Курсовой проект по деревянным конструкциям

Продолжение табл. 3.1 

 

       Нагрузки на колонну:

• От ограждающих конструкций покрытия:

      Определяем  расчетный пролет l = l_св – h_к = 19 - 0,396= 18,604 м

       Полная ширина покрытия здания:

 м

          где l_св – пролет здания в свету;

                d_ст – толщина стены;

                 а_к – вылет карниза.

.

• От снега:

.

• От веса ригеля (дощато-клееной балки):

.

• От стен:

G_ст = g_ст (H + h_оп^/) S = 0,244∙ (5 +0,768) ∙4,8 = 6,755 кН

• Ветровая нагрузка, действующая на раму с учетом шага колонн 4,8м:

Ветровая  нагрузка, расположенная вне колонны

      Нагрузки  от ветра

 

3.1.2 Определение усилий  в колоннах

     Поперечную  раму однопролетного здания, состоящую из двух колонн, жестко защемленных в фундаментах и шарнирно соединенных с ригелем в виде балки, рассчитывают на вертикальные и горизонтальные нагрузки (рис. 3.1). Она является однажды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля (условное допущение) за лишнее неизвестное удобно принять продольное усилие в ригеле, которое определяют по известным правилам строительной механики. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 3.1 расчетная схема рамы

• Определение изгибающих моментов (без учета коэффициентов сочетаний):

     От ветровой нагрузки: усилие в ригеле

                              

                           (3.1)

     

       Изгибающий момент в уровне верха фундамента:

                                               

                                           (3.2)                               

                                               

                                               (3.3)

            От внецентренного приложения нагрузки от стен: вычислим эксцентриситет приложения нагрузки от стен:

;

изгибающий  момент, действующий на стойку рамы:

                                                          

                                                                    (3.4)

усилие  в ригеле (усилие растяжения):

                                                

                            (3.5)

изгибающие  моменты в уровне верха фундамента:

                                                           

                                                   (3.6)

                                                             

                                                    (3.7)

.

• Определение поперечных сил (без учета коэффициентов сочетаний):

от ветровой нагрузки:

                                                      

                                                     (3.8)

от внецентренного приложения нагрузки от стен:

.

• Определение усилий в колонне с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний.

       ПЕРВОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:

Моменты на уровне верха фундаментов:

;

;

.

       Для расчета колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения:

       ВТОРОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:

       ТРЕТЬЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:

Изгибающие моменты в уровне верха фундамента:

;

;

Поперечная сила:

нормальную  силу (продольную силу) определяют при  γ_fi = 0,9:

                                             

                                              (3.9)

      

 
 
 
 

3.1.4 Расчет колонны

      Расчет  производится на действие N и M при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле п. 4.16 [1]:

      М = 16.34 кН∙м; N = 125 кН

     Расчетная длина (в плоскости рамы):

      l₀ = 2,2 · Н = 2,2 · 5 = 11 м

     Площадь сечения колонны:

      F_нт @ F_бр = h_к · b_к = 0,2 · 0,396 = 7.92 · 10^-2 м

      Момент  сопротивления:

      

м³.

     Определяем  гибкость:

;

.

     При древесине третьего сорта и при  принятых размерах сечения по табл. 3 [2] принимаем R_c = 11 МПа. С учетом m_н, m_сл = 1 и коэффициента надежности γ_n = 0,95 получим:

МПа.

      Следовательно, получим 

      Прочность по нормальным напряжениям проверяем  по формуле

                                                         

,                                                               (3.10)

      где М_д определяем по формуле

                                                                

,                                                                  (3.11)

      При эпюре моментов треугольного очертания (по [1]) вводится поправочный коэффициент к ξ:

.

     В данном случае эпюра момента близка к треугольной:

 кН· м;

мПа < 13,89 МПа.

     Следовательно, прочность обеспечена. Оставляем принятое ранее сечение, исходя из необходимости ограничения гибкости.

       Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле 33 [1]. Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн. Тогда

l_р = Н, l₀ = Н.

      Устойчивость проверяем по формуле

                                           

,                                                   (3.12)

      где - коэффициент продольного изгиба

     Показатель  степени n=2 как для элементов, не имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования:

R_и = R_с = 13,89 МПа;

;

;

.

     Применительно к эпюре моментов треугольного очертания (см. табл. 2, прил. 4 [2]):

k_ф = 1,75 - 0,75 ∙ d = 1,75 - 0,75 ∙ 0 = 1,75;

     d = 0, так как момент в верхней части колонны равен 0. Подставив все полученные значения в формулу (3.11), получим

       Следовательно, устойчивость обеспечена.

       Выполняем расчет на устойчивость из плоскости как центрально-сжатого стержня.

φ = 0,4 (см. расчет на устойчивость плоской формы деформирования); N = 129,4 кН (для второго сочетания нагрузок) по формуле

                                                          

,                                                             (3.13)

     где F_расч = F_нт = F_бр = 7,92 ∙ 10^-2 м²; 

             R_c = 11/0,95 = 11,57 МПа – расчетное сопротивление сжатию, табл. 3 [2]/

МПа < 11,57 МПа.

       Устойчивость обеспечена. 
 

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНОГО УЗЛА

Принимаем решение узла защемления колонны  в фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В25 (R_в > R_с = R_см = 13,89 МПа), из которой выпущены 4 стержня арматуры периодического профиля из стали класса А-ІІ (рис. 3.2). Вклеивание арматурных стержней в древесину осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея ЭПЦ-1.

Конструкция узла защемления колонны 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.1

     Предварительно  принимаем диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диаметр отверстия будет:

      d_отв = d_а + 5 = 18+5 = 23 мм

      Расстояние  между осью арматурного стержня до наружных граней колонны должно быть на менее 2d_а : а = 2∙18 = 36 мм. При определении усилий в арматурных стержнях учитываем, что прочность бетона на смятие больше прочности древесины.

      Пренебрегая (для упрощения расчета) работой  сжатых арматурных стержней, усилия в  растянутых арматурных стержнях находим, используя два условия равновесия

                                                

:  ;                                            (3.14)