Шмелёв Г.Н. Деревянные конструкции

Подождите немного. Документ загружается.

Наибольшее значение поперечной силы определим по формуле

( ) (3,96 14,4) 3,95

35,73 .

2 2

g S l

Q kH

  

  

Проверяем сечение верхнего пояса по нормальным напряжениям при

максимальном продольном усилии kHN 6,550



и соответствующем

изгибающем моменте мkHM





24,2 Предварительно вычислим радиус

инерции

, гибкость



и коэффициент



, учитывающий дополнительный

момент:

;4,132,4629,029,0 cмhr







;31

4,13

416





2 2

550,6 31

1 1 0,818,

3000 3000 1,5 646,8

R A







    

 

где

15 1,5 / .

R MПа кН см

 

Изгибающий момент с учетом деформации изгиба

224

273,84 .

0,818

М кН cм



   

Нормальное напряжение в приопорной панели верхнего пояса

550,6 273,84

0,85 0,31 0,91 / 9,1 15 .

646,8 4980,4

кН cм МПа R МПа

A W



         

Поскольку пролетный момент от распределенной нагрузки

( )

g S l





одинаков во всех панелях верхнего пояса, то суммарный максимальный

момент с учетом (

N e

 

) будет в той панели, где минимальное значение N, в

нашем случае в панели

, 195,4

DE N кН



Проверяем напряжение в сечении верхнего пояса при максимальном

изгибающем моменте и соответствующем продольном усилии .4,150 kHN



Максимальный изгибающий момент

2 2

( ) (3,96 14,4) 3,95

195, 4 0,06 35,28 11,72 23,56 .

8 8

g S l

M N kH м

  

        

Коэффициент, учитывающий дополнительный момент:

1 195,4 0,935.

3000 1,5 646,8



   

 

Изгибающий момент с учетом деформации изгиба:

2356

2519,8 .

0,935

М кН cм



   

Нормальное напряжение:

195, 4 2519,8

0,302 0,51 0,81 / 8,1 15 .

646,8 4980,4

кН cм МПа R МПа

A W



         

Проверяем касательные напряжения по формуле

35,73 3735

0,083 / 0,83 1,5 ,

115046 14

кН cм МПа R МПа





     



где высота поперечного сечения панели верхнего пояса по концам:

( / 2 )2 (46,2 / 2 6)2 34,2 .

h h e cм

    

Статический момент и момент инерции сечения

2 2

14 34,2

3735 ;

8 8

S см



  

3 3

14 46,2

115046 .

12 12

I см



  

Проверку устойчивости плоской формы деформирования сжато-изгибаемого

верхнего пояса фермы производим с учетом раскрепления его через каждые

2,4



. Максимальная продольная сила

550,6 .

N kH



Соответствующий

изгибающий момент

273,84

М кН cм

 

2 2

240

59; 2;

0,29 0,29 14

300 300

0,86;

140

140 14 1,13

2,78,

46,2

b k











   



  

 

  

где

1,13





(см. табл. 2 СНиП [1]). Согласно п.4 прилож. 4 СНиП [1]

2 2

550,6 273,84

( ) ( ) 0,66 0,00017 0,66 1,

0,86 1,5 646,8 2,78 1,5 49804

y c бр M И бр

N M

R A R W

 

      

   

т.е. устойчивость плоской формы деформирования панелей верхнего пояса

ферм обеспечена.

Подбор сечения раскосов

Сечения раскосов принимаем одинаковыми, производя проверку только

второго раскоса DL, как наиболее длинного (

475

см



) и нагруженного.

Из таблицы 5.2 kHN 5,125



. Принимаем ширину сечения как для

верхнего пояса

см



, а высоту cмh 4,263,38







;

6,3693,2614 cмbhA  ;

гибкость:

2 2

475 3000 3000

117 150; 0,22.

0,29 0,29 14 117

y y

 



      



Нормальное напряжение сжатия:

125,5

1,5 / 15 15 .

0,22 369,6

y бр

kH см МПа МПа





    



Подбор сечения стоек. Подбираем диаметр d растянутых стоек из

стальной арматуры класса А-I с резьбой по концам.

Для наиболее напряженной средней стойки (EL) наибольшее

растягивающее усилие kHN 1,139



(см. табл. 5.2). Требуемая площадь

сечения по резьбе:

139,1

7,73 ,

0,8 0,8 22,5

A cм

  



где

0,8



коэффициент концентрации напряжения по резьбе;

225 22,5

R МПа кН см

  - расчетное сопротивление арматурной стали.

Принимаем стержень диаметром 42мм и площадью сечения по резьбе

2 2

13,8 7,73 .

A cм cм

 

Для другой стойки (DM) наибольшее растягивающее усилие kHN 9,34



(см. табл. 5.2). Аналогично определяем требуемую площадь сечения по

нарезке:

34,9

1,94 .

0,8 0,8 22,5

A cм

  



Принимаем арматурный стержень диаметром 20мм с

2,18 .

A cм



Стойка CN, как и DM, выполняется из арматурного стержня диаметром

20мм.

5.2.4. Конструирование и расчет узлов

В опорном узле верхний пояс упирается торцом в стальной башмак,

состоящий из наклонной диафрагмы(4), приваренной к вертикальным

боковым фасонкам(11). Снизу фасонки приварены к опорной плите(1).

Толщина фасонок по 1см. Верхний пояс крепится к фасонкам болтами(2), а

нижний пояс(3) – сварными швами (рис. 5.3, а).

Проверяем напряжения смятия в торце верхнего пояса от сминающей

продольной силы kHN 6,550



. Высоту площади торца

cм

h определяем с

учетом эксцентриситета продольной силы

cмe 6



, т.е.

2 46,2 2 6 34,2 .

cм

h h e cм

     

Площадь смятия

8,4782,3414 cмbhA

cм



Напряжения смятия:

550,6

1,15 / 11,5 15 ,

478,8

cм

кН cм МПа R МПа



     

где

cм

R - расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон.

Количество болтов крепления верхнего пояса к боковым вертикальным

фасонкам устанавливается из условия восприятия действующей поперечной

силы. Болты рассчитывается как двухсрезные с учетом смятия под углом



к волокнам древесины.

Кроме того, в опорном узле требуется расчет толщины наклонной

диафрагмы и сварных швов.(см.пример 4.2.7)

231

140

100

h/2

d=20

а) в)

150 150 150

900

h/2

б)

11 11

140

г)

d=42

Рис. 5.3. Узлы треугольной клеедеревянной фермы:

а – опорный; б – коньковый; в – промежуточный; г – средний узел нижнего пояса; 1 –

опорная плита; 2 – болт; 3 – нижний пояс; 4 – наклонная диафрагма башмака; 5 – гайка;

6 – вкладыш; 7 – деревянная накладка; 8 – тяж; 9 – стальная пластина крепления; 10 –

пропил;11-вертикальные боковые фасонки

Коньковый узел решаем при помощи сварного симметричного вкладыша

треугольной формы. Наклон боковых сторон вкладыша обеспечивает

продольный лобовой упор торцов обеих панелей верхнего пояса фермы.

Парные деревянные накладки (70х160х900мм) крепятся конструктивно

болтам и диаметром 16мм (рис. 5.3 б) или рассчитываются как в пп. 2.8.

Промежуточные узлы верхнего пояса (рис. 5.3, в) решены с помощью

стальных элементов, позволяющих воспринимать усилия сжатых раскосов и

растянутых стоек. Сжатые раскосы крепятся к узлам при помощи лобовых

упоров и конструктивных болтов, а растянутые стойки по концам – гайками

и контргайками.

Проверка торца сжатого раскоса на смятие производится при действии

наибольшего продольного усилия (табл. 5.2) kHN 5,125



. Требуемая площадь

смятия:

125,5

83,7 .

1,5

A cм

  

где

15 1,5 /

R MПа кН см

  - расчетное сопротивление смятию древесины

вдоль волокон.

Принятые размеры сечения (ширина

см



, высота 11см) обеспечивают

площадь смятия больше требуемой

2 2

14 11 154 83,7 .

A bh cм см

    

Расчет металлических элементов и деталей крепления производят

согласно [2].

5.3. Пример. Сегментная клеедеревянная ферма

Спроектировать в качестве несущей конструкции покрытия сегментную

ферму системы ЦНИИСК с клееным верхним и металлическим нижним

поясами.

Исходные данные. Пролет фермы 23,7м, шаг несущих конструкций 6м.

Класс ответственности здания 1;



=1. Температурно-влажностные условия

эксплуатации А-1. Кровля утепленная из клеефанерных плит с одной верхней

обшивкой. Район строительства г.Казань.

5.3.1. Нагрузки. Нагрузки на ферму приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Наименования нагрузки

Нормативная

нагрузка, кН/м

Коэффициент

надежности по

нагрузке



Расчетная

нагрузка,

кН/м

Собственный вес плиты

Вес мягкой трехслойной кровли

Вес утеплителя и пароизоляции

Собственный вес ферм

,36

0,6

0,32

0,48

1,1

1,3

1,2

1,1

1,5

0,78

0,38

0,53

Итого

,76

3,19

Снеговая равномерно распределенная



Снеговая, распределенная по треугольнику



10,08

19,45

14,4

27,79

Примечания

1. Собственный вес фермы определяется при

2,5



по формуле

 

' 2,5 8,89

0,48 .

1000 2,5 23,7 1

q s

q кН м

K l



  

  

2. Расчетная снеговая нагрузка определяется по схеме 2 приложения 3 [3]:

0 1

' 2,4 6 1 14,4 ;

cos1,5 cos1,5 0 0' 1;

s s a кН м



 

      

   



0 2

" 2,4 6 1,93 27,79 ;

2 sin 3 2 sin3 25 36' 1,93.

s s a кН м



 

      

     



5.3.2. Геометрический расчет (рис. 5.4 б)

Радиус кривизны верхнего пояса фермы

2 2 2 2

( 4 ) / (8 ) (23,7 4 3,38 ) / (8 3,38) 22,46

м.

r l f f      

3 4

6 7



Рис. 5.4. Сегментная ферма:

а - расчетная схема; б - геометрические размеры (узлы см. на рис. 5.6.)

Длина хорды панели:

2 sin( / 2) 2 22,46 sin(12 48 / 2) 4,94 .

S n

l r м





      

Стрела выгиба панели:

( / 2) ( / 4) (2,47 / 2) (3 12 ) 0,136 .

f l tg tg м





    

Угол наклона хорды первой панели:

0 0 0

1 0

0,5 0,8 2 0,5 0,8 2 32 25,6 25 36 .

 



         

Длина панели нижнего пояса 1/4 = 23,7/4=5,925м.

Длина раскосов:

2 2 2 2

3 3 0

(0,5 ) ( ) 2,47 3,244 4,07 ;

D l f f м

     

2 2

(5,925 0,5 4,94) 3,24 4, 73 ;

D м

    

2 2

(5,925 4,45) 2,13 2,59 ;

D м

   

1 1

4,94 cos 4,94 0,9018 4,45;



    

.13,24321,094,4sin94,4





Углы наклона элементов фермы представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4

Угол

Величина

sin α cos α



25 36'



,4321

0,9018



25 36'



0,2198

0,9755



25 36'



0,8221

0,5693



25 36'



0,6845

0,7290



25 36'



0,7955

0,6060



25 36'



0,9950

0,1030



25 36'



0,1582

0,9874



25 36'



0,3746

0,9272

2 2

 



25 36'



0,5080

0,8620

5.3.3. Определение усилий.

Статический расчет фермы ведется по общим правилам строительной

механики на персональных ЭВМ с использованием стандартных программ

(например, «ЛИРА», «SCAD», «STARK» и др.). Все полученные усилия

сводим в таблицу 5.5.

Значения

в панелях верхнего пояса определяем следующим

образом:

в панели 1-2:

1 1

25,4 ;

M N f кН м

    

в панели 2-3:

2 0

23,3 ;

M N f кН м

    

в панели 3-4:

3 0

30,2 .

M N f кН м

    

90-





















Рис. 5.5. Схемы к расчету усилий в стержнях фермы: 1-8-узлы

Усилия в элементах фермы

Таблица 5.5

№

стерж-

ня

Обозна-

чение

усилий

Усилия от

постоян-

ной

нагрузки

q=3,19

кН/м

Усилия от снеговой нагрузки

Расчетное сочетание

усилий

'=14,4

кН/м

s''=27,79 кН/м

на всем

пролете

справа

на всем

полете

слева

3+4

(5,6,7)

3+5

(5,6,7)

1-2

-46,8 -186,48 -165,9 -146,7 -38,45 -233,28 -212,7

37,1 147,61 114,9 97,85 - - -

-6,4 -25,4 -22,6 -20 -5,2 - -



30,7 122,2 92,3 77,9 -5,2 152,9 123,0

2-3

-42,8 -170,6 -113,52 -91,21 -44,64 -213,4 -156,3

37,1 147,61 114,91 97,85 - - -

-5,8 -23,2 -15,4 -12,4 -6,1 - -



31,2 124,4 99,5 85,4 -6,1 155,6 130,7

3-4

-55,8 -222,31 -126,88 -84,6 -84,6 -278,1 -182,7

q s

29,8 118,7 42,07 28,1 28,1 - -

-7,6 -30,2 -17,3 -11,5 -11,5 - -



22,2 88,5 24,8 16,6 16,6 110,7 47,0

N 35,4 141,2 114,06 98,57 30,99 176,6 -149,5

N 53,8 214,35 126,9 96,45 60,94 268,2 180,7

N 7,9 31,54 -13,68 -23,43 19,51 39,5 27,41

N -19,9 -79,2 -32,87 -19,9 -25,93 -99,1 -52,7

N 3 12 0 -17,89 35,67 15 38,67

Примечания

1. Усилия в графе 3 вычислены путем умножения усилий из графы 4 на

коэффициент К=g/s

, равный в данном примере 0,221.

2. Значения



получены путем сложения

3. Расчетные сочетания усилий выполняются путем сложения постоянной

и одной из снеговых нагрузок с коэффициентом сочетания 1 (графа 8).

5.3.4. Подбор сечения элементов

Ширину сечения верхнего пояса и элементов решетки принимаем

одинаковой. Подбираем ширину b из условия предельной гибкости

пр



= 150.

Для самого длинного раскоса

, у которого

= 4,73 м,

min

пр



4,73/150 = 0,03м;

min

=0,03/0,29=0,11м. С учетом конструктивных требований

к опиранию панелей

min

= 14 см из доски шириной 15 см.

Подбор сечения верхнего пояса. Из таблицы 5.5 видно, что расчетной

является первая панель при снеговой нагрузке s". Пользуясь приближенной

формулой, определяем:

).7,0/(

max Итр

RMW 

Знаменатель вычисляется по интерполяции при значениях





Принимаем древесину 2-го сорта, доски сечением 3,3х14 (после

острожки) с расчетным сопротивлением

15 / .

c И

R R мПа см

 

Из таблицы 5.5 выбираем сочетание усилий N=-278,1 кН·м, М=152,9

кН·м, тогда

2 3

152,9 10 / (0,7 1,5) 3619,05 .

тр

W см

   

Требуемая высота сечения:

.38,3914/05,36196/6 смbWh

тртр



Количество слоев в клееном элементе при толщине досок 3,3см

n = 39,38/3,3=11,9 слоев; принимаем 12 слоев. Тогда h=3,3·12=39,6см.

Геометрические характеристики сечения:

.04,365596/6,3914;4,5446,3914

322

смWсмbhA 

Гибкость

x x x

l r





=4,94/(0,29·0,396)=43<120;

2 2

3000 / 3000 / 43 1,62.

 

  

Коэффициент

1 / ( ) 1 228,38 / (1, 62 1,5 554, 4) 0,83,

N R A

 

      

тогда

/ 38 / 0,83 45,78 ;

M M кН м



   

2 2

/ / 228,38 / 554,4 45,78 10 / 3659,04 1,66 1,5 / .

N A M W кН см



      

Условие не выполняется на 11% поэтому увеличиваем высоту сечения

до 14 слоев.

Тогда h=3,3·14=46,2см. Геометрические характеристики сечения

.36,49806/2,4614;8,6462,4614

322

смWсмbhA 