КДиП Одноэтажное промышленное здание (5-й снеговой район)

ПЗ_ДЕРЕВО.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра Металлических и деревянных конструкций
«Конструкции из дерева и пластмасс»
«Проектирование конструкций покрытия и несущего каркаса здания»
Руководитель курсового проекта
К.т.н. доц. Линьков Н. В.
(ученое звание ученая степень должность Ф.И.О.)
(дата подпись руководителя)
Курсовой проект защищен
(оценка цифрой и прописью)
Председатель аттестационной комиссии
(дата подпись члена комиссии)
НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Тема курсовой работы: «Проектирование конструкций покрытия и несущего каркаса здания»
Исходные данные к курсовой работе: Пролёт 12 м. шаг 3м. высота стойки 45 м. снеговой район 5. объёмный вес утеплителя 028 кНм3 длинна здания 11В уклон кровли 14 ограждающая конструкция – утеплённая клеефанерная плита несущая конструкция – треугольная распорная система.
Содержание текстовой части (перечень подлежащих решению задач): проектирование клеефанерной плиты покрытия проектирование треугольной системой с затяжкой конструирование и расчёт узлов список литературы.
Перечень графического материала (с указанием обязательных материалов): Треугольная схема связей и треугольной схемы М 1:200 клеефанерная плита М 1:40 поперечная схема здания М 1:200 треугольная распорная система М 1:30 Узлы.
График выполнения курсовой работы:
Наименование этапа выполнения курсовой работы
Процент выполнения курсовой работы %
Ограждающие конструкции
Чертежи и компоновка ПЗ
Срок представления КР руководителю – последняя неделя периода теоретического обучения семестра
УТЕПЛЁННАЯ КЛЕЕФАНЕРНАЯ ПЛИТА ПОД РУЛОННУЮ КРОВЛЮ.
Номинальные размеры в плане 148 х 298 м; Рёбра из сосновых досок 2 сорта.
Обшивки панели из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта ВВВ толщиной 8 мм. соединяется с деревянным каркасом клеем марки ФР-12 по ТУ 600601748-75.
Утеплитель – минеральная вата на основе базальтового волокна PAROC 37 с объемным весом 03 кНм3 . Плиты-1200х600мм.
Пароизоляция - паронепроницаемая антиконденсатная полимерная ткань FOLIAREX 110 гм2.
Над утеплителем предусмотрена воздушная прослойка. вентилируемая вдоль панели. Кровля принята из рулонных материалов – кровельная плитка KATEPAL.
Компоновка рабочего сечения панели:
Ширина панели берётся равной ширине фанерного листа с учётом обрезки кромок для их выравнивания bп = 1480 мм – при прямолинейном очертании несущих конструкций и bп = 1180 мм при криволинейном очертании. В нашем примере примем bп = 1480 мм.
Направление волокон наружных шпонов фанеры в верхней и нижней обшивках панели принимается продольным с целью обеспечения полноценного стыкования листов фанеры на «ус» при склеивании их в виде непрерывной ленты.
Для дощатого каркаса. связывающего верхние и нижние фанерные обшивки в монолитно склеенную коробчатую панель. Принимаем черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов (прил. 1) сечением 22 х 175 мм. После сушки до влажности W=12% и четырёхстороннего фрезерования для склейки применяются чистые доски сечением 14х168 мм.
Расчётный пролёт панели lр= 099*l = 099*2980 =2950 мм.
Высота плиты для данного примера принята hп=hр+2=168 +2*8 =184 мм. Каркас панели принимаем из 4-х продольных ребер.
Шаг ребер принимается из расчёта верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперёк волокон от сосредоточенной силы Р=1х12=1.2кН. как балки заделанной по концам (у рёбер) шириной 100 см.
Расстояние между рёбрами в осях определим из формулы: C =(148-2*14)3=484 см.
Тогда расстояние между рёбрами в свету: С0 =с-bр = 484 - 14 = 47 см;
Момент сопротивления обшивки шириной 100 см:
M=P*c8=(12*484)8=726 кН*см;
Напряжения от изгиба сосредоточенной силой:
W=bп*2ф6=100*0826=1067;
Коэффициент условия работы для монтажной нагрузки:
= MW=7261067=068 кНсм2=681 МПа≤Rф.и.*mn=65*12=78 МПа.
Для придания жесткости каркасу продольные ребра соединены поперечными рёбрами расположенными по торцам и в середине панели.
Сбор нагрузок на панель:
Панели предназначены для укладки по несущим деревянным конструкциям.
По скомпонованному сечению панели составляем таблицу нормативных и расчётных нагрузок на 1 кв.м. панели.
Подсчёт нагрузки на 1 кв.м. панели представлен в таблице:
Наименование нагрузки
Норм. нагрузка. кНм2
Кровельная плитка KATEPAL 12.3кгм3
Продольные ребра каркаса bp1 *hp1 *np1 * д bп
14*0168*4*5148= 00318
Поперечные ребра каркаса bp2 *hp2 *np2 * д lп
14*0144*3*5298= 00135
Утеплитель - минеральная вата на основе базальтового волокна PAROC UNS37 γу =28 кгм3 толщиной 120 мм hу *bу *nу * у bп
Пароизоляция паронепроницаемая антиконденсатная полимерная ткань FOLIAREX 110 гм2
Итого постоянная нагрузка
Временная снеговая нагрузка
hр1; hр2; hу - высота сечения продольных. поперечных ребер и высота утеплителя соответственно
bр1; bр2; bу; - ширина сечения продольных. поперечных ребер и расстояние между ребрами в свету
nр1; nр2; nу - количество продольных. поперечных ребер и расстояний между ребрами в свету
γд; γф γу –– объемный вес древесины. фанеры и утеплителя соответственно.
Следовательно. полная нагрузка на 1 пог. м. панели составит:
- нормативная qн = 2813*148 = 416 кНм;
- расчетная qр = 3842*148= 57 кНм.
Расчетные характеристики материалов:
Для семислойной фанеры марки ФСФ сорта ВВВ толщиной 8 мм и более по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 находим следующие характеристики:
расчетное сопротивление растяжениюRф.р. = 14 МПа;
расчетное сопротивление скалываниюRф.ск. = 08 МПа;
модуль упругостиЕф = 9000 МПа.
Для древесины ребер по табл. 3 СНиП II-25-80:
расчетное сопротивление изгибуRдр.и. = 13 МПа;
модуль упругостиЕдр = 10000 МПа.
Геометрические характеристики сечения:
Расчётная ширина фанерной обшивки согласно п.4.25 СНиП П-25-80:
= 09* = 009*148 = 1332 см.
Геометрические характеристики клеефанерной панели приводим к фанерной обшивке.
Приведенный момент инерции панели:
Приведённый момент сопротивления панели:
Проверка панели на прочность:
Максимальный изгибающий момент панели:
Напряжения в растянутой обшивке
где 0.6- коэффициент учитывающий снижение расчётного сопротивления фанеры в растянутом стыке при соединении «на ус».
Расчёт на устойчивость сжатой обшивки производится по формуле:
При расстоянии между продольными рёбрами в свету С0 = 4700 см и толщине фанеры
Напряжения в сжатой обшивке:
Проверка скалывающих напряжений по клеевому слою между шпонами фанерной обшивки в зоне приклейки продольных ребер каркаса производится по формуле:
Поперечная сила панели равна ее опорным реакциям:
Приведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси равен:
Расчетная ширина клеевого соединения:
Тогда касательные напряжения составят:
Проверка панели на прогиб:
Относительный прогиб панели равен:
50 - предельный прогиб в панелях покрытий длинной 3 м.
Запас по прочности сжатой обшивки составляет ((12-828)12)*100=31% что больше чем допускаемый запас 5%. однако при уменьшении ребра до 19 мм не проходит расчёт по скалыванию.
Расчет треугольной распорной системы
Шаг систем вдоль здания 3 м.
Здание 2-го класса по степени ответственности. Ограждающие конструкции покрытия приняты из утеплённого покрытия с кровлей из натуральной черепицы. Район строительства – .
Материал несущих конструкций – сосна 2-го сорта с влажностью до 12% металлические элементы из стали марки Вст3кп2 ГОСТ 27772-88. Для склеивания древесины принимается фенольно-резорциновый клей марки ФР-12. Несущие и ограждающие конструкции покрытия изготовлены заводским способом.
Геометрические размеры:
Геометрическую схему системы принимаем по рис. 1.1. Расчётный пролёт lр = 1160 (1200-04=1160) м. принимается между центрами опор. Высота принята с характерным для треугольной системы отношением
При этом высота системы будет f = 145м.
Угол наклона верхних поясов: a= 1400 °; scosa = 0970.
Рис.1. Геометрическая схема системы
Рис 2. Схема загружения системы:
б – второй вариант сочетания нагрузок.
Постоянные расчётные нагрузки на 1м2 горизонтальной проекции покрытия определяются с введением коэффициента надёжности по нагрузке yf. Нормативные и расчётные постоянные нагрузки делятся на cosα для получения нагрузки на горизонтальную проекцию. Вес снегового покрова принимается по району нормативное значение снеговой нагрузки определять по формуле:
So = Ce Ct Sg =1 · 1 ·1· 25 = 25 кПа
где Ce =1 коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра
или иных факторов принимаемый в соответствии с 10.5; для покрытий с уклоном кровли для однопролетных и двухпролетных зданий при α=1400 °.
Ct=1 - термический коэффициент принимаемый в соответствии с 10.6;
=1 -коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на
покрытие принимаемый в соответствии с 10.4;
Sg =25 KIIa- вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли
принимаемый в соответствии с 10.2.
SP= So · y= 25·1.4=35 кПа
где γ=1.4 - коэффициент надежности по снеговой нагрузке.
Нагрузки на 1 м2 плана здания приведены в таблице 1.1 постоянная нагрузка от покрытия взята из предварительно выполненного расчета ограждающих конструкций.
Таблица 1.1. Нагрузки для рассматриваемого типа здания.
Собственная масса системы
Собственный вес системы найдем по формуле:
lр –расчетный пролёт системы
Кс.в. – коэффициент собственного веса системы принимается 3-9 для пролетов 12-30м.
Расчетные нагрузки на 1 м системы (при шаге несущих конструкций 4 м):
— постоянная q=04644· 3 = 14 кНм;
— временная (снеговая) S= 35· 3 = 105 кНм где 3 м. – шаг конструкций.
Определение усилий в элементах системы:
Система рассчитывается на два варианта сочетания нагрузок:
— постоянная и временная нагрузки на всем пролете;
— постоянная нагрузка на всем пролете и временная максимальная на половине пролета.
При первом варианте сочетания нагрузок:
Нормальная сжимающая сила в верхнем поясе у опор:
Нормальная сжимающая сила в середине верхнего пояса:
Изгибающий момент от нагрузки в четверти пролёта:
При втором варианте сочетания нагрузок:
Нормальная сжимающая сила в верхнем поясе у опор:
Подбор сечения верхнего пояса:
Верхний пояс рассчитывается как сжато-изгибаемый стержень находящийся под воздействием внецентренно приложенной продольной силы и изгибающего момента от поперечной нагрузки. В результате внецентренного приложения продольной силы в опорном и коньковом узлах системы возникают разгружающие (отрицательные) моменты за счёт чего уменьшается изгибающий момент в верхнем поясе.
Рекомендуется принимать высоту сечения верхнего пояса hn = (;
Верхний пояс выполняется в виде клееного пакета из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов 2 сорта (ГОСТ 24454-80) сечением 50 х 175 мм. После фрезерования черновых заготовок по пластам для склейки отбирают чистые доски сечением 0042 х 016 м. а после фрезерования пакета сечение будет иметь ширину 160 мм. Клееный пакет принимаем из 18 досок общей высотой 0042x9 = 0378 м что составляет 131 L пролета. После склеивания пакета и фрезерования по боковым поверхностям его окончательное сечение 016 х 0378 м.
Зададимся эксцентриситетом приложения нормальной силы в опорном и коньковом узлах 1
с учётом условия e14 hn принимаем e=0090 м.
Рис.3. Схема загружения верхнего пояса.
Рис. 4. Эпюра изгибающих моментов от поперечной силы.
Рис. 5. Эпюры изгибающих моментов от продольной силы.
Площадь поперечного сечения: F= 016· 0378=006 м2;
Момент сопротивления:
Расчётное сопротивление изгибу и сжатию:
Rи = Rсж = Rиа mдл mв mt mб mсс = 225 066 1 1 1 1= 1485 МПа;
Расчет на прочность сжато-изгибаемых элементов производится по формуле:
где mб при h=0378 м по интерполяции mб= 1;
Для шарнирно опёртых элементов при эпюрах изгибающих моментов параболического и
прямоугольного очертания изгибающий момент от действия поперечных и
продольных нагрузок определяется по формуле:
Kн=αн+ (1 -αн) = 081+0832(1 – 081)=0968
αн = 081 – для эпюры моментов прямоугольного очертания какая и получается от
изгибающего момента Мн
Проверяем прочность принятого поперечного сечения верхнего пояса от первого варианта
Разгружающий момент в узлах:
Mн = Nср · e = 14257·009= 1283 кНм;
Гибкость верхнего пояса в плоскости действия изгибающего момента при lck=598 см:
72 =>φ = ==100>=1 принимаем φ=1
где коэффициент А=3000 для древесины;
Действующий изгибающий момент:
Напряжения в верхнем поясе:
Недонапряжение по одной из проверок должно быть меньше 5%:
Если уменьшить пакет досок до 8 штук запаса прочности будет недостаточно подобрать арку другого сечения или взять доски другого сечения тоже невозможно. Принятое сечение удовлетворяет условию прочности.
Так как верхний пояс по всей длине раскреплен покрытием то расчет на устойчивость плоской формы деформирования не производится ввиду очевидности ее обеспечения.
IIодбор сечения нижнего пояса:
Расчетное усилие в нижнем поясе получаем максимальным при первом сочетании нагрузок: N= H1 =13833 кН.
Нижний пояс выполняется из двух стальных уголков сечением 004 х 004 м толщиной t=0005 м. (ГОСТ 8510-93).
Производим проверку на прочность принятого сечения на прочность при центральном растяжении по формуле:
yc = 09- коэффициент условия работы
Aн = 2·0000375= 000075 - площадь сечения двух уголков
– расчетное сопротивление проката на растяжение
yn =1025 - коэффициент надежности по материалу.
Для совместной работы уголков нижнего пояса их необходимо соединить по длине
планками из листовой стали толщиной 5 мм.
Наибольшее расстояние между планками определяется как:
lдоп= 80·ix = 80·00121= 097 м
где ix = 121 см – радиус инерции уголка
Во избежание провисания нижнего пояса необходимо установить подвески из тяжей А-Id=12 мм.
Максимальное расстояние между подвесками:
l’доп= 400·ix = 400·00121= 484 м
Устанавливаем 2 подвески по длине нижнего пояса системы.
Расстояние между подвесками:
Расчет и конструирование узлов:
Упорная плита – плита с ребрами жесткости в которую упирается верхний пояс системы. Упорная плита рассчитывается на изгиб приближенно как однопролетная балка с поперечным сечением тавровой формы.
Для создания принятого эксцентриситета в опорном узле высота упорной плиты должна составлять:
hw = hв.п — 2e= 378 - 2· 90= 198 мм=0198 м;
Ширина упорной плиты принимается по ширине сечения верхнего пояса: bпл=160 мм=016 м.
Геометрические характеристики плиты таврового сечения:
Статический момент относительно оси О-О:
Расстояние от центра тяжести сечения до оси О-О:
Расстояние от центра тяжести сечения до верхней грани плиты:
=-yo = 60+5 - 4882=1618 мм;
Расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести ребра:
Момент инерции поперечного сечения относительно оси Х-Х:
Моменты сопротивления:
Напряжение смятия древесины по площади упора торца верхнего пояса в плиту:
Пролет плиты принимается равным расстоянию в осях между вертикальными фасонками:
Изгибающий момент в однопролетной балке таврового сечения:
Напряжение при изгибе:
Расчет опорной плиты:
Опорная плита – горизонтальная плита которая рассчитывается как однопролетная балка с двумя консолями на изгиб под действием напряжения смятия ее основания.
Требуемая ширина опорной плиты определяется из условия смятия мауэрлатного бруса поперек волокон:
где Amax =6898 кН – максимальная опорная реакция
l= 0260 м – длина опорной плиты
Примем ширину мауэрлатного бруса bбр=01 м тогда
Изгибающий момент в консольной части опорной плиты при расчетной ширине b=10мм:
Изгибающий момент в пролете опорной плиты:
Требуемая толщина опорной плиты:
где = = 242 МПа = 242·10³кНм²;
Принимаем толщину плиты t=001 м.
Расчет сварных швов.
Сварные швы прикрепляющие пластинки-рёбра упорной плиты к вертикальным фасонкам:
Усилие приходящееся на одну пластинку:
Требуемая длина шва при толщине Rf= 6мм (толщина сварного шва назначается с учётом минимальной толщины свариваемых элементов):
где Rwf=180МПа – расчетное сопротивление шва
f= 07 - коэффициент глубины проплавления шва
yz =1 - коэффициент условия работы
= 085 - коэффициент условия работы шва
yп = 095 - коэффициент надёжности по назначению
Фактическая длина шва зависящая от высоты ребра упорной плиты:
l = 2 ·(006 + 006) = 024 м > 0112 м.
Сварные швы прикрепляющие нижний пояс из уголков к вертикальным фасонкам:
Сила действующая на один уголок:
где H=13833 кН-величина распора.
Катет швов на пере и обушке принимаем одинаковой равной kf =0004 м что на 1 мм меньше толщины полки уголка.
Требуемая суммарная длина швов прикрепляющих уголок:
Требуемая длина шва на обушке и пере:
L = 07·0153 = 0107 м
Длина шва должна быть не менее ширины опорной плиты (мауэрлатного бруса):
Принимаем длину шва 0107 мм.
Расчет стыка нижнего пояса:
Длина нижнего пояса распорной системы 1160 м.
Максимальная длина изготовляемых уголков 105 м следовательно необходимо устройство стыка нижнего пояса.
Стык нижнего пояса осуществляем с помощью приваренных накладок из листовой стали
Ширина накладки определяется из условия равно прочности:
где = 0000375 м2 – площадь сечения уголка 40х40х5
где = 220 МПа - расчётное сопротивление листовой стали;
Расчётное сопротивление растяжению проката:
Принимаем ширину накладки:
Принимаем ширину накладки с учётом сварных швов ( = 3мм) - bн = 007 м.
Принимаем длину сварных швов на пере и обушке - lw = 0107 м.
Тогда длина накладок: lн =005+2·0107=0265 м.
Торцы верхнего пояса в коньковом узле подвержены сжимающему воздействию горизонтальной силы достигающей максимального значения при первом варианте сочетания нагрузок. Торцы стыкуются простым лобовым упором.
Размеры площадки смятия назначаем из расчета на обеспечение приложения силы сжимающей верхний пояс с тем же эксцентриситетом что и в опорном узле. Для этого в верхней части сечения устраивается зазор высотой:
h=2·e= 2·009= 018 м;
Площадка смятия в коньковом узле:
Fсм=016·(0378-018) = 0032 м²;
Смятие в коньковом узле происходит под углом 1400° к волокнам.
Расчетное сопротивление древесины смятию под углом к направлению волокон определяется по следующей формуле:
Напряжение смятие в узле:
При несимметричном загружении снегом лишь одного из скатов покрытия в коньковом узле возникает поперечная сила которая воспринимается парными деревянными накладками на болтах.
Поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке:
где S – снеговая нагрузка; S = 105 кНм.
Рис.6. Коньковый узел.
Определяем усилия действующие на болты присоединяющие накладки к поясу. Для определения величины усилий выберем расчетную схему. Величина реакции в балке соответствует величине усилий в соответствующем ряду болтов.
Составив уравнения равновесия получим:
где расстояние между первым рядом болтов и коньковым сечением;
расстояние между вторым рядом болтов и коньковым сечением;
По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями может быть
или . Мы приняли отношение 13 чтобы получить меньшие значения усилий.
Принимаем диаметр болтов 002 м и толщину накладок 01 м (толщина накладки примерно должна быть равна половине ширины рамы).
Несущую способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 90º к волокнам находим из условий:
но не более значения:
где толщина накладки см
коэффициент зависящий от диаметра болтов и величины угла между направлением усилия и направлением волокон древесины накладки:
Смятия крайних элементов-накладок при угле смятия :
Смятия среднего элемента – рамы при угле смятия :
где ширина среднего элемента – рамы.
Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов из данных трех условий: тогда необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:
Необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:
Следовательно принимаем 2 болта.
Количество болтов в дальнем от узла ряду:
Следовательно примем 1 болт.
Принимаем расстояние между болтами вдоль волокон по правилам их расстановки:
Полная длинна накладки:
l= 2 (014+028+014)=112 м.
Ширину накладки принимаем что равно 200 мм принимаем ширину накладки 02м тогда расстояние между болтами поперек волокон:
расстояние от края накладки до болтов:
Изгибающий момент в накладках:
Момент инерции одной накладки ослабленной двумя отверстиями диаметром 2 см:
где расстояние между болтами.
Момент сопротивления накладки:
Напряжение в накладках:
где количество накладок
Rи = Rсж = Rиа mдл mв mt mб mсс
РАСЧЕТ ДОЩАТОКЛЕЕНОЙ КОЛОННЫ:
Здание производственного назначения отапливаемое;
Пролет здания в осях L=12 м;
Высота колонн до несущих конструкций покрытия Н =45 м;
Шаг колонн B = 3 м;
Длина здания Lзд = 33 м;
Покрытие здания выполнено с использованием клеефанерной плиты с рулонной кровлей с расчетной нагрузкой ;
Ригель - треугольная распорная система (ширина верхнего пояса 140 мм.) с расчетной нагрузкой .
Стеновые ограждения выполнены в виде сэндвич панелей «Вирсон» толщиной 150 мм с расчетной нагрузкой ..
Материал – древесина из сосны 2-го сорта металлические конструкции – сталь марки С235 ГОСТ 27772-88*.
Поперечная рама здания состоит из 2 колонн защемленных в фундаменте и шарнирно соединенных с ригелем в качестве которого используется треугольная распорная система.
Определение нагрузок.
Определим действующие на колонну вертикальные и горизонтальные нагрузки.
На колонну действуют:
вертикальные нагрузки постоянные - от веса конструкций покрытия стеновых панелей и собственного веса колонии временная - от веса снега;
горизонтальная нагрузка временная - от давления ветра.
Расчетная нагрузка от кровли на 1 м2 горизонтальной проекции:
Расчетная нагрузка от ригеля (треугольной распорной системы) на 1м2:
Расчетная нагрузка от снега на 1м2:
Для определения массы колонны задамся предварительными размерами сечения исходя из предельной гибкости λ=120 и высоты сечения согласно п.6.24 [2]:
Из условия предельной гибкости колонны высота поперечного сечения
Уточним геометрические размеры сечения колонны с учетом рекомендуемого сортамента пиломатериалов 2 сорта (ГОСТ 24454-80). Колонны выполняются из клееного пакета досок. Черновые заготовки принимаем сечением 40x175 мм. После фрезерования по пластям на склейку идут доски сечением 33x175 мм. Клееный пакет принимаем из 9 досок.
После склеивания пакет еще раз фрезеруется по боковым граням до размера 160 мм. Окончательно сечение колонны имеет размеры: bк= 160 мм; hк= 297 мм.
Плотность древесины γ = 5 kНм3
Собственный вес колонны
Нагрузка от стеновых панелей:
где пролет рамы в осях;
толщина стеновых панелей;
Нагрузка от треугольной распорной системы:
Максимальная вертикальная нагрузка на колонну
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки согласно п.11.1.2 [1]:
Расчетная нагрузка от ветра принимается равномерно распределенной по высоте колонны и определяется по формуле:
где нормативное значение ветрового давления (по таб.11.1)
коэффициент надежности по ветровой нагрузке согласно п. 11.1.12 [2];
аэродинамический коэффициент внешнего давления п. 11.1.7:
при активном давлении (на левую колонну)
при пассивном давлении(на правую колонну);
коэффициент учитывающий изменение ветрового давления для высоты (п. 11.1.5 и 11.1.6).
эквивалентная высота определяется п. 11.1.5
Определение усилий в колоннах.
Поперечная рама однопролетного здания является один раз статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля (условное допущение) за лишнее неизвестное удобно принять продольное усилие в ригеле которое определяется по правилам строительной механики в следующей последовательности:
- от равномерно распределенной ветровой нагрузки:
- от внецентренного приложения нагрузки от стеновых панелей
расстояние между осью стеновых панелей и осью сечения колонны.
Определение изгибающих моментов и поперечных сил в 3 сочетаниях (с учетом коэффициента сочетаний).
Первое сочетание (постоянная + снеговая + ветровая). Коэффициент сочетаний
а) в левой колонне на уровне верха фундамента
б) в правой колонне на уровне верха фундамента
Определение поперечных сил.
Определение продольной силы.
Второе сочетание (постоянная + снеговая). Коэффициент сочетаний
Третье сочетание (постоянная + ветровая). Коэффициент сочетаний
Подбор сечения колонн.
Сечение колонны имеет размеры:
bк= 160 мм; hк= 297 мм.
Геометрические характеристики принятого сечения:
момент сопротивления
Принятое сечение колонны проверяем при первом сочетании нагрузок.
Расчёт проводится от действия продольной силы и изгибающего момента
Расчет на прочность сжато-изгибаемых элементов производим по формуле
– расчетное сопротивление сосны 2 сорта – см. табл. 3 [3];
- коэффициент длительной прочности соответствующий режиму длительности загружения В (таблица 4) [3] ;
коэффициент условия работы для 2-го (нормальный) условия эксплуатации конструкций определяется согласно п.6.9а [3];
коэффициент условия работы конструкций эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха ниже плюс 35°С определяется согласно п.6.9б [3];
коэффициент условия работы для элементов прямоугольного сечения высотой определяется согласно п.6.9в [3];
коэффициент условия работы при сроке службы сооружения ≤ 50 лет определяется согласно п.6.9и [3].
для клееных элементов и зависит от толщины слоя для фанеры толщиной 33 мм mсл=1.
Fнт – площадь нетто сечения колонны;
Wнт – момент сопротивления нетто того же сечения;
Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок определяемых из расчета по деформированной схеме:
Гибкость для колонны равна
Максимальное нормальное напряжение в колонне:
Оставляем ранее принятое сечение исходя из целесообразности ограничения гибкости.
Проверка на устойчивость плоской формы деформирования сжато-изгибаемых элементов следует производить по формуле согласно п.7.20 [2]:
где F – площадь брутто сечения рамы с максимальными размерами на участке
W – момент сопротивления брутто того же сечения;
показатель степени n=2 для элементов без закрепления растянутой кромки из плоскости деформирования и n=1 для элементов имеющих такие закрепления;
у – коэффициент продольного изгиба;
- расчетная длина из плоскости деформирования принимаем что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн. Тогда расчетная длина равна высоте колонны
– коэффициент определяемый по формуле
kф =232 – коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке определяется по табл. Е.2 прил. Е СП [5].
КпN КпM - коэффициенты которые вводятся в расчетную форму при наличии в элементе закреплений из плоскости деформирования со стороны растянутой от момента М кромки. В нашем примере такими закреплениями являются стеновые панели.
центральный угол в радианах для прямолинейных элементов равный 0;
m=3- число подкрепленных (с одинаковым шагом) точек растянутой кромки на участке следовательно
Подставляем полученные значения в формулу устойчивости плоской формы деформирования:
Следовательно устойчивость обеспечена
Расчет узла крепления колонны с фундаментом
Принимаем решение узла показанное на рис.7 с применением железобетонной приставки из бетона класса В-30 ( ) из которой выпущены четыре стержня из арматуры периодического профиля из стали A-I I .
Вклеивание арматурных стержней в древесину осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея марки ЭПЦ-I
Принимаем (предварительно) диаметр арматурных стершей равным 12 мм тогда диаметр отверстия будет равен
Расстояние между осью арматурного стержня до наружных граней колонны должно быть не менее 2d=212 =24 мм.
При определении усилий в арматурных стержнях учитываем что прочность бетона на смятие более прочности древесины.
Пренебрегая (для упрощения расчета) работой сжатых арматурных стержней усилия в растянутых арматурных стёржнях производим для третьего сочетания нагрузок (постоянная +ветровая нагрузка).
Минимальная сжимающая сила
Изгибающий момент в заделке
Напряжения на подошве фундамента:
Минимальное напряжение растяжения:
Минимальное напряжение сжатия:
Зона смятия по подошве фундамента:
Работу на сжатие анкерной полосы расположенной со стороны сжатой грани колонны не учитываем вследствие податливости соединения на глухарях.
Усилие приходящееся на анкерную полосу находим из условия обеспечения равновесия узла.
Требуемая площадь двух арматурных стержней
Ставим два стержня d=12 мм для которых
Определим расчетную несущую способность вклеиваемых стершей на выдергивание по
Где диаметр отверстия;
коэффициент учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня который следует определять по
Принимая (предварительно) длину заделки стержня равной 300 мм получим
Следовательно несущая способность соединения достаточна
Вклеиваем арматурные стержни попарно с двух сторон.
Минимальные расстояния определяем в соответствии с правилами в [2]:
Окончательно принимаем: S1=30 мм. S2=40 мм.