,где  - предельный прогиб в панелях покрытия согласно табл. 16 СНиП II-25-80.

Расчет гнутоклееной деревянной трехшарнирной рамы.

Исходные данные: рама пролетом 21 м, шагом 3 м. Здание второго класса ответственности, gn=0.95. ТВУ эксплуатации А-1. Кровля утепленная из клеефанерных плит. Район строительства – Костромская обл., s=1.5 кПа.

На раму действуют равномерно распределенные постоянные и временные нагрузки(т.сбор нагрузок). При заданных геометрических размерах рамы и высоте стойки Н<4 м ветровая нагрузка не учитывается, т.к. отсос ветра на кровле уменьшает усилие в элементах рамы.

Собственный вес рамы определяем при kсв=8:

кПа

Сбор нагрузок

s=2.4*3=7.2 кН/м; q=0.972*3=2.915 кН/м, где 3 – шаг несущих конструкций.

Геометрический расчет см. рис.

Длина полупролета 10.5 м. Радиус выгиба 3 м. Угол наклона ригеля tga=1:4=0.25; a=14о02`. Угол между осями стойки и ригеля и касательной к средней точке выгиба a1=(90о+a)/2=52о. Центральный угол выгиба в градусах 76 и радианах 1.33. Длина выгиба lгн=r*1.33=3.99 м. Длина полурамы 13.77 м.

Ось полурамы разбиваем на 6 сечений.

Статический расчет:

cosa=0.97; sina=0.24

Усилия от левосторонней снеговой нагрузки:

Va=Vb=3*s*L/8=56.7 кН; Ha=Hb==31.64 кН.

Сечение o: Qo= Ha; No= Va;

Сечение 1: M1= -Ha*hст;

Сечение 2: M2= -Ha*y2+Va*x2-s*x22/2; Q2=(Va-s*x2)*cosa1-Ha*sina1

N2=(Va-s*x2)*sina1+Ha*cosa1

a1=(90+a)/2=52o; cosa1=0.62; sina1=0.79

Сечение 3: M3=Va*x3-Ha*y3-s*x32/2;

Сечение 4: M4=Va*x4-Ha*y4-s*x42/2

Сечение 5: Q5=Va-s*x2; N5=Ha

Усилия от правосторонней снеговой нагрузки:

Va=Vb=s*L/8; Ha=Hb=

Сечение o: Qo= Ha; No= Va

Сечение 1: M1= -Ha*hст

Сечение 2: M2= -Ha*y2+Va*x2; Q2=Va*cosa1-Ha*sina1; N2=Va*sina1+Ha*cosa1

a1=(90+a)/2=52o; cosa1=0.62; sina1=0.79

Сечение 3: M3=Va*x3-Ha*y3

Сечение 4: M4=Va*x4-Ha*y4

Сечение 5: Q5=Va; N5=Ha

Усилия от двусторонней снеговой нагрузки равны сумме усилий от односторонних снеговых нагрузок. Усилия от собственног веса определяются умножением усилий от двухсторонней нагрузки на отношение этих нагрузок q/s=3.25/7.2=0.45. Полные расчетные усилия равны сумме усилий от двухсторонней снеговой и собственного веса.

Полученные значения сводим в таблицу.

Подбираем сечения и делаем проверку напряжений.

Сечение 2: М=215 кНм; N=134 кН.

Принимаем древесину второго сорта в виде досок сечением после острожки dхb=1.6х19 см2. Расчетное сопротивление древесины при сжатии с изгибом с учетом ширины сечения >13 см, толщины доски 1.6 см: Rc=Rи=12.5 МПа.(см ниже)

Требуемую величину сечения определяем приближенно по величине изгибающего момента, а наличие продольной силы учитываем коэф. 0.7:

 м

Принимаем высоту сечения 92.8 см – 58 досок.

Сечение о: Q=89 кН. Требуемую высоту сечения на опоре определяем из условия прочности на скалывание. Расчетное сопротивление скалыванию для древесины 2-го сорта: Rск=1.5/0.95=1.579 МПа.

Высота опорного сечения: м

Принимаем высоту опорного сечения из 29 досок – bxh=19x46.4 см2.

Высоту конькового сечения принимаем равной hк=464 мм ( 29 досок).

Делаем проверку напряжений при сжатии с изгибом. Изгибающий момент, действующий в центре сечения, находящегося на расстоянии от расчетной оси, равном см, определится по формуле:

М=М2-N2e=0.215-0.232×0.134=0.184 МНм

Расчетные сопротивления древесины 2-го сорта сжатой внутренней кромки Rc с учетом коэффициентов условий работы – высоты сечения mб=0.9, толщины слоев mсл=1.1 и коэф. гнутья mгн(таб.7,8,9 [1]):

rвн=r-e-h/2=300-23.2-92.8/2=230.4 см; rвн/d=230.4/1.6=144; mгн=0.8

Rc=Rc× mб×mсл×mгн/gn=15×0.9×1.1×0.8/0.95=12.51 МПа

Расчетное сопротивление древесины 1-го сорта растянутой наружной кромки:

rн=r-e+h/2=300-23.2+92.8/2=323.2; rн/d=323.2/1.6=202; mгн=0.7

Rp=12× mсл×mгн/gn=12×1.1×0.7/0.95=9.726 МПа

Площадь сечения А, момент сопротивления W, расчетная длина lp=13.77 м, радиус инерции i, гибкость l:

A=b×h=0.19×0.928=0.176 м2;

 м3; r=0.29×h=0.29×0.928=0.269 м;

l= lp/ r=13.77/0.269=51.19.

Коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения полурамы, Кжн=0.07+0.93×ho/h=0.07+0.93×46.4/92.8=0.5.

Коэффициент учета дополнительного момента при деформации прогиба:

Изгибающий момент:

Мд=М/x=0.184/0.688=0.267 МНм.

Коэффициенты Кгв и Кгн к моменту сопротивления при проверке напряжений сжатия во внутренней и растяжения в наружной кромках сечения:

Кгв =(1+0.5×h/r)/(1+0.17×h/r)=(1+0.5×0.928/3)/(1+0.17×0.928/3)= 1.097

Кгн =(1-0.5×h/r)/(1-0.17×h/r)=(1-0.5×0.928/3)/(1-0.17×0.928/3)= 0.892

Моменты сопротвления сечения с учетом влияния выгиба верхней и нижней кромок:

Wн=W×Кгв=0.027×1.117=0.03 м3

Wв=W×Кгн=0.027×0.867=0.024 м3

Напряжения сжатия и растяжения:

< Rc

< Rp

Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы.

Рама закреплена из плоскости в покрытии по наружным кромкам сечений. Внутренняя кромка ее сечений не закреплена. В сечениях рамы действуют в основном отрицательные изгибающие моменты, максимальные в серединах выгибов. При этом верхние наружные зоны сечений рамы являются растянутыми и закрепленными из плоскости, а нижние внутренние зоны сжаты и не закреплены.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования полурамы. Расчетная длина растянутой зоны равна полной длине полурамы lp=13.77 м.

Площадь сечения  A=b×h=0.19×0.8=0.176 м2;

Момент сопротивления  м3

Радиус инерции r=0.29×b=0.29×0.19=0.0551 м

Гибкость l= lp/ r=13.77/0.0551=249.9.

Коэффициент устойчивости из плоскости при сжатии jy=3000/l2=3000/249.92=0.048

Коэффициент устойчивости при изгибе:

jм=140×b2×Kф/ lp×h=140×0.192×1.13/(13.77×0.928)=0.447, где Kф=1.13 – коэффициент формы эпюры изгибающих моментов.

Коэффициенты KпN и KпM, учитывающие закрепление растянутой кромки из плоскости, при при числе закреплений более 4-х следует считать сплошными:

KпN=1+0.75+0.06×(lp/h)2+0.6×ap× lp/h=1+0.75+0.06×(13.77/0.928)2+0.6×1.33×13.77/0.928=26.802

KпM=1+0.142×(lp/h)+1.76×(h/lp)+1.4×ap=1+0.142×(13.77/0.928)+1.76×0.928/13.77+1.4×1.33=5.088

где ap=1.33 – центральный угол гнутой части в радианах.

Проверка устойчивости полурамы:

<1

Устойчивость плоской формы деформирования обеспечена.

Расчет узлов.

Опорный узел решается при помощи стального башмака, состоящего из опорного листа, двух боковых фасонок и упорной диафрагмы между ними, который крепит стойку к опоре. (см. рис.)

Усилия, действующие в узле: N=106 кН, Q=89 кН.

Расчетное сопротивление вдоль волокон Rc=Rc×mб×mсл/gn=15×1×1.1/0.95=17.4 МПа.

Расчетное сопротивление поперек волокон Rcм90=3 МПа.

A=b×hоп=0.19×0.464=0.088 м2

Напряжение смятия вдоль волокон  МПа< Rc

Напряжение смятия поперек волокон  МПа< Rcм90

Расчитываем упорную вертикальную диафрагму на изгиб как балку, частично защемленную на опорах, с учетом пластического перераспределения моментов.

Изгибающий момент: M=Q×b/16=0.089×0.19/16=0.0011 МНм.

Требуемый момент сопротивления: W=M/Rи=0.0011/240=4.58×10-6 м3=4.58 см3

Rи=240 МПа – сопротивление металла изгибу. Примем конструктивно hд=20 см

Толщина листа определится: см – принимаем 1.5 см.

Боковые пластины принимаем тойже толщины:

Абп=20×1.5=30 см2;

W=20×1.52/6=7.5 см3;

N=Q/2=0.089/2=0.0445 МН;

 кН/см2<24 кН/см2.

Башмак крепим к фундаменту двумя анкерными болтами, работающими на срез и растяжение. Сжимающие усилия передаются непосредственно на фундамент.

Изгибающий момент, передающийся от башмака на опорный лист:

М=Q×0.1=0.089×0.1=0.0089 МНм.

Момент сопротивления опорной плоскости башмака:

W=2×b×l2/6=2×9×48.52/6=7056.75 см3, где b=9 см–ширина опорной плоскости башмака, l=48.5 см – длина опорной плоскости башмака.

Сминающие напряжения под башмаком:

s=М/W=890/7056.75=0.13 кН/см2<0.6 кН/см2 – при бетоне В10.

Принимаем болты диаметром 20 мм (Абр=3.14 см2, Ант=2.18 см2).

Для того чтобы срез воспринимался полным сечением болта, устанавливаем под гайками шайбы толщиной 10 мм. Усилия в болтах определяются по следующим формулам:

растягивающие усилие, приходящееся на один болт:

Np=M/(2/3×2×l)=890×3/(4×48.5)=13.76 кН

срезающее усилие:

Ncp=Q/2=44.5 кН.

Напряжения растяжения в пределах среза:

s=Np/Ант=13.76/2.18=6.3<0.8×R=0.8×24=19.2 кН/см2.

Напряжения среза:

s=Nср/Абр=44.5/3.14=14.17<R=15 кН/см2.

Коньковый узел решаем с помощью деревянных накладок и болтов. На накладки толщиной а=10 см действует поперечная сила от односторонней снеговой нагрузки:

Q=18.9 кН

Усилие, передающееся на второй ряд болтов:

N2=Q/(e2/e1-1)=18.9/(92/28-1)=8.3 кН, где e2=92 см – расстояние между вторыми рядами болтов, e1=28 см – расстояние между болтами.  

Усилие передающееся на первый ряд болтов:

N1= Q/( 1-e1/e2)=18.9/(1-28/92)=27.17 кН.

Принимаем болты 22 мм.

Несущая способность в одном срезе болта при изгибе:

Ти=(1.8×d2+0.02×a2)×=(1.8×2.22+0.02×102)×=7.944 кН<2.5×d2×=8.974 кН;

ka=0.55 (таб. 19[1]).

При смятии древесины:

Та=0.8×а×d×ka=0.8×10×2.2×0.55=9.68 кН

Тс=0.5×b×d×ka=0.5×19×2.2×0.55=11.495 кН

Тmin=9.68 кН

Число двухсрезных болтов в первом ряду:

n1=N1/(Тmin×ncp)=27.17/(9.68×2)=1.5 – принимаем 2 болта

Число двухсрезных болтов во втором ряду:

N2=N2/(Тmin×ncp)=8.3/(9.68×2)=0.43 – принимаем 1 болт

Смятие торцов полурамы под углом a=14о02` к продольным волокнам:

Расчетное сопротивление по углом:

 кН/см2

 кН/см2<Rсмa.

Проверяем накладки на изгиб:

М=Q×(l1-l2)=18.9×14=264.6 кНсм

Напряжение в накладке:

s=М/Wнт=264.6/3022=0.088 кН/см2<Rи=1.4/0.95=1.47 кН/см2

см3.

Расчет трехслойной навесной панели с обшивкой из алюминия и средним слоем из пенопласта g=1 кН/м3 с пустотами. Обрамление отсутствует. Боковые кромки пенопласта покрыты защитной мастикой. Собственный вес панели q=0.2 кН/м2. Нормальная ветровая нагрузка wo=0.23 кПа, аэродинамический коэффициент 0.8. Длина 6 м l, ширина 1.18 b м, толщина обшивки d=0.001 м, толщина утеплителя с=0.15 м.

Нагрузка на один погонный метр от собственного веса панели:

qн=0.2×1.18=0.24 кН/м

q=0.24×1.1=0.264 кН/м

ветровая:

wн=wo×c×k=0.23×0.8×0.5=0.092 кН/м

w=0.092×1.2=0.11 кН/м

При расчете горизонтально расположенных навесных стеновых панелей следует иметь в виду, что нагрузки от собственного веса и ветрового давления изгибают панель в разных плоскостях, поэтому наибольшее напряжение в обшивке надо определять с учетом косого изгиба, общее напряжение получится суммированием напряжений от сил действующих в разных плоскостях.

 кНм

м3

 кПа

Нормальные напряжения в обшивке от ветровой нагрузки:

 кПа

s=sх+sy=645.65+69.45=715.1 кПа<140000 кПа

Сдвигающие напряжения в пенопласте:

 кПа<10 кПа

bск=1.18-11×0.07=0.41 м – общая ширина плоскости сдвига за вычетом отверстий.

м

Мероприятия и способы продления срока службы деревянных конструкций.

Наряду со строительством новых, общественных и производственных зданий и сооружений одной из важнейших задач является задача сохранения существующих, среди которых значительная часть содержит деревянные несущие и ограждающие конструкции. Правильная эксплуатация зданий и сооружений обеспечивает их исправное состояние, т.е. сохранность и безотказную работу деревянных и других конструкций в пределах не менее нормативного срока службы, а во многих случаях позволяет значительно увеличить срок их службы. Нормальными условиями эксплуатации являются такие, при которых деревянные конструкции не повреждаются, нагрузки, действующие на них, не превосходят их несущей способности, а температура и влажность не превышают допустимых. При нарушении этих условий деревянные конструкции могут преждевременно потерять свою несущую способность и жёсткость.

Тщательный осмотр деревянных конструкций должен быть произведён при приёмке их в эксплуатацию и в дальнейшем повторяться периодически, не реже одного раза в год.

Важную роль в продлении срока службы играет преждевременная защита деревянных строительных конструкций и деталей от увлажнения, поражения деревоокрашивающими и дереворазрушающими грибами, поражения насекомыми – вредителями, а также от механических повреждений. Защита от увлажнения может быть обеспечена покраской поверхностей соответствующими влагозащитными лакокрасочными материалами. Их наносят в жидком виде тонким слоем кистью или опрыскивателем на поверхность эксплуатируемой деревянной конструкции или детали. Толщина слоя лакокрасочного покрытия должна составлять 100-250 мкм в зависимости от условий эксплуатации, а также от вида защитного  материала. Для борьбы с биовредителями осуществляют газовую дезинфекцию деревянных конструкций и элементов (фумигация) или обработку древесины горячим воздухом. Древесину обрабатывают горячим воздухом, подавая его в закрытое помещение, чаще всего в чердачное помещение. Древесина в течение часа должна быть подогрета так, чтобы внутри её была достигнута температура, при которой наступает гибель соответствующего вида биовредителя. Температурно-влажностный режим имеет решающее значение для долговечности деревянных конструкций, поскольку его нарушение ведет к увлажнению и загниванию или перегреву и ослаблению древесины. Для защиты деревянных конструкций и элементов, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности или если сама древесина имеет высокую влажность, применяют антисептические пасты диффузионного действия, содержащие антисептик (фтористый натрий, бура) и связующие материалы (каменноугольные лаки, экстракты сульфитных щёлоков, латексы, поливинилацетатные эмульсии).

В первые годы эксплуатации конструкций происходит процесс обмятия нагруженных поверхностей соединений, а в конструкциях повышенной влажности, - также усушка, уменьшение размеров элементов.

В результате этого плотность и монолитность соединений могут  быть нарушены, болты могут потерять первоначальное натяжение, появляются щели и зазоры между соединяемыми элементами. Ослабевшие болты должны быть обязательно подтянуты и первоначальная плотность восстановлена. Необходимо учитывать, что в большинстве случаев причиной аварийного состояния некоторых деревянных конструкций были неудовлетворительное качество соединений, наличие перегрузки конструкций и их недостаточного горизонтального закрепления, наличие недопустимых прогибов и выхода из плоскости. Перегрузка конструкций, особенно постоянной нагрузкой, значительно снижает надёжность их работы и сроки их нормальной эксплуатации, поскольку длительная прочность древесины значительно ниже кратковременной. При осмотрах конструкций необходимо строго следить, чтобы фактические действующие на конструкции нагрузки не превышали проектных. Таким образом, долговечность конструкций из дерева во многом зависит от преждевременной защиты от различных видов повреждений и правильного ухода за конструкцией.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.СНиП II-25-80 Деревянные конструкции.

2.СНиП II-3-79  Строительная теплотехника.

3.СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.

4.СНиП II-23-81 Стальные конструкции.

5. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для ВУЗов. Под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В.Слицкоухова.- 5-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1986.-543с., ил.

 6. Зубарев Г.Н., Лялин И.М. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб.пособие для студентов ВУЗов.-М.: Высш. школа, 1980.-311 с., ил.

7. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования: Учеб.пособие для ВУЗов / Ю.В.Слицкоухов, И.М. Гуськов, Л.К. Ермоленко и др.; Под ред. Ю.В.  Слицкоухова.- М.: Стройиздат, 1991.- 256с.:ил.

8. Методические указания. Методическое пособие по курс.проект.конструкций из дерева. Автор: Борисова И.С. Кострома: изд.КГСХА, 1999 г.-76 с.: ил.

Страницы: 1, 2