Курсовой проект по деревянным конструкциям

 

       Нагрузки на колонну:

       От ограждающих конструкций покрытия:

расчетный пролет l = l_св – h_к = 15 - 0,396= 14,604 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 (клеедощатой балки):

.

       Собственный вес балки определяется по формулам:

       От стен:

G_ст = g_ст (H + h_оп^/) S = 0,346∙(5 +1,127) ∙5 = 10,5997 кН/м²

       Ветровая нагрузка, действующая на раму:

W_m = w₀ ∙ k ∙ c, w₀ = 0,3 кН/м²

          Для здания размером в плане 15×41,8 м

с_в = 0,8; b/l =41,8/15 =2,7867  > 2;

h₁/l = (5+0,957+0,17)/15 = 0,41, следовательно с_е3 = -0,5.

       При Z = 6,127 м;

W_{m акт} = 0,3 ∙ 0,5338 ∙ 0,8 = 0,1281 кН;

W_{m от} = 0,3 ∙ 0,5338 ∙ 0,5 = 0,08 кН.

        При Z = 5 м; k = 0,5:

W_{m акт} = 0,3 ∙ 0,5 ∙ 0,8 = 0,12 кН;

W_{m от} = 0,3 ∙ 0,5 ∙ 0,5 = 0,075 кН.

       Ветровая нагрузка, передаваемая от покрытия, расположенного вне колонны:

W_акт = 0,224 ∙ S ∙ h^/_оп = 0,224 ∙3,8 ∙1,127 = 0,9593 кН;

h^/_оп = 0,957 + 0,17 =1,127 м;

W_от =0,14 ∙ S ∙ h^/_оп = 0,14 ∙3,8∙1,127 =0,5996 кН.

       Нагрузки от ветра:

q_акт = 0,193 ∙ S = 0,193 ∙3,8=0,7334 кН/м;

q_от = 0,121 ∙ S = 0,121 ∙3,8= 0,4598 кН/м.

3.3 Определение  усилий в колонне.

       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.

       Определение изгибающих моментов (без учета коэффициентов сочетаний):

от ветровой нагрузки: усилие в ригеле

  изгибающий момент в уровне верха фундамента:

        

       

       От внецентренного приложения нагрузки от стен:

эксцентриситет  приложения нагрузки от стен:

;

изгибающий  момент, действующий на стойку рамы:

;

усилие  в ригеле (усилие растяжения):

;

изгибающие  моменты в уровне верха фундамента:

;

.

       Определение поперечных сил (без учета коэффициентов сочетаний):

от ветровой нагрузки:

;

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_n = 0,95:

3.4 Расчет  колонны

3.4.1 Расчет  на прочность по нормальным  напряжениям

       Расчет производится на действие N и M при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле п. 4.16 СНиП ІІ-25-80:

М = 12,1836 кН∙м; N = 77,6516 кН

       Расчетная длина (в плоскости рамы):

Н₀ = 2,2 · Н = 2,2 · 5 = 11 м

       Площадь сечения колонны:

F_нт @ F_бр = h_к · b_к = 0,21 · 0,396 = 8,316 · 10^-2 м².

       Момент сопротивления:

м³.

       Гибкость:

;

.

       При древесине третьего сорта и при принятых размерах сечения по табл. 3 СНиП ІІ-25-80 принимаем R_c = 11 МПа. С учетом m_н, m_сл = 1 и коэффициента надежности γ_n = 0,95 получим:

МПа.

                                                         

,                                                               (3.1)

                                                                

,                                                                  (3.2)

       При эпюре моментов треугольного очертания (по СНиП ІІ-25-80*) вводится поправочный коэффициент к ξ:

.

       В данном случае эпюра момента близка к треугольной:

 кН· м;

мПа < 13,89 МПа.

       Оставляем принятое ранее сечение, исходя из необходимости ограничения гибкости.

3.4.2 Расчет  на устойчивость плоской формы деформирования

       Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле СНиП ІІ-25-80. Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн. Тогда

l_р = Н, l₀ = Н.

                                         

,                                                   (3.3)

       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 СНиП ІІ-25-80):

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:

       Следовательно, устойчивость обеспечена.

3.4.3 Расчет  на устойчивость из плоскости  как центрально-сжатого стержня.

φ = 0,557 (см. расчет на устойчивость плоской формы деформирования);

N = 73,139 кН (для второго сочетания нагрузок):

                                                               

,                                                             (3.4)

F_расч = F_нт = F_бр = 8,316 ∙ 10^-2 м²;

R_c = 11/0,95 = 11,57 МПа

МПа < 11,57 МПа.

       Устойчивость обеспечена.

3.5 Расчет  узла защемления колонны в  фундаменте.

       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. 3.1). 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 наружних 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 (рис. 3.2)

                                          

:  ;                                                      (3.5)

:   .

Схема действия сил на колонну (фундамент условно  отброшен и действие его на колонну  заменено силами N₀ и D₀) 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.2

       Из расчета колонны на прочность по нормальным напряжениям имеем:

.

кН∙м

       При N = 31,2227 кН; M_д =9,3475 кН∙м; R_см = 13,89 МПа; b_к =0,21 м; h_к = 0,396 м получим:                                                              

N_а = 0,00992 кН;

х = 0,0283 м.

Требуемая площадь арматурных стержней ( МПа) определяется:

                                                                       

,                                                                        (3.6)

см²