Alcatuirea geometrica si constructiva pentru fermele din lemn

6. Alcatuirea geometrica si constructiva pt fermele din lemn Grinzi cu zabrele sau ferme sunt considerate, in general, sisteme compuse din bare articulate in noduri, actionate in planul lor de un sistem de forte concentrate aplicate in noduri. In baza ipotezelor admise barele sistemului lucreaza, in principal, la eforturi axiale de intindere sau compresiune. Capacitatea portanta a unui sistem cu zabrele depinde de capacitatea portanta a fiecarei bare in parte si in special a celor mai puternic solicitate. In consecinta, la realizarea sistemelor cu zabrele, o atentie deosebita trebuie acordata sortarii materialului lemnos, mai ales pt executarea barelor puternic intinse si a imbinarilor care lucreaza la intindere sau forfecare.

Se utilizeaza ca elemente principale de acoperis (structuri de rezistenta pt. acoperis). Fermele se considera static determinate, barele fiind articulate in noduri. Grinzile cu zăbrele, în funcţie de schema geometrică şi de alcătuirea constructivă pot acoperi deschideri relativ mari. Ca forme geometrice, grinzile cu zăbrele pot fi: - triunghiulare, cu un singur montant, cu reazemele la acelaşi nivel şi cu grinda dezvoltată la partea superioară (figura 17, a) sau cu reazemele decalate şi cu grinda dezvoltată la partea inferioară (figura 17, b şi c); - triunghiulare cu montant şi contrafişe sau numai cu contrafişe, cu reazemele la acelaşi nivel sau decalate şi dezvoltate la partea superioară sau la cea inferioară (figura 17, d…g); - triunghiulare cu două pante cu zăbrele multiple (montanţi şi diagonale, figura 17, h…m); - triunghiulare cu o singură pantă (figura 17, n); - poligonale cu fascicol de contrafişe (figura 8, a), cu montanţi (figura 18, b), cu diagonale (figura 18, c), cu diagonale şi montanţi (figura 18, d) sau cu diagonale încrucişate şi cu montanţi (figura 18, e); - trapezoidale cu montanţi (figura 18, f), cu contrafişe (figura 18, h), cu montanţi şi diagonale (figura 18, g şi l…m) sau cu diagonale încrucişate (figura 18, n şi o); - cu tălpi paralele, realizate cu diagonale sau cu diagonale şi montanţi (figura 19, a…f); - cu ambele tălpi curbe şi cu reazemele amplasate median (figura 19, g). La grinzile triunghiulare efortul maxim in talpi apare in reazeme si in zabrele la mijlocul deschiderii.

Pentru fermele dreptunghiulare, efortul maxim in talpi apare in panoul central si in zabrele la reazeme. In cazul fermelor trapeziodale si poligonale eforturile maxime in talpi apar spre mijlocul deschiderii, dar nu in panoul central. De remarcat sunt de asemenea valori ridicate ale eforturilor in zabrele pentru aceste tipuri de ferme, in timp ce pentru feremele cu talpa superioara curba, eforturile sunt mult mai mici. În cazul în care se urmăreşte asigurarea unei iluminări suplimentare în zona centrală a clădirii, grinzile cu zăbrele se pot realiza cu luminator (figura 20).

Figura 17

Figura 18

Figura 19

Figura 20

Performanţele geometrice şi mecanice ale grinzilor cu zăbrele depind de forma în elevaţie, alcătuirea constructivă, tipul materialului lemnos utilizat, natura îmbinărilor, astfel: - la fermele triunghiulare (v. figura 17, h…m):  deschiderea uzuală L = 7,50…30,00 m;  înălţimea optimă h optim = L/10…L/4;  traveea t = 4,00…10,00 m;  unghiul de înclinare a tălpii superioare  = 12…30. - la fermele triunghiulare cu o singură pantă (v. figura 17, n):  deschiderea uzuală L = 7,50…20,00 m;  înălţimea medie hmed  L/10  traveea t = 4,00…10,00 m;  unghiul de înclinare a tălpii superioare  = 12…30. - la fermele trapezoidale de tipul celei din figurile 18, j, h şi m:  deschiderea uzuală L = 7,50…35,00 m;  înălţimea minimă hmin  L/12  traveea t = 4,00…12,00 m;  unghiul de înclinare a tălpii superioare  = 3…8. - la fermele poligonale (figura 19, c, d şi e):  deschiderea uzuală L = 20,00…50,00 m;  înălţimea maximă hmax = L/6…L/8;  traveea t = 4,00…10,00 m; - la fermele cu tălpi paralele (figura 19, a…f):  dacă sunt elemente secundare:  deschiderea uzuală L = 5,00…15,00 m;  înălţimea h = L/8…L/12;  traveea t = 0,80…1,25m;  dacă sunt elemente principale, realizate din lemn masiv:  deschiderea uzuală L = 5,00…25,00 m;  înălţimea h = L/10…L/14;  traveea t = 2,50…6,00m;  dacă sunt elemente principale realizate din lemn lamelat încleiat:  deschiderea uzuală L = 20,00…80,00 m;  înălţimea h = L/10…L/15;  traveea t = 2,50…6,00m. In cazul fermelor la care sunt respectate rapoartele recomandate, verificarea sagetii nu este necesara, in schimb la fermele cu o inaltime mai mica decat cea recomandata, sageata se calculeaza luand in consideratie si deformarea (cedarea) elementelor de imbinare. La realizarea grinzilor cu zabrele se recomanda ca prinderea barelor in noduri sa fie facuta centric. Prinderea excentrica a

zabrelelor de talpi se admite numai in cazul fermelor la care zabrelele sunt slab solicitate.

-

Masuri de protectie impotriva putrezirii si a incendiului: ferma trebuie sa se gaseasca in intregime in interiorul constructiei; trebuie sa se asigure o buna aerisire a tuturor elementelor de rezistenta precum si posibilitatea de control a fermei; nu este permisa inzidirea elementelor portante; la zidurile exterioare ale incaperilor incalzite, locasurile reazemelor se izoleaza termic; capetele nodului de reazem trebuie sa se gaseasca la minimu 5 cm distanta de perete; se trateaza lemnul impotriva putrezirii; se recomanda utilizarea elementelor din lemn masiv si ignifugarea acestora.

Alegerea tipului de ferma se face dupa: cerintele arhitecturale, tipul invelitorii, deschiderea necesara, tipul si marimea incarcarilor, materialul lemnos de care se dispune, tipul imbinarilor, conditiile si posibilitatile de executie, destinatia si importanta constructiei. Ca principii de calcul ale fermelor, acestea se considera cu barele articulate in noduri, lungimea de flambaj este egala cu lungimea dintre noduri a barelor iar eforturile sunt centrate la noduri. Ferma cu consum redus de otel (ferma dulghereasca) – figura 21. - este realizata din scanduri sau dulapi, imbinati cu cuie sau buloane; - barele grinzii cu zabrele au sectiune compusa; - se utilizeaza la deschideri mici, de pana la 12 m, avand schema de ferma cu noduri apropiate (1,5-2 m); - metalul se utilizeaza numai pentru imbinari.

Figura 21

Ferma cu consum mediu de otel (ferma dulghereasca) – figura 22. - realizata din lemn masiv, rotund sau ecarisat, imbinarile sunt pasuite, prin chertare, si transmit numai eforturi de compresiune; - zabrelele intinse sunt realizate din metal, preferandu-se schemele geometrice cu montanti intinsi; - se accepta deschideri de 10-20 m, pentru fermele triunghiulare si de 10-25 m pentru fermele dreptunghiulare sau trapezoidale, intrucat imbinarea prin chertare are capacitate de rezistenta relativ mare; - aceste tipuri de ferme sunt reglabile, intrucat eventualele cedari in timp se regleaza prin strangerea montantilor, ceea ce ofera siguranta in exploatare; - au dezavantajul de a nu permite industrializarea si necesita muncitori de inalta calificare.

Figura 22

Ferma cu consum mare de otel (ferma inginereasca) – figura 23. - sunt ferme mixte din lemn si metal, folosind avantajos proprietatile fiecarui material; - toate elementele comprimate sunt din lemn, iar cele intinse din metal (consum de otel 20-40%); - prinderea zabrelelor de talpi se face cu elemente metalice cu capacitati mari, iar deschiderile acoperite pot fi mari, maximum 40 m, cu panouri de 3-6 m; - permite executarea unui numar mic de noduri, ceea ce simplifica executia; - piesele intinse permit reglarea in timpul exploatarii; - detaliile de nod se realizeaza in ateliere, permit o asamblare usoara pe santier; - confera siguranta mare in exploatare, sunt economice si permit industrializarea.

Figura 23