓ4 /384EI.
Рис. 5. Консольно-балочный прогон: а – равномоментная схема;
б – равнопрогибная схема
Неразрезные прогонывыполняются из двух спаренных досок, соединенных между собой по всей длине гвоздями (рис. 6). Крайние пролеты уменьшают до (0.8…0,85)ℓ с целью выравнивания изгибающих моментов или усиливают третьей доской.
Рис. 6. Внешний вид, расчетная схема и эпюра изгибающих моментов неразрезного прогона
Прогоны при углах наклона кровли α ≤ 10º рассчитываются по несущей способности по формуле:
и по деформациям
При углах наклона кровли α > 10 º прогоны чаще всего работают при косом изгибе и рассчитываются по формуле:
Стропильные ноги
В тех случаях, когда расстояние между прогонами велико, рационально ввести в состав покрытия стропильные ноги. Стропильные ноги, чаще всего выполняют из досок размером 5˟10 см, поставленных на ребро, или брусьев (рис. 7). Стропильные ноги укладываются по прогонам на расстоянии 0,5 …1,0 м, причем в каждом пролете прогона должно быть не менее 4 – 5 стропильных ног. Для предупреждения сползания стропильные ноги крепят между собой в коньке и к прогонам гвоздями.
Стропильные ноги рассчитывают как балки, свободно лежащие на двух опорах с наклонной осью. При углах наклона кровли α ≤ 10º стропильные ноги рассчитывают как балки с горизонтальной осью, а при углах α > 10º – как балки с наклонной осью.
Рис.7. Конструкция покрытия по стропильным ногам;
1 – волнистые асбестоцементные листы; 2 – обрешетка;
3 – стропильные ноги; 4 – прогон
