Сбор нагрузок и определение расчетных усилий

Сбор нагрузок осуществляется так же как и для дощатоклееных. В двускатных балках расстояние от опоры до сечения с максимальными напряжениями (опасное сечение) находится по формуле:

L – пролет балки;

i – уклон верхнего пояса балки;

- высота балки на опоре по осям поясов.

Расчет клеефанерных балок

Расчет клеефанерных балок производят с учетом совместной работы дощатых поясов и фанерных стенок без учета податливости соединений. Расчет производят по методу приведенного сечения по указаниям СП 64.13330.2017 в части особенностей расчета клееных элементов на фанеры с древесиной. При этом значения модуля упругости фанеры вдоль волокон наружных слоев по табл. 11 [1] следует повышать на 20 %.

1. Проверка поясов на действие нормальных напряжений.

Расчет клеефанерных балок производят с учетом работы фанерной стенки на нормальные напряжения. Однако необходимо иметь в виду, что основная доля нормальных напряжений воспринимается поясами. Поэтому при определении напряжений надо сравнивать их с расчетным сопротивлением древесины сжатию и растяжению, а не изгибу, как это делалось в дощатоклееных балках.

Проверка нормальных напряжений в поясах производят в сечениях, где они достигают максимальной величины. Т.е. в балках с параллельными поясами – в середине пролета, а в двускатных - в сечении на расстоянии «х» от опоры.

Нижний пояс проверяется на растяжение:

, где

R_р – расчетное сопротивление растяжению древесины 1-го сорта.

Верхний пояс проверяется на сжатие с учетом его устойчивости из плоскости балки:

, где

φ_y – коэффициент продольного изгиба сжатого пояса, при определении которого расчетная длина принимается равной расстоянию между точками раскрепления его продольными ребрами плит покрытия;

R_c – расчетное сопротивление сжатию древесины 2-го сорта.

2. Проверка фанерной стенки в опасном сечении на растяжение.

, где

К_ф = 1,2 – коэффициент, повышающий модуль упругости фанеры на 20%;

M_ф = 0,8 – коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры, стыкованной «на ус», при работе ее на изгиб в плоскости листа;

R_рф – расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев шпона.

В формулу вводится отношение модулей упругости фанеры к древесине, т.к. момент сопротивления вычислен с приведением к древесине.

3. Проверка фанерной стенки на действие главных растягивающих напряжений.

Такая проверка при сосредоточенных нагрузках на балку производится под ближайшей к опоре силой, а при любых других нагрузках – в зоне первого от опоры стыка фанерных стенок.

Для указанного сечения вычисляются внутренние усилия (М^/ и Q^/) и высота поперечного сечения (для двускатных балок), а также геометрические характеристики (момент инерции I_пр и статический момент S_пр) на уровне внутренней кромки растянутого пояса, приведенные к фанере.

Проверка производится по формуле (45) [1]:

, где

- соответственно нормальные и касательные напряжения в стенках от изгиба на уровне внутренней кромки поясов

, где

M^/ и Q^/ - внутренние усилия в выбранном сечении балки;

и - приведенные геометрические характеристики для выбранного сечения балки;

h_ст – высота стенки в выбранном сечении балки;

Σδ_ф – суммарная толщина фанерных стенок;

R_фр – расчетное сопротивление фанеры растяжению под углом «α» к волокнам наружных слоев, определяемое по графику рис. 17 прил. 5 [1].

α – угол, определяемый из зависимости

.

4. Проверка местной устойчивости фанерной стенки.

Проверка выполняется для сечения в середине опорной панели балки при условии h_ст/δ_ф > 50. Для этого необходимо предварительно вычислить:

- длину опорной панели расстояние между ребрами жесткости в свету «а»;

- расстояние от центра расчетного сечения до оси опоры;

- высоту фанерной стенки в расчетном сечении;

- момент инерции и статический момент для расчетного сечения, приведенные к фанере;

- изгибающий момент и поперечную силу для расчетного сечения.

Расчет следует производить по формуле (48) [1]:

, где

- соответственно нормальные и касательные напряжения в стенках от изгиба на уровне внутренней кромки поясов в расчетном сечении (середина опорной панели балки);

К_n и К_τ – коэффициенты, которые определяются по таблицам рис. 18 и рис. 19 прил. 5 [1];

δ – толщина фанерной стенки;

h_ст. – высота стенки в расчетном сечении;

h_расч. – расчетная высота стенки, которую следует принимать равной «h_ст.» при расстоянии между ребрами а≥h_ст. и равной «а» при а<h_ст..

Кроме сечения в середине опорной панели указанную проверку необходимо выполнить для опасного сечения с максимальными напряжениями изгиба.

5. Проверка фанерных стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси.

, где

Q_max – максимальное значение поперечной силы;

и - статический момент и момент инерции опорного сечения, приведенные к фанере;

R_ф.ср. – расчетное сопротивление фанеры срезу перпендикулярно плоскости листа по табл. 10 [1].

6. Проверка фанерных стенок в опорном сечении на скалывание по вертикальным швам между поясами и стенкой.

, где

Σh_ш – суммарная длина вертикальных швов между поясами и стенкой;

R_ф.ск. – расчетное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа по табл. 10 [1].

7. Проверка прогиба от действия нормативной нагрузки.

Прогиб клеефанерных балок определяется как и для дощатоклееных балок с учетом коэффициента, учитывающего влияние переменности высоты сечения, и коэффициента, учитывающего влияние деформаций сдвига от поперечной силы. При это вычисляется момент инерции сечения в середине пролета, приведенный к древесине, и учитывается модуль упругости древесины.

Приложение 1

Номинальные размеры пиломатериалов хвойных пород по ГОСТ 24454-80

Толщина мм	Рекомендуемая ширина, мм
					-

Приложение 2

Сортамент горячекатаных арматурных стержней периодического профиля (по ГОСТ 5781-82*)

Номинальный диаметр мм	Площадь сечения см2	Масса 1 п. м стержня кг	Выпускаемые диаметры для классов стали
A-II	A-III	A-IV
	0,28	0,22		+
	0,32	0,30		+
	0,50	0,39		+
	0,60	0,50		+
	0,79	0,62	+	+	-
	1,13	0,89	+	+	+
	1,54	1,21	+	+	+
	2,01	1,58	+	+	+
	2,55	2,00	+	+	+
	3,14	2,40	+	+	+
	3,80	2,98	+	+	+
	4,91	3,85	+	+	+
	6,10	4,83	+	+	+
	8,04	6,31	+	+	+
	10,18	7,99	+	+
	12,50	9,87	+	+
	15,90	12,50	+	+

Литература

Основная.

1. СП 64.13330.2017. Нормы проектировании. Деревянные конструкции. М.: Росстандарт, 2017.

2. СП 20-13330.2016. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия. М.: Росстандарт, 2016.

Дополнительная.

3. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1986 – 216 с.

4. 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 – 256 с.

5. Проектирование и расчет деревянных конструкций. Справочник / И.М. Гринь, В.В. Фурсов, Д.М. Бабушкин и др.; Под ред. И.М. Гриня - К.:Будивельнык, 1988 – 240 с.

6. Кормаков Л.И., Валентинавичюс А.Ю. Проектирование клееных деревянных конструкций. – К.:Будивельник 1983 – 152 с.

СОДЕРЖАНИЕ (часть 4)

I. Конструирование колонн ………………………………………………………………

II. Сбор нагрузок …………………………………………………………………………..

III. Определение расчетных усилий ………………………………………………………

IV. Проверка прочности колонны …………………………………………………………

V. Расчет узла сопряжения колонны с фундаментом …………………………………..

VI. Пример расчета дощатоклееной колонны ……………………………………………

Литература ………………………………………………………………………………………

Приложение 1. Номинальные размеры пиломатериалов хвойных пород ………………….

Приложение 2. Сортамент горячекатанных арматурных стержней периодического

профиля ……………………………………………………………………….

Приложение 3. Болты и тяжи с шестигранными головками …………………………………

КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОНН.

Для колонн проектируемого здания используются клеедеревянные стойки постоянного по высоте колонн прямоугольного сечения. Колонны располагают большими размерами сечений в плоскости поперечной рамы здания. Размеры сечения колонн подбираются методом последовательного приближения на воздействие расчетных усилий, задаваясь в рекомендуемых пределах значениями ширины и высоты сечения.

В плоскости поперечной рамы здания колонна рассматривается как стойка с нижним жестко защемленным и верхним свободным концом. При этом расчетная длина определяется по формуле:

Из плоскости рамы (т.е. направлении вдоль здания) колонна рассматривается как стойка с нижним и верхним шарнирно закрепленными концами. При этом расчетная длина принимается равной расстоянию между узлами вертикальных связей, поставленных по колоннам в плоскости продольных стен.

Если при компановке конструктивной схемы здания была использована крестовая схема вертикальных связей по колоннам с горизонтальной распоркой только по верху колонн, то в этом случае расматривается устойчивость всей колонны, те.

Если была использована крестовая схема с дополнительной горизонтальной распоркой по середине высоты колонны, то рассматривается устойчивость только ее нижней половины, как наиболее нагруженной, т.е.

Зная зависимость гибкости от расчетной длины

можно, задавшись гибкостью, определить размеры поперечного сечения колонны. Радиус инерции сечения «r» зависит от площади «А» и момента инерции «I» поперечного сечения.

Радиус инерции прямоугольных сечений с размерами «b» и «h» можно принимать равными

Рис.1

Гибкость сжатых элементов ограничивается с тем, чтобы они не получились недопустимо неустойчивыми и недостаточно надежными. Предельная гибкость для колонны принимается

по п.4.22 [1], а при подборе размеров поперечного сечения целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда при l=100 и распорках, располагаемых по верху колонн

и

и

Фактические размеры назначают с учетом сортамента пиломатериалов. Компоновку двутаврового сечения колонн производят из тех же условий, что и для балок (см. раздел 2).

СБОР НАГРУЗОК

При расчете колонн учитывется три вида нагрузок:

1 – вертикальная постоянная (нагрузка от веса покрытия и собственного веса);

2 – вертикальная временная (снеговая);

3 – горизонтальная временная (ветровая нагрузка).

При выполнении курсового проекта можно пренебречь в запас прочности нагрузкой от веса стенового ограждения ввиду ее малости. Нагрузка от веса покрытия и снеговая нагрузка, действующая на поперечную раму проектируемого здания уже собраны при расчете балки покрытия (величина «q» в разделе 3.2). На колонны эта нагрузка будет передаваться в виде сосредоточенных сил. Для получения их значения нгрузку «q» умножают на величину грузовой площади

А – грузовая площадь;

b – шаг несущих конструкций;

L – прлет здания

Нагрузку от собственного веса можно подсчитать, вычислив объем колонны и умножив на средний объемный вес древесины (можно принять по прил. 3 [1]).

Нагрузку на колонну от ветра следует определять в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». Согласно п.6.3 и 6.4 вначале определяют нормативное значение ветрового давления «u₀».

Далее по п. 6.5 определяется коэффициент «к», учитывающий изменение скоростного напора в зависимости от высоты. При выполнении проекта можно условно принять тип местности «С». Зная «u» и «к», определяют ординаты эпюры скоростного напора по высоте.

С учетом коэффициента надежности по нагрузке, определяемого по п. 6.11, и аэродинамического коэффицента «с», определяемого по п. 6.6, получают расчетные значения ветровой нагрузки для активного давления (u⁺) и пассивного давления (u^-):

b – шаг несущих конструкций.

Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы. Расчетная схема рамы показана на рис. 2.

Рис.2