Принята длина опорной пластины: Ln = 15 см.

 – опорная реакция стропильной фермы с учетом карнизов здания. Определение изгибающих моментов для полосы единичной ширины каждой из пластин на отдельных участках:

·        участок 1:

·        участок 2: изгибающий момент определяется из расчета консоли с расчетным вылетом: lк = 9.0 см.

На третьем участке контактные напряжения существенно меньше по величине и, поэтому, не учитываются при расчете пластины на поперечный изгиб. Необходимая толщина опорной пластины:

Принимаем толщину пластины tп=1.6 см.

Ребра жесткости, фасонки

Определение геометрических размеров и формы боковых накладных фасонок (с учетом положения фиксирующих болтов по отношению к составляющим элементам). Толщина ребер жесткости и фасонок принимается конструктивно: t = 5 мм.

Сварные швы

При принятой толщине фасонок и полок проката углового профиля определяется высота сварных швов: hш = 6 мм. Определение длинны сварных швов: соединение уголков нижнего пояса при усилии: N =341.121 кН:

Соединение ребер жесткости с диафрагмой и опорной пластиной при N =341.121  кН:

Длинна сварных швов с каждой стороны каждого из ребер жесткости, с одной стороны фасонок:

3.6.2. Промежуточный узел фермы по верхнему поясу

Расчетные усилия: N = 75.885 кН – для площадки смятия; скатная составляющая (для расчета болтов):Т = N sina = 75.885* sin 18.4330 =23.994 kН.

Расчет опорной стойки

Усилия сжатия: N =75.885 kН передается на древесину верхнего пояса посредством «торцевого упора» через опорную диафрагму. Угол смятия древесины верхнего пояса: a = 900–18.4330 =71.567 Расчетное сопротивление древесины смятию:

Rсмa = 0.400 кН/см2 – расчетное сопротивление местному смятию под шайбами под углом 90°
к волокнам древесины.

Требуемая площадь смятия:

Длина площадки смятия (при bсм = bп = 17.5 см):

Принимаем lт = 9.5 см. Толщина опорной диафрагмы принимается по конструктивным соображениям: tт = 5 мм.

Рис. 7. Промежуточный узел фермы по верхнему поясу

Расчет стержневых нагелей

Предварительное значение диаметра стержневых нагелей: d=20 мм. Расчетная несущая способность на один срез нагеля при действия усилия под углом: aс =71.567 (ka=0.6):

по условиям смятия: Тсм = 0.5 bn d ka = 0.5 ∙ 17.5 ∙ 2 ∙ 0.6 = 10.500 kН;

-       по условия изгиба:

Требуемое количество нагельных болтов (ns = 2):

Принимаем 2Æ20. Для обеспечения необходимой жесткости узла из плоскости фермы используются деревянные накладки сечением 50х15 см, с закреплением их с элементами верхнего пояса с помощью болтов диаметром 20 мм.

3.6.3. Коньковый узел фермы

Конструирование и расчет вкладыша

Толщина диафрагмы: tд = 1 cм, ребер жесткости: tp = 0.5 см.

Расчет центрового болта

Усилие N4-5 = 136.231 kН, ns = 2 – число срезов. Требуемый диаметр центрового болта:

Принимаем центровой болт Æ26 мм.

Толщина крайних (рабочих) ребер вкладыша определяется из расчета болтового соединения на смятие под действием равнодействующей усилий:

Толщина крайних ребер вкладыша: tр = 1 см, промежуточных: t = 0.5 см.

Конструирование и расчет фасонок

Толщина фасонок, примыкающих к узлу растянутых раскосов 3-4, 4-5 определяется из расчета на смятие отверстий для центрового болта под действием усилия: N4-5 = 136.231 Н:

Рис. 8. Коньковый узел фермы

Принята толщина фасонок: tф = 1 см. Ширина фасонок определяется из расчета на растяжение с учетом ослабления отверстием под центровой болт Æ26 мм:

По конструктивным соображениям (из условия обеспечения требуемых расстояний от болта до краев металлических пластин):

Расчет сварных швов

Длина сварных швов (два шва на каждой фасонке) при соединении арматурных стержней и фасонок элементов раскосной решетки:

Принята длина каждого из указанных швов: lш = 5.60 cм.

3.6.4. Промежуточный узел по нижнему поясу

Расчет торцевого опирания стойки 2 – 6:

Расчетное усилие: N = 75.885 kН. Определение напряжения смятия (при размерах опорной пластины в плане (17.5 х 9.5):

Для уменьшения изгибающего момента в опорной пластине, с внутренней стороны вводим два уголка, сваренных с опорной пластиной, накладкой и дополнительным ребром жесткости. Ширина свободного, неподкрепленного полками, участка определяется размером:

а = bn – 2by = 17.5 –2*7 = 3.50 cм

Принимая одно ребро жесткости получаем, что «глубина» участка b = 5 cм:

Требуемая толщина опорной пластины:

Конструктивно принимаем толщину опорной пластины: tn = 5 мм, толщина дополнительного ребра жесткости: tр = 5 мм.

Рис. 9. Промежуточный узел по нижнему поясу

4. Проектирование колонны

Колонны проектируемого сооружения в статическом плане являются составной частью его рамного поперечника, и, поэтому, усилия в колонне определяются лишь в результате расчета статически неопределимой конструктивной системы.

Рис. 10. Расчетная схема колонны

4.1. Сбор нагрузок

Интенсивность вертикальных нагрузок от массы покрытия конструкций и фермы определяются, используя данные таблицы 3.

Таблица 6. Сбор нагрузок на колонну

Нормативная масса колонны, длиной: Нк = 400 cм и поперечным сечением: bкhк = 15х15 cм составляет: Gк = 0.515 кН; g = 500 кг/м3 – удельный вес древесины. Грузовая ширина – с учетом карнизных участков покрытия: (17.0 + 0.6)/2 = 8.80 м

Определение ветровой нагрузки по [2, форм. 6]:

wi = gf ωо k ci ℓк, где:

gf = 1.4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке [2, п. 6. 11];

ωо = 0.230 кН/м2 – нормативный скоростной напор ветра для г. Н.Новгород по [2, табл. 5, прил. 5];

k = 0.65 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте до 5 м;

сi – аэродинамический коэффициент [2, прил. 4];

ℓк = 6.0 м – шаг колонн по заданию.

Таблица 7. Ветровые нагрузки на колонну

Учитывая приблизительное равенство коэффициентов се1 и се2 по покрытию, влиянием горизонтальных составляющих ветровой нагрузки пренебрегаем.

4.2. Определение изгибающих моментов в колоннах

Нормальная жесткость ригеля EIр принимается бесконечно большой. Определение значений неизвестных усилий, приложенных в направлениях продольной оси ригеля от ветрового давления:

Максимальный изгибающий момент в опорном сечении колонны от ветрового давления на уровне обреза фундаментов Lк = 350 см:

4.2.1. Расчетные сочетания нагрузок

Возможные сочетания воздействующих на колонну постоянных и временных нагрузок.

1.     Постоянная и одна временная (коэффициент сочетания нагрузок: с = 1.0):

a)     постоянная + снеговая:

Nа = Nmax =32.843 + 126.720 = 159.563 кН;

Ма = 0

b)    постоянная + ветровая:

 Nа =33.513  кН;

Ма = Mmax = 485.576 кН∙см

2.     Постоянная + снеговая + ветровая (коэффициент сочетания нагрузок: с = 0.9):

Nа =32.843 + 124.312 ∙ 0.9 = 146.891 кН;

Ма = 485.576 ∙ 0.9 = 437.018 кН∙см

4.2.2. Конструктивные параметры колонны

Проверка принятого сечения. Достаточный радиус инерции поперечного сечения:

, где:

mz = 2 – коэффициент приведения длины в плоскости изгиба;

lпр = 120 – ограничение предельной гибкости сжатых и сжато–изгибаемых элементов.

Требуемая высота поперечного сечения колонны:

Расчет аналогично из плоскости изгиба, при m у = 1:

Требуемая ширина поперечного сечения колонны:

Принимаем высоту сечения колонны: hк = 30 см, т.е. h1 = h2 = 15 см ширину сечения: bк = 15 см. Геометрические параметры поперечного сечения:

Материал – сосна 2-го сорта; Rс = Rи = 1,5 кН/см2; Е = 450 кН/см2. Характеристики
средств соединения: нагельные пластины НПСТ12Г6к; d = 6 мм; nн = 12; Тн = 1.4 кН; Тс = Тн d = 1.4 ∙ 12 = 16.8 кН; dс = 0.1 см; Dс = 0.2 см.

Расчетное количество нагельных пластин по длине плоскости соединения элементов:

принимаем 10 нагельных пластин.

М = WцRc – виртуальный изгибающий момент возможный при потере устойчивости колонны.

4.5. Конструктивный расчет колонны

Расчет колонны производится при двух сочтаниях нагрузок: Nmax – Mсоотв сочетание 1а; Мmax – Nсоотв сочетание 2. Из двух вариантов 1б и 2 наиболее опасным является последнее, так как при почти одинаковых изгибающих моментах: 1б – Ма =485.576 кНсм, 2 – Ма =437.018 кНсм, продольная сила в сочетании 2 – Nа = 146.891  кН, существенно выше, чем в сочетании 1б – Nа = 33.513 кН; в результате чего увеличивается и напряжение сжатия и величина расчетного изгибающего момента, определяемого с учетом деформационных приращений.

4.5.1. Расчет колонны при сочетании нагрузок 1а (центральное сжатие)

Расчетные усилия: Na = 159.563 кН; Ма = 0. Напряжение от изгибающего момента при таком варианте загружения существенно меньше напряжения от продольного сжатия:

,

т.е., согласно [1, п. 14.17.5], производится расчет колонны как центрально-сжатого стержня.

Поверочный расчет принятого поперечного сечения составных элементов.

Жесткость принятых средств соединения:

;

Деформативность соединения по шву:

;

Смещение составляющих элементов:

;

Смещение в составном стержне (при nc = 5):

;

Параметр mi (для определения коэф-та ki):

;

Коэффициент приведения:

;

Гибкость колонны в плоскости изгиба:

Критическая сила (расчет на устойчивость):

Устойчивость колонны с принятым сечением в плоскости рамного поперечника обеспечена

4.5.2. Расчет колонны при втором сочетании нагрузок (сжатие с изгибом)

Расчетные усилия: Na = 146.891 кН; Ма = 437.018 кНсм2. Так как продольная сила в колонне формируется постоянными и снеговыми нагрузками, то коэффициент, учитывающий влияние длительной нагруженности на сопротивление сжатию: mн = 1. А изгибающий момент формируется кратковременным ветровым давлением и коэффициент mни = 1.2.

Напряжение сжатия в составляющих элементах:

Обобщенная жесткость связей сдвига:

Деформативность связей сдвига принятой жесткости:

Смещение составляющих элементов в стержне пакете:

Смещение составляющих элементов в составном стержне:

Параметр mw:

mw= n – 1 = 2 – 1 = 1

Коэффициент приведения кw

Параметр mw1

mw1 = n2  – 1 = 4 – 1 = 3

Коэффициент приведения кw1:

Гибкость составного стержня:

Критическая сила Nкр:

Коэффициент влияния деформационных приращений:

Деформационный изгибающий момент:

Первое предельное состояние.

·        прочность нормальных сечений:

·        прочность средств соединения

Несущая способность колонны с принятыми конструктивными параметрами обеспечена, имеются запас прочности по нормальным сечениям и прочности средств соединения.

4.5.3. Расстановка нагельных пластин

Расчетные координаты связей сдвига НПСт12Г6:

Расстояния между нагельными пластинами:

Расстояние от торцов стержня до первой пластины принимается равным: S1 = 9d = 5.4 cм.

Таблица 8. Координаты связей сдвига и расстояние между ними в элементах фермы

4.6. Проектирование базы колонны

Предпосылки проектирование узла примыкания колонны с фундаментом:

1)     сжимающая компонента усилий, возникающих от продольной силы и изгибающего момента с учетом деформационных приращений, воспринимается за счет контактного сопряжения торца колонны и фундамента;

2)     растягивающая компонента тех же усилий воспринимается за счет работающих на растяжение анкерных болтов, закрепляемых в колонне посредством металлических башмаков и нагельных болтов.

Параметры напряженного состояния, вызванные действием приложенных силовых факторов определяется по методу эквивалентных сечений, принимая, что равнодействующая растягивающих напряжений от изгибающего момента располагается по координатной линии анкерных болтов, размещенной в растянутой зоне сечения.

Рис. 00. Расчетная схема анкерных болтов

4.6.1. Конструктивный расчет анкерных болтов

Для удобства размещения стеновых панелей, анкерные болты размещаются на боковых плоскостях колонны, со смещением от растянутой кромки сечения на расстояние А. Задавшись диаметром нагельных болтов d = 14 мм, определяется минимально допустимое расстояние а до края колонны: a > S3 = 2,5d = 3.5 см.

В итоге получаются необходимые для расчета геометрические параметры:

Усилие растяжения в анкерных болтах определяется для двух сочетаний нагрузок:

·        сочетание 2 постоянная + снеговая + ветровая нагрузки:

N =146.891 кН;М = 437.018 кНсм2;

Мдеф = 924.323 кНсм2;Kw =0.926

Na = –0.5N + Мдеф / kw e ;

Na = –0.5∙146.891+ 924.323 / (0.928 ∙ 20)= -26.463 кНсм

·        сочетание 1б постоянная + ветровая нагрузки:

N =33.513 кН;М = 485.576 кНсм2;

Мдеф = М / x = 485.576 / 0.904 = 537.108 кНсм2

Na = –0.5N + Мдеф / kw e ;

Na = –0.5 ∙33.513 + 537.108 / (0.928 ∙ 20)= 10.544 кНсм – N max

Требуемая площадь поперечного сечения анкерных болтов:

ko = 0.8 – коэффициент влияния концентрации напряжений в сечениях с винтовой нарезкой;

kс = 0.85 – коэффициент условий работы спаренных тяжей.

Принимаем 2 анкерных болта класса AI Æ14 с Aнт = 3.080 см2 > Атр =0.689 см2

4.6.2. Конструктивный расчет башмака колонны

Расчет нагельных болтов

Определение количества болтовых нагелей, необходимых для закрепления металлических накладок к стволу колонны:

, где:

Тб=2.5 ∙ 22 = 10.0;

Na max = 10.544  kH.

Принимаем 2 анкерных болта класса AI Æ14.

Расчет листовых накладок

Требуемая площадь сечения накладок:

Принимаем накладку bн = 50 мм, толщина накладки tн = 0.5 мм.

Ант = tн [bн – 0.5d - 0.3] = 0.5∙(5 – 2.3) = 1.350 см2

Расчет монтажных столиков

Размеры монтажного столика в плане определяется из условия размещения шайбы под анкерный болт, диаметром 14 мм: а > 4d = 56 мм. Принимаем монтажный столик, размером 80 х 100 мм. Определение напряжения смятия, возникающего по плоскости контакта между шайбами и монтажным столиком по действием анкерных усилий:

Изгибающий момент для единичной полосы монтажного столика как пластины, подкрепленной по трем сторонам, и соотношением размеров в плане:

Требуемая толщина монтажного столика

Принимаем tсм = 10 мм.

4.6.3. Прочность контактных сопряжений по обрезу фундамента

Максимальные напряжения сжатия по обрезу фундамента:

Фундаменты выполнены из бетона класса В20 с расчетным сопротивлением местному смятию при соотношении площадей фундамента и колонны Аф / Ак = 2:

Так как расчетное сопротивление бетона меньше расчетного сопротивления древесины продольному сжатию (смятию) Rc = 1.5 кН/см2, проверка прочности имеет вид:

,

Т.е. прочность контактного сопряжения древесины и бетона по обрезу фундамента обеспечена.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» - М.: Стойиздат, 1982.

2.     СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» - М.: Изд. ЦНИТА, 1985.

3.     СНиП II-23-81 «Металлические конструкции» - М.: Стойиздат, 1982.

4.     Методические указания к курсовому проекту по конструкциям из дерева и пластмасс «Несущие деревянные конструкции с соединениями на нагельных коннекторах» - Киров: ВГУ, 2000 г.

5.     Пособие по проектированию деревянных конструкций к СниП II-25-80 – М.: Стройиздат, 1986.

6.     «Конструкции из дерева и пластмасс» - М.: Стройиздат, 1986.

Страницы: 1, 2, 3