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:

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №1 - открытая онлайн библиотека

L – пролет балки;

i – уклон верхнего пояса балки;

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №2 - открытая онлайн библиотека - 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:

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №3 - открытая онлайн библиотека , где

Rр – расчетное сопротивление растяжению древесины 1-го сорта.

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

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №4 - открытая онлайн библиотека , где

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

Rc – расчетное сопротивление сжатию древесины 2-го сорта.

2. Проверка фанерной стенки в опасном сечении на растяжение.

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №5 - открытая онлайн библиотека , где

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

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

Rрф – 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 Iпр и статический момент Sпр) на уровне внутренней кромки растянутого пояса, приведенные к фанере.

Проверка производится по формуле (45) [1]:

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №6 - открытая онлайн библиотека , где

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №7 - открытая онлайн библиотека - соответственно нормальные и касательные напряжения в стенках от изгиба на уровне внутренней кромки поясов

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №8 - открытая онлайн библиотека

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №9 - открытая онлайн библиотека , где

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

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №10 - открытая онлайн библиотека и Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №11 - открытая онлайн библиотека - приведенные геометрические характеристики для выбранного сечения балки;

hст – высота стенки в выбранном сечении балки;

Σδф – суммарная толщина фанерных стенок;

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

α – угол, определяемый из зависимости

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №12 - открытая онлайн библиотека .

4. Проверка местной устойчивости фанерной стенки.

Проверка выполняется для сечения в середине опорной панели балки при условии hстф > 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]:

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №13 - открытая онлайн библиотека , где

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №14 - открытая онлайн библиотека - соответственно нормальные и касательные напряжения в стенках от изгиба на уровне внутренней кромки поясов в расчетном сечении (середина опорной панели балки);

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

δ – толщина фанерной стенки;

hст. – высота стенки в расчетном сечении;

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

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.

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №15 - открытая онлайн библиотека , где

Qmax – максимальное значение поперечной силы;

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №16 - открытая онлайн библиотека и Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №17 - открытая онлайн библиотека - статический момент и момент инерции опорного сечения, приведенные к фанере;

Rф.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.

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №18 - открытая онлайн библиотека , где

Σhш – суммарная длина вертикальных швов между поясами и стенкой;

Rф.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:

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №19 - открытая онлайн библиотека

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. Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №20 - открытая онлайн библиотека

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. Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №21 - открытая онлайн библиотека

Зная зависимость гибкости от расчетной длины

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №22 - открытая онлайн библиотека

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

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №23 - открытая онлайн библиотека

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

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №24 - открытая онлайн библиотека Рис.1

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №25 - открытая онлайн библиотека Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №26 - открытая онлайн библиотека

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

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №27 - открытая онлайн библиотека и Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №28 - открытая онлайн библиотека

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №29 - открытая онлайн библиотека и Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №30 - открытая онлайн библиотека

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

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №31 - открытая онлайн библиотека Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №32 - открытая онлайн библиотека

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-):

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №33 - открытая онлайн библиотека Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №34 - открытая онлайн библиотека

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.

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий - №35 - открытая онлайн библиотека Рис.2