КД Покрытие по треугольным металло-деревянным фермам с клееным верхним поясом

Лист 1..cdw

Принятые обозначения:
КФ - Колонна фахверковая;
ОБ - Обвязочная балка;
ВС - Вертикальная связь;
ГС - Горизонтальная связь;
СП - Стеновая панель.
для крепления прогона
ННГАСУ-08.03.01-2022-КД
Покрытие по треугольным
металлодеревянным фермам
Монтажная схема каркаса
расчётная схема прогонов
расчётная схема настила
Расчётная схема прогонов
Расчётная схема настила

Лист 2..cdw

Все деревянные элементы изготавливать из древесины - ели
и 3 сортов с влажностью 20% для всей древесины.
Металичесские детали изготавливать из стали С245
Защитную обработку деревянных элементов ппроизводить
после выборки гнёзд
сверления отверстий.
Деревянные элементы ферм окрасить эмалью ПФ-115 за 2 раза.
Торцы элементов обмазать герметиком У-30м.
Металические детали окрасить за 2 раза пентафталевой эмалью
ПФ115 по грунтовке.
ННГАСУ-08.03.01-2022-КД
Покрытие по треугольным
металлодеревянным фермам
Расчетная схема фермы
Ведомость пиломатериалов на изделия

Записка.docx

Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра строительных конструкций
по деревянным конструкциям
Покрытие по треугольным металло-деревянным фермам
с клееным верхним поясом
Расчёт и конструирование покрытия по треугольным металлодеревянным фермам с клеёным верхним поясом 3
1. Задание на проектирование .. 3
2. Выбор конструктивного решения покрытия .4
3. Расчет рабочего настила в покрытии .5
3.1. Древесина ее влажность и расчетные сопротивления ..5
3.2. Сбор нагрузок на настил .. 5
3.3. Расчет рабочего настила на первое сочетание нагрузок от нормальной составляющей нагрузки ..9
3.4. Расчет рабочего настила на второе сочетание нагрузок от нормальной составляющей нагрузки 10
4. Расчет прогонов покрытия 11
4.1. Выбор сорта влажности и расчетных сопротивлений древесины .11
4.2. Сбор нагрузок на прогоны . .11
5. Подбор предварительного сечения колонны 17
6. Расчет и проектирование треугольной металлодеревянной фермы с клееным верхним поясом .18
6.1. Определение общих размеров фермы 18
6.2. Выбор сорта влажности и расчетных сопротивлений древесины типа и марки клея .19
6.3. Определение нагрузок 21
6.4. Определение усилий в элементах фермы .23
6.5. Подбор сечений деревянных элементов фермы ..26
6.6. Выбор марок сталей для стальных элементов фермы расчётных сопротивлений стали и сварных соединений .31
6.7. Подбор сечения стальных элементов фермы 32
6.8. Расчёт узлов фермы 34
Мероприятия по защите деревянных конструкций от
возгорания и гниения 42
Расчёт и конструирование покрытия по треугольным металлодеревянным фермам с клеёным верхним поясом
1. Задание на проектирование
Рассчитать и сконструировать покрытие однопролетного здания складского назначения. Здание каркасное с размерами в плане по разбивочным осям 40×17 м. Здание неотапливаемое. Колонны деревянные клеёные. Шаг колонн вдоль здания 4 м. Привязка колонн к продольной оси здания нулевая. Высота помещения от пола до низа несущих конструкций покрытия составляет 54 м. Несущие конструкции покрытия треугольные металлодеревянные фермы с клееным верхним поясом. Кровля - из гибкой черепицы уложенной по двойному настилу который устраивается по спаренным прогонам. Материал деревянных конструкций – ель 2 и 3 сорта. Участок строительства защищен от прямого воздействия ветра. Район строительства – город Уфа Республики Башкортостан. Класс условий эксплуатации – 4а по СП 64.13330.2017. Коэффициент надёжности по ответственности здания γn=10 по СТО 36554501-014-2008.
Схема поперечного разреза здания приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1. Схема поперечного разреза здания.
Рисунок 1.2. Схема сплошного двойного дощатого настила по спаренным прогонам.
2. Выбор конструктивного решения покрытия
В качестве несущих конструкций покрытия рассмотрены треугольные металлодеревянные фермы с клееным верхним поясом. Фермы опираются на колонны выполненные из клеёной древесины. По фермам укладываются неразрезные спаренные прогоны из двух досок поставленных на ребро со стыками в разбежку и скрепленных между собой по всей длине гвоздями. По прогонам укладывается сплошной рабочий настил из досок сечение которых принимается равными 25×100 мм согласно существующему сортаменту пиломатериалов по ГОСТ 24454-80 (Приложения 1). К рабочему настилу прибиваются доски сплошного защитного настила сечением 25×100 мм. Защитный настил является основанием под кровлю из гибкой черепицы. Доски защитного настила прибиваются к рабочему под углом 45°. Такой настил образует жесткую пластину в плоскости крыши обеспечивающую неизменяемость покрытия. Ниже приведен расчет покрытия по дощатому настилу.
3. Расчет рабочего настила в покрытии
3.1. Древесина ее влажность и расчетные сопротивления
Согласно заданию и рекомендациям СП 64.13330.2017 (п.4.2) для настила использована древесина - ель третьего сорта по ГОСТ 8486. Класс условий эксплуатации – 4а по СП 64.13330.2017 (Неотапливаемое помещение мокрой зоны). Для этих условий максимально допустимая влажность естественной древесины составляет 20%. Расчетные сопротивления древесины ели 3-го сорта назначаются согласно примечаниям 5 к таблице 3 [1] то есть 13 МПа.
3.2. Сбор нагрузок на настил
Согласно СП 64.13330.2011 расчету подлежит только рабочий настил. В данном случае это сплошной настил. Расчетная полоса обычно принимается шириной bн=10 м. Расчетная схема принимается в виде двухпролетной неразрезной балки с пролетами равными расстоянию между прогонами Bпр (шаг прогонов). В двойных настилах защитный настил не рассчитывается его задача заключается только в распределении нагрузки на доски рабочего настила и обеспечении жесткости в плоскости ската кровли. Для определения угла наклона кровли зададимся высотой фермы назначая ее из условия ее жесткости с учетом допустимого уклона кровли принимаемого в зависимости от вида кровельного слоя и строительного подъёма. Принимаем высоту фермы h = 2100 мм что соответствует конструктивному требованию для металлодеревянных ферм с клееным верхним поясом которое рекомендует минимальную высоту ферм равной:
Определим угол наклона верхнего пояса к горизонту через его тангенс:
tgα = ; α = 1412о; s cosα = 0969787.
Рисунок 1.3. К расчету на первое сочетание нагрузок.
Согласно п.8.16 [1] настилы рассчитываются на следующие два сочетания нагрузок:
-ое сочетание - постоянная и временная от снега (расчет на прочность и прогиб) (рис.2.3);
-ое сочетание - постоянная и временная от сосредоточенного груза Р = 1 кН (100 кгс) с умножением последнего на коэффициент учитывающий кратковременность монтажной нагрузки определяемый по табл. 6 [1] mn = 12 (расчет только на прочность).
Подсчет нагрузок на настилы производится в соответствии со СП 20.13330.2016 “Нагрузки и воздействия” [2]. Нормативное значение снеговой нагрузки на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяется по формуле:
S = ce*ct* *Sg = 1 * 1 * 1 * 2450 = 2450 Нм2
где = 10 – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие в соответствии с п.10.4 и приложением Б [2]; ce – коэффициент учитывающий снос снега с покрытия здания принимаемый в соответствии с п.10.5[2];
ct – термический коэффициент принимаемый в соответствии с п.10.10[2];
γf – коэффициент надежности по нагрузке равный 14 для снеговой нагрузки (п.10.12[2]); Sg – веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли для г. Уфа по приложению К[2]
Полное расчетное значение снеговой нагрузки определяется умножением расчетного значения на коэффициент надежности по нагрузке fγ равный 14 для снеговой нагрузки (п.10.12[2]);
S = S0* γf = 2450 * 14 = 3430 Нм2
Сбор нагрузок на настил производится в табличной форме (таблица 1.1)
Сбор нагрузок на настил
Конструктивные элементы
Гибкая черепица (катепал) по
Защитный настил из досок толщиной з.н.=25 мм.
з.н. · · g = 0025 · 600 · 10
Рабочий настил из досок толщиной р.н.=25мм.
р.н. · · g = 0025 · 600 · 10
Итого постоянная нагрузка на
Итого нормальная составля- ющая постоянной нагрузки к плоскости покрытия:
Полное значение снеговой
Итого нормальная составля- ющая снеговой нагрузки к плоскости покрытия
Полное значение длительной доли нормальной составля- ющей нормативной нагрузки gдл.н gн к Sн
7311+2304192·07 = 2020245
В п. 1.1 - 60Па – вес одного слоя кровельного материала;
В п. 1.2 и 1.3 = 600 кгм3 – плотность древесины ели согласно приложению Г для класса эксплуатации 4а[1]
з.н.- толщина досок защитного настила; р.н. – толщина досок рабочего
3.3. Расчет рабочего настила на первое сочетание нагрузок от нормальной составляющей нагрузки
Полная линейная расчетная нагрузка на рабочий настил
g1 = (S+gп)*bn*γn = (3225869+471316)*10*10 = 3697185 Нм
где: γn =10 - коэффициент надежности по ответственности принимаемый по табл. 2 ГОСТ 27751-2014
Принимаем шаг расстановки прогонов Впр = 10 м. Тогда расчетный изгибающий момент в настиле от первого сочетания нагрузок составит
Геометрические характеристики поперечного сечения рабочего настила шириной bн = 100 см и толщиной р.н. = 25 см:
момент сопротивления
Проверка прочности настила по нормальным напряжениям
= 444 Мпа Ru = 195 * 066*085*08 = 875 МПа
где: Ru = 195 МПа – расчетное сопротивление изгибу для элементов настила под кровлю из древесины 3-го сорта согласно примечанию 2 табл.3 [1].
Полная линейная нормативная нагрузка на рабочий настил
gн = gдл.н. * * γn = 2020245 * 10 * 10 = 2020245 Нм.
Прогиб настила определяется как для двухпролетной неразрезной балки из выражения:
где: Е = 1010 Па – модуль упругости древесины при расчете конструкций по предельному состоянию второй группы согласно п. 5.3 [1]. При расчете по прогибам должно выполняться условие
где: u – предельно допустимый прогиб определяемый по табл. Д1 [2].
u = - предельный прогиб для пролета равного 10 м
Таким образом жесткость и прочность рабочего настила от первого сочетания нагрузок обеспечена.
3.4. Расчет рабочего настила на второе сочетание нагрузок от нормальной составляющей нагрузки
При двойном настиле сосредоточенный груз принимается распределенным на ширину 05 м; на полосу шириной 10 м формально действовала бы нагрузка в два раза больше т.е.
Расчетная линейная нагрузка на 1 п.м. настила от действия только постоянной нагрузки:
g2 = gп*bн* γn = 471316 *1 *1 = 471316 Нм
Расчетный изгибающий момент в настиле от второго сочетания нагрузок определяется по формуле:
M2 = 00703 * g2* + 0207 * * = 00703 * 471316 * 12 + 0207 * 2400 * 1 = 529934 Нм.
Ru = 195 * 08 * 085 * 08 = 10608 МПа
Прочность настила от второго сочетания нагрузок обеспечена.
4. Расчет прогонов покрытия
4.1. Выбор сорта влажности и расчетных сопротивлений древесины
Принимаем согласно заданию для прогонов древесину сосны второго сорта по ГОСТ 8486. Класс условий эксплуатации – 4a. Для этих условий максимально допустимая влажность не клееной древесины составляет 20%. Расчетные сопротивления древесины ели 2-го сорта назначаем согласно таблице 3 с учетом необходимых коэффициентов условий работы по п.5.2[1]. Выпишем из таблицы 3 СП 64.13330.2017 табличные значения расчётных сопротивлений перемножим их на коэффициенты условий работы для проектируемых конструкций и сведём их в таблицу 1.2.
Таблица 1.2. – Расчётные сопротивления древесины сосны 2 сорта.
Конструктивные элементы и виды напряженного состояния
Значения табличного расчетного сопротивления
Коэффициенты условий работы
Расчетное сопротивление МПа
Элементы прямоугольного сечения шириной до 11 см при
высоте сечения до 50 см
mдл=066; mв=085; mc.c=08;
4.2. Сбор нагрузок на прогоны.
Неразрезные спаренные прогоны проектируются из двух досок поставленных на ребро со стыками в разбежку расположенными на расстоянии а = 021l от оси опор и рассчитываются по равнопрогибной схеме (рис. 1.4). Здесь
l – пролет прогонов равный шагу ферм В = 40 м.
При расстоянии между прогонами Впр = 10 м линейные нагрузки на прогон составят:
= gн * Bпр* γn = (2304192 + 407311) * 1 * 1 = 2711503 Нм;
gпр = g * Bпр* γn = (3225869 + 471316) * 1 * 1 = 3697185 Нм.
Расчетный (то есть максимальный) изгибающий момент в неразрезных прогонах выполненных по равнопрогибной схеме находится на средних опорах и равен:
На второй от торца здания опоре изгибающий момент при равных пролетах равен:
Рисунок 1.4. Общий вид и расчетная схема спаренных прогонов из досок.
С целью уравнивания моментов на всех опорах уменьшаем крайний пролет до 30 м.
Задавшись толщиной досок прогона b = 75 мм (Приложение 1) по табл.3 [1] определяем расчетное сопротивление древесины ели изгибу которое согласно п.1 табл.3 равно Ru = 875 МПа = 875·106 Па.
Определяем требуемый момент сопротивления поперечного сечения прогона в средних опорах:
Определяем требуемый момент сопротивления поперечного сечения над второй опорой от начала прогона:
Тогда требуемая высота поперечного сечения прогона составит:
Согласно существующего сортамента пиломатериалов по ГОСТ 24454 (Приложение 1) компонуем сечение прогона из двух досок размерами каждая b x hтр = 75 x 175 мм.
Фактический момент инерции полученного поперечного сечения прогона равен
Значение прогиба прогона определяется по формуле:
Согласно табл. Д 1 [2] (см. табл. 1.3) при пролете l = 40 м предельно допустимый прогиб равен
Вертикальные предельные прогибы
Следовательно условие жесткости прогона обеспечено.
Расчетная линейная нагрузка от собственного веса прогона
gсв = 2 * b* hпр * ρ * g * γf = 2 * 0075 * 0175 * 600 * 10 * 11 = 17325 Нм.
Линейная нагрузка на прогон с учетом собственного веса:
97185 + 17325 * cos1412o = 3865201 Нм.
Расчетный изгибающий момент:
Момент сопротивления:
Проверка прочности прогона по нормальным напряжениям с учетом собственного веса:
Прочность прогона обеспечена.
Стыки досок прогона слева и справа от опоры на расстоянии а = 021l осуществляются путем прикрепления свободных торцов досок одного слоя к неразрезной доске другого слоя гвоздями количество которых определяется из условия восприятия половины поперечной силы Qгв в месте стыка определяемой по формуле
где xгв - расстояние от опоры до геометрического центра размещения гвоздей которое принимается равным:
xгв = a – S1 при однорядной расстановке гвоздей
xгв = a – S1 при двухрядной расстановке гвоздей
Здесь dгв – диаметр гвоздя; S1=15dгв – расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины и между осями гвоздей и торцом деревянного элемента при его толщине c ≥ 10d а при c = 4d S1=25dгв. Для промежуточных значений толщины наименьшее расстояние S1 определяется по интерполяции. Принимаем для крепления стыков досок гвозди диаметром dгв= 5 мм длиной lгв=150мм поставленных в один ряд слева и справа от стыка. В данном случае с=10 см > 10d=5 см.
Определяем значения a и xгв:
a = 021 * 4 = 084 м;
xгв = 084 – 15 * 0005 = 0765 м.
Поперечная сила воспринимаемая гвоздями определяется по формуле:
Глубина защемления гвоздя aгв в древесине досок прогона при их одинаковой толщине ( c = b2 = 75 мм ) определяется из следующих условий:
если длина гвоздя lгв = 2с то агв = с – 15dгв – 02 см
если длина гвоздя lгв 2с то агв = lгв – c – 15dгв – 02 см
где 02 см – нормируемый зазор на шов между соединяемыми досками. При этом расчётная длина защемления гвоздя должна быть не менее 4dгв т.е. должно выполнятся условие:
Для условий данного проектного решения lгв = 2*с= 150 мм и следовательно
агв = 75 – 15 * 05 – 02 = 655 см ≥ 4dгв = 4 * 05 = 2 см
Определяется несущая способность одного условного "среза" гвоздя по формулам СП 64.13330.2017 табл. 18 из следующих условий:
Ти = (31 * + 0012 * )*√(mс.с*mдл*mв) = (31 * 052 + 0012 * 6552)* √(08*066*085) = 0864 кН = 864 Н
Ти = (5 * )* √(mс.с*mдл*mв) = (5 *052) *√(08*066*085) = 0837 кН = 837 Н
из условия смятия древесины в более толстых элементах односрезных соединений
= (055 * c * dгв) *mс.с*mдл*mв = (055 * 75 * 05) *08*066*085 = 0926 кН = 926 Н
из условия смятия древесины в более тонких элементах односрезных соединений
агв * dгв) *mс.с*mдл*mв = (15 * 0375 * 655 * 05) *08*066*085 = 0827 кН = 827 Н
Здесь коэффициент кн=0375 определён по таблице 20[1] в зависимости от отношения:
aгвс = 65575 = 087333
В вышеприведенных четырёх формулах по определению несущей способности одного условного среза гвоздя все размеры подставляются в см а результат получается в кН. Расчётная несущая способность гвоздя принимается равной меньшему из всех значений т.е.
Требуемое количество гвоздей по одну сторону стыка определяется по формуле:
Принимаем 5 гвоздей поставленных в один ряд с расстоянием от крайнего ряда гвоздей до кромки доски S3 = 42 мм и расстоянием между осями гвоздей поперёк волокон древесины S2 = 20 мм. Такая расстановка удовлетворяет требованиям п.8.25[1] согласно которого указанные расстояния должны быть не менее 4d т.е:
S2 (S3) ≥ 4 * d = 4 * 05 = 20 см
5. Подбор предварительного сечения колонны
В качестве несущих конструкций покрытия приняты треугольные металлодеревянные фермы с клееным верхним и металлическим нижним поясами. Фермы опираются на клееные деревянные колонны. Размеры поперечного сечения колонн принимаются по предварительным расчетам из условия достижения предельной гибкости λпр=120 из выражения:
где – коэффициент учитывающий закрепление концов колонны значения которого принимаются по п.7.23 [1];
H = 54 м – высота помещения от пола до низа конструкции;
= H = 54 – 02 = 52 м – расчётная длина колонны.
Ширина и высота поперечного сечения колонн назначается с учетом существующего сортамента пиломатериалов по ГОСТ 24454-80 припусков на фрезерование пластей досок перед склеиванием и припусков на фрезерование по ширине клеевого пакета. Принимаем для изготовления колонн 14 досок шириной 175 мм и толщиной 26 мм (32 мм до острожки). Учитывая последующую чистовую острожку боковых граней колонн устанавливаем размеры поперечного сечения:
Рисунок 1.5. Сечение колонны.
6. Расчет и проектирование треугольной металлодеревянной фермы с клееным верхним поясом
6.1. Определение общих размеров фермы
Расчетный пролет фермы l = L – hк = 17000 – 364 = 16636 16640 мм.
Высота фермы назначается из условия ее жесткости с учетом допустимого уклона кровли принимаемого в зависимости от вида кровельного слоя и строительного подъёма.
Строительный подъем для нижнего пояса задаем в соответствии с п.8.3.6 не менее 2 мм
Высота фермы h = 2100 мм (см. п 1.3.2.).
Длина одного ската верхнего пояса
Расчетная длина элементов фермы:
ВД = В’Д’ = (h2fстр)cos α = 980 мм = 098 м.
Геометрическая схема фермы приведена на рисунке 1.6.
Рисунок 2.6. Геометрическая схема фермы
6.2. Выбор сорта влажности и расчетных сопротивлений древесины типа и марки клея
Принимаем для деревянных элементов ферм и связей жесткости древесину хвойных пород – сосновые пиломатериалы второго сорта по ГОСТ 8486 и сортамента по ГОСТ 24454-80.
При нормальной постоянной влажности внутри не отапливаемых помещений температурно-влажностные условия эксплуатации конструкций согласно таблице А [1] –класс 4а. Для этих условий максимальная влажность древесины 20%.
Расчетные сопротивления древесины ели второго сорта назначаем согласно таблице 3 [1] с учетом необходимых коэффициентов условий работы по п.6.9.
Для основных видов напряженного состояния в таблице 1.4 приведены значения расчетных сопротивлений и коэффициентов условий работы.
Таблица 2.4. Расчётные сопротивления древесины сосны второго сорта для элементов фермы
Значения табличных расчетных сопротивлений МПа
Расчетные сопротивления МПа
Клееный верхний пояс шириной свыше 13 см и высотой сечения свыше 13 до 50 см. Сжатие и смятие вдоль волокон
Клееная стойка шириной свыше 13 см и высотой сечения свыше 13 до 50 см. Сжатие и смятие вдоль волокон.
Клееный верхний пояс. Местное смятие поперек волокон в месте примыкания стойки.
6.3. Определение нагрузок
Нормативная поверхностная нагрузка от собственной массы стропильной фермы со связями может быть определена по эмпирической формуле:
Расчетная линейная нагрузка на ферму:
постоянная g = (gп + * γf1)*B = (682 512 + * 11) * 4=3686551 Нм
временная S = S*B = 3430 * 4 = 13720 Нм
где γf1 = 11 - коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки согласно таблице 7.1 [3];
В = 40 м – шаг ферм вдоль здания.
Сбор нагрузок производится на горизонтальную проекцию фермы (таблица 1.5)
Сбор нагрузок на ферму
х 175 мм gпр(Bпр·cosα) =17325 (1·0969787)
Полное значение длительной доли нормативной нагрузки gдл.н gн к Sн
8647 + 2450·07 =2313647
Узловая нагрузка определяется как произведение распределенной равномерной нагрузки с грузовой площади приходящейся на узел которая равна произведению суммы проекций прилегающих полупанелей на шаг ферм. Узловая нагрузка в средних узлах стропильной фермы:
G = g * (432+432)*cosα = 3686551 * (432+432) * 0969787 =
= 15373228 Н = 15373 кН
временная (снеговая):
P = 43 * cosα * S = 43 * 0969787 * 13720 = 57213554 Н = 57214 кН
полная узловая нагрузка:
F = G + P = 15373 + 57214 = 72587 кН.
6.4. Определение усилий в элементах фермы
Усилия в элементах фермы определяются путем построения многоугольника сил (диаграммы Максвелла-Кремоны) от единичной узловой нагрузки расположенной на половине пролета фермы. Полученные значения заносятся в таблицу 1.6. Умножая их на фактические узловые нагрузки (грузовые коэффициенты) находим расчетные усилия в элементах фермы. Опорные реакции от единичной нагрузки определяются из условий трех уравнений статики:
Усилия в элементах фермы можно определить с использованием расчетного комплекса SCAD. Величина продольных сил в элементах фермы может быть получена в табличной или графической форме (рис. 1.8)
Рисунок 1.7. Диаграмма Максвелла-Кремоны. Графический способ определения усилий
Рисунок 1.8. Определение усилий в ПРК SCAD
Таблица 1.6. Усилия в стержнях фермы при различных сочетаниях нагрузок.
Обозначения элементов
Усилия от постоянной узловой нагрузки
снеговой нагрузки Р=57214 кН
6.5. Подбор сечений деревянных элементов фермы
В верхнем поясе действует продольное усилие О1= Н.
q = (g+S) = (3686551 + 13720) = 17406551 Нм.
Для уменьшения положительного момента Мq узлы фермы А В и Б решены с внецентренным приложением продольной силы в результате чего в панелях верхнего пояса возникают отрицательные моменты МN.
Задаёмся сечением верхнего пояса фермы с учётом сортамента на пиломатериалы по ГОСТ 24454-80 из 15 досок 32×225 мм (до фрезерования).
После фрезерования досок по пластям с учётом рекомендаций [8] получим слои толщиной =32– 6=26 мм. Припуски на фрезерование боковых поверхностей элементов длиной до 12 м составляют 15 мм. При этом ширина досок верхнего пояса будет В=225–15=210мм.
Сечение верхнего пояса после механической обработки слоёв по пластям и боковых поверхностей склеенных элементов определится:
b * h = 210 *(15*26) = 210 * 390 мм.
Определим минимальную длину площадок смятия в опорном узле А промежуточном узле В и коньковом узле Б фермы.
Минимальная длина площадки смятия в опорном узле А и промежуточном узле В:
Длина площадок смятия в коньковом узле Б:
Принимая эксцентриситеты сил в узлах верхнего пояса е1 е2 е3 равными между собой и приравнивая напряжение в сечении пояса по середине и по краям панели (задаваясь =075) величину рационального эксцентриситета вычислим по формуле:
Принимаем e = 005 м. При этом длины площадок смятия в каждом узле будут равны 290 мм (рисунок 1.8)
Рисунок 2.8 Определение эксцентриситетов (е1; е2; е3) продольного усилия в верхнем поясе.
Для принятого сечения верхнего пояса 210×390 мм расчётная площадь:
Расчётный момент сопротивления площади сечения определится:
Гибкость пояса в плоскости фермы:
λx = l0 rx =43(0289*0390) = 38151
Проверяем верхний пояс на прочность как сжато-изгибаемый элемент при полном загружении его постоянной и временной снеговой нагрузкой по формуле:
Здесь Rс = 10603 МПа – расчетное сопротивление древесины второго сорта сжатию согласно таблице 3[1] .
Рисунок 1.9. Расчетная схема верхнего пояса фермы
Величина Мд в соответствии с расчётной схемой приведённой на рисунке 1.9 определяется из выражения:
т.е. условие прочности выполняется.
При одностороннем загружении снегом слева продольное усилие в верхнем поясе О1= 360500 Н.
Изгибающий момент от продольной силы равен:
MN = 360500*005= 18025 Нм.
Напряжение в верхнем поясе определится по формуле:
Согласно п. 8.24. [1] в клееных сжато-изгибаемых элементах допускается сочетать древесину двух сортов используя в крайних зонах на высоте поперечного сечения не менее 017h более высокий сорт пиломатериала. Ввиду малой высоты сечения принимаем все сечение из древесины 2 сорта.
Компоновка поперечного сечения панелей верхнего пояса показана на рисунке 1.10.
Рисунок 2.10. Компоновка поперечного сечения верхнего пояса фермы.
Расчёт панелей верхнего пояса фермы на устойчивость плоской формы деформирования не производим по двум причинам: во-первых прогоны связывают последние по всей длине и раскрепляют сжатую кромку; а во-вторых соотношение высоты и ширины сечения меньше 50.
Сама конструкция покрытия состоящая из прогонов и двойного дощатого настила является геометрически неизменяемой системой.
Ширину поперечного сечения стойки принимаем равной ширине верхнего пояса – 210 мм.
Из условия смятия древесины поперёк волокон определим высоту сечения стойки:
где Rсм 90 = МПа – расчётное сопротивление древесины смятию поперёк волокон в узловых примыканиях элементов.
Принимаем сечение стойки 210×(6·26)=210×156 мм.
Для принятого сечения стойки 210×156 мм площадь сечения:
Fрасч = 0210·0156 = 00328 м²
= 1 – 08 * (λ100)2 = 1 – 08 * (21737100)2 = 0962.
Проверяем стойку на устойчивость:
6.6. Выбор марок сталей для стальных элементов фермы расчётных сопротивлений стали и сварных соединений
В зависимости от степени ответственности а также от условий эксплуатации согласно приложению В [3] проектируемая ферма относится к группе 2. Согласно таблице В1[3] для климатического района II к которому относится г. Уфа принимаем для элементов узловых соединений листовую сталь по ГОСТ 27772-2015 марки С245 с расчётным сопротивлением растяжению сжатию и изгибу по пределу текучести Ry=240 МПа (при толщине до 20 мм).
Для растянутых элементов АД; АД; ДБ; ДБ; ЕД принимаем горячекатаную сталь периодического профиля по ГОСТ 5781-82 класса А300. Расчётное сопротивление растяжению арматурной стали класса А300(A-II) Rs=270 МПа.
Растянутые элементы фермы имеющие концевую резьбу по характеру работы могут быть отнесены к одноболтовым соединениям работающим на растяжение.
Согласно таблице Г3 [3] принимаем класс прочности 8.8 для которого по таблице Г5 [3] находим расчётное сопротивление Rbt=451 МПа.
Для определения расчётных сопротивлений угловых швов срезу по металлу шва и металла по границе сплавления по таблице Г1 [3] с учетом группы конструкции климатического района и свариваемых марок стали выбираем типы электродов по ГОСТ 9467-75*:
Э42А или Э46А для стали С245 и для арматурных стержней А300(A-II). Выбранным типам электродов согласно таблице Г2 [3] соответствуют расчётные сопротивления угловых швов срезу по металлу шва:
Э42А - Rwf=180 МПа;
Расчётное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления определяем по таблице 4 [3]:
Rwz = 045·Run = 045·370=1665 МПа.
Согласно п. 14.1.8 [3] для сварных элементов из стали с пределом текучести до 285 МПа следует применять электроды для которых должно выполняться условие:
где z=10 и f=07 - коэффициенты принимаемые по таблице 39 [3].
Э42А - 11·1665 180 1665·107 (МПа)
315 > 180 2379 (МПа) - условие не выполняется;
Э46А - 18315 200 2379 (МПа) - условие выполняется;
Таким образом для свариваемых элементов угловыми швами применяем электроды Э46А.
6.7. Подбор сечения стальных элементов фермы
Опорную панель нижнего пояса А-Д принимаем из двух стержней арматурной стали класса А300 (А-II). Растягивающее усилие в этой панели И1= 474720 Н.
Требуемая площадь двух стержней с учётом коэффициента m=085 учитывающего неравномерность распределения усилий между стержнями:
принимаем два стержня диаметром 40 мм с F = 2513 см2
Панель нижнего пояса Д-Д
Панель нижнего пояса Д-Д принимаем из трёх стержней арматурной стали классаА300 (А-II) между которыми вварены концевые стержни из арматурной стали с нарезкой на концах (рисунок 11 а)
Рисунок 1.11. Стальные элементы фермы
а - панель Д – Д; б - панель Д – Б.
Растягивающее усилие в панели Д-Д - И2 = 301960 Н. Требуемая площадь трёх стержней:
принимаем 3 диаметром 25 мм с
F = 1473 см2 > 1316 см2
Требуемая площадь нетто концевых стержней:
Принимаем диаметр стержня 32 мм с F = 8043 м2 > 670 м2.
Раскос Д-Б принимаем из двух стержней арматурной стали класса А300 (А-II) с вваренным с одной стороны концевым стержнем из арматурной стали класса А300 (А-II) с нарезкой на конце (рисунок 1.11 б)
Растягивающее усилие в раскосе Д1 = 174210 Н. Требуемая площадь 2-х стержней:
принимаем два стержня диаметром 22 мм
F = 760 см2 > 759 см2
Требуемая площадь нетто концевого стержня:
принимаем диаметр стержня 25 мм с F = 4909 см2 > 386 см2.
6.8. Расчёт узлов фермы
Опирание фермы на колонну и соединение верхнего пояса с нижним в опорных узлах производится при помощи стальных сварных башмаков (рисунок 1.12).
Верхний пояс фермы упирается в плиту которая приваривается к вертикальным фасонкам и диафрагме. Фасонки и диафрагма свариваются с горизонтальной опорной плитой. Ветви нижнего пояса привариваются к фасонкам.
Требуемая площадь опорной плиты из условия передачи ею реакции опоры фермы на клееные деревянные колонны:
где Rсм = 2323 МПа - расчётное сопротивление дерева смятию.
С учётом отверстий для анкеров конструктивно принимаем ширину опорной плиты 200 мм и длину её 350 мм.
При этом площадь опорной плиты:
Fоп.ф = 02 * 035 = 007 м2 > 0062 м2
Толщину опорной плиты определим из условия прочности на изгиб по сечению 1-1 консольного участка.
Изгибающий момент в полосе плиты единичной ширины в сечении 1-1 определится:
Момент сопротивления полосы плиты:
Из условия прочности требуемый момент сопротивления площади плиты:
Приравняв Wтр=Wпл получим:
Принимаем толщину плиты 10 мм.
Толщина плиты (рисунок 1.12) определяется из условия прочности на изгиб рассматривая плиту единичной ширины.
Рисунок 1.12. – Опорный узел фермы.
Изгибающий момент в плите:
Толщина плиты определится по формуле:
Принимаем толщину плиты 11 мм.
Круглые стержни панели АД привариваются к фасонкам (рисунок 1.12.) четырьмя угловыми швами которые должны воспринимать растягивающее усилие в нижнем поясе И1= 474720 Н
Расчетная длина сварного шва определяется из условия на срез согласно п.14.1.16 [3] по одному из двух сечений - по металлу шва или металлу границы сплавления.
Расчет ведем по металлу шва потому что выше полученная величина меньше единицы.
Максимальный катет шва при сварке листа и круглого стержня:
кf=12·=12·12=144 мм.
Учитывая что угловой шов накладывается на закругленную поверхность катет шва не должен превышать 09 толщины круглого профиля кf ≤ 09·40=36 мм.
Принимаем кf = 16 мм.
Расчётная длина шва по металлу шва определится по формуле 176 [3]:
где γс=10 - коэффициент условий работы узла конструкции принимаемый по таблице 1[3].
Принимаем длину каждого шва конструктивно 120 мм.
Промежуточный узел нижнего пояса
В этом узле соединяются четыре элемента фермы: опорная и центральная панель нижнего пояса стойка и раскос.
Сжатая стойка из клееной древесины опирается на упорный столик расположенный между двумя стальными фасонками приваренными к ветвям опорной панели. На концах опорной панели и на фасонках выполнены упоры и в отверстия которых пропускаются концевые стержни (имеющие резьбу) раскоса и центральной панели нижнего пояса и закрепляются гайками и контргайками.
Предварительно принимаем толщину плиты 10 мм.
Рисунок 1.13. Промежуточный узел нижнего пояса
Сварные швы прикрепляющие ребро опорного столика к фасонкам должны воспринять усилие V1=70410 Н расчётная длина сварного шва определяется из условия на срез - по металлу шва:
где кf = 6 мм - катет швов.
Rwf = 200 МПа - расчетное сопротивление угловых швов по металлу шва для стали С245 и электродах Э46А.
Принимаем длину каждого шва 50 мм;
Высоту опорного ребра принимаем 60 мм.
Определяем геометрические характеристики принятого сечения:
F = 156 * 1 + 6 * 1 = 216 см2;
где q = V1l = 704100210 =335285714
Напряжение в столике:
MWx = 12321751309*10-5 = 941 МПа ≤ Ryγc = 240 * 095 = 228 МПа
Упорная плита столика приваривается к ребру и фасонкам согласно рисунку 1.13.
Сварные швы прикрепляющие упор к ветвям нижнего пояса рассчитываются на срез по усилию И2 = 301960 Н.
При кf = 6 мм расчётная длина шва по металлу шва определится по формуле:
Принимаем длину швов 100 мм.
Сварные швы прикрепляющие фасонки к ветвям нижнего пояса воспринимают усилие равное равнодействующей усилий в нижнем поясе:
И = И1 – И2 = 474720 – 301960 = 173030 Н
Принимаем с запасом прочности длину нижнего шва как и в опорном узле 120 мм при кf=6 мм.
Концевой стержень центральной панели нижнего пояса фермы Д-Д приваривается к трём ветвям шестью швами.
При кf=6 мм расчётная длина шва по металлу шва:
Принимаем длину шва 70 мм.
Концевой стержень раскоса Д-Б приваривается к двум ветвям четырьмя швами. При кf=6 мм расчётная длина шва по металлу шва:
Принимаем длину шва 60 мм.
Промежуточный узел верхнего пояса
Глубина прорези от верхней кромки равна 2·е=2·50 =100 мм. Соединение смежных клееных блоков пояса осуществляется при помощи деревянных накладок сечением 75×150 мм располагаемых с двух сторон и связанных конструктивно болтами ∅ 14 мм.
Подбалка поддерживающая верхний пояс в месте стыка нижней гранью опирается на стойку сжимающее усилие в которой V1= 70410 H.
Площадь смятия равна Fсм = 0210 * 0156 = 003276 м2
V1Fсм = 70410003276 = 2149 МПа Rсм = 2323 МПа.
Рисунок 1.14. Промежуточный узел верхнего пояса
Коньковый узел фермы
Конструкция конькового узла (рисунок 1.15) предусматривает укрупненную сборку фермы перед ее монтажом из двух шпренгелей.
Рисунок 1.15. Коньковый узел фермы.
Стальные опорные элементы приняты конструктивно из листовой стали С245 толщиной 8 мм.
Каждая ветвь раскоса приваривается двумя швами длиной по 60 мм при кf= 6 мм.
Мероприятия по защите деревянных конструкций от возгорания и гниения
В соответствии с [8] конструктивные решения зданий и сооружений должны обеспечивать возможность периодического осмотра деревянных конструкций и возобновления защитных покрытий.
Защита деревянных конструкций от коррозии вызываемой воздействием биологических агентов предусматривает антисептирование консервирование покрытие лакокрасочными материалами или поверхностную пропитку составами комплексного действия.
Применяемые в конструкциях металлические элементы надлежит защищать от коррозии в соответствии с п. 5 [8].
При опирании несущих деревянных конструкций на конструкции из других материалов необходимо предусматривать установку гидроизоляционных прокладок.
Защитную обработку деревянных элементов производить после выборки гнёзд снятия фасок сверления отверстий.
Элементы цельного сечения - щит и элементы связей покрыть составом КДС-А - огнебиозащитное покрытие
Клеёные элементы - обработать за 2 раза пентафталевой эмалью ПФ115 - лакокрасочное влагостойкое покрытие.
Торцы элементов обмазать герметиком У-30м.
Металлические детали окрасить за 2 раза пентафталевой эмалью ПФ115 по грунтовке.
Строительные нормы и правила. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. СП 64.13330.2011. М. 2017.
Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия. СП 20.13330.2016. М. 2011.
Строительные нормы и правила. Стальные конструкции. Нормы проектирования. СП 16.13330.2011. М. 2017.
СТО 36554501-014-2008 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения». М. 2008.
Строительные нормы и правила. Защита строительных конструкций от коррозии. СНиП 2.03.11-85. Госстрой СССР. - М.:ГП ЦИТП 1986. - 46 с.
Кравцов Е.А. Расчет и конструирование ограждения покрытия из асбоцементных волнистых листов и сборных дощатых щитов. Методические указания по выполнению курсового и дипломного проекта ГИСИ им. В.П. Чкалова. - Горький 1987. - 40 с.
Кравцов Е.А. Покрытие по треугольным металлодеревянным фермам с клееным верхним поясом. Методические указания по выполнению курсового проекта ГИСИ им. В.П.Чкалова. - Горький 1987. - 40 с.
Миронов В.Г. Савичев Ю.В. Покрытие по треугольным металлодеревянным фермам с клеёным верхним поясом. Расчёт и конструирование. Методические указания для выполнения курсового проекта по специальности ПГС. Н.Новгород издание ННГАСУ 200234с.