Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций

   

 

   Принимая  расстояние между упорными пластинками  в арке , находим величину изгибающего момента в валике:

   

   Требуемый момент сопротивления валика

   

;

   Принимаем валик диаметром d=75 мм. (W=41,4 см³ > 41,29 см³).

   Проверяем валик на срез по формуле

   

.

   Принятый  валик удовлетворяет  требованиям прочности.

   Толщину упорных пластин принимаем из условия смятия. Общая толщина  пластин в арке и опорном башмаке должна быть не менее

   

   Принимаем толщину пластин в арке равной 16 мм., а в опорном башмаке- 32 мм.

   Торец арки проверяем на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной  продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию (R_СМ=14 МПа). Усилие от шарнира передается на башмак длиной l_б=600 мм. через гнутый швеллерный профиль двумя боковыми ребрами.

Площадь смятия торца арки под швеллером

Условие прочности

Прочность обеспечена.

На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия N_б, вызываемые поперечной силой:

.

Необходимый диаметр  болта определяем, исходя из его  несущей способности, по изгибу:

.

При n=2 (два болта) имеем

.

Принимаем конструктивно  два болта d=16 мм.

Упорную плиту  башмака рассчитываем как балку  на опорах, загруженную в середине пролета силой N. Максимальный изгибающий момент в такой балке

где l₁=120 мм.- расстояние между боковыми пластинами опорного башмака.

Принимая ширину плиты b₁=400 мм., находим требуемую толщину по формуле

.

Принимаем толщину  плиты равной 34 мм.

Размеры опорной  плиты башмака назначаем из условия  смятия опорной деревянной подушки  под действием максимальной опорной реакции: A=263,55 кН, т.е.

.

Принимая B=240 мм., найдем, что

.

Принимаем L=400 мм. Толщина опорной плиты назначают из условия работы ее на изгиб. Опасными являются консольные участки для которых изгибающий момент

.

Толщина опорной  плиты должна быть не менее

.

Принимаем .  Сварные швы, соединяющие детали узла между собой, рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП II-23-81^*. Нормы проектирования. Стальные конструкции.

   Коньковый узел.

   Коньковый узел в целях унификации выполняем  аналогично опорному, т.е. тоже с применением  валикового шарнира. Усилия: в узле N=461,213 кН, Q=49,612 кН.

   Расчет  валикового шарнира на изгиб и  упорных пластин на смятие производим на равнодействующую усилий N и Q в шарнире:

   

 

   

   Рис.5 – схема конькового узла. 

   Принимая  расстояние между упорными пластинками  в арке , находим величину изгибающего момента в валике:

   

   Требуемый момент сопротивления валика

   

;

   Принимаем валик диаметром d=75 мм. (W=41,4 см³ > 35,9 см³).

   Проверяем валик на срез по формуле

   

.

   Принятый  валик удовлетворяет  требованиям прочности. 

   Толщину упорных пластин принимаем из условия смятия. Общая толщина  пластин в арке и опорном башмаке должна быть не менее

   

   Принимаем толщину пластин в левой полуарке равной 14 мм., а в правой- 28 мм. 

   Торец арки проверяем на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной  продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию (R_СМ=14 МПа). Усилие от шарнира передается на башмак длиной l_б=600 мм. через гнутый швеллерный профиль двумя боковыми ребрами.

Площадь смятия торца арки под швеллером

Условие прочности

Прочность обеспечена.

На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия N_б, вызываемые поперечной силой:

.

Необходимый диаметр  болта определяем, исходя из его  несущей способности, по изгибу:

.

При n=2 (два болта) имеем

.

Принимаем конструктивно  два болта d=16 мм. 

 

5. Расчет стойки. 

   В целях  унификации принимаем для стойки те же доски что использовались для  проектирования арки =42 мм. и шириной 192 мм. (что соответствует не строганным стандартным доскам 200x50 мм.). Задаемся высотой сечения в пределах . В соответствии с этими размерами принимаем 24 доски =42 мм., итого .

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис.6 – сечение колонны. 

   Расчет  рамы будем производить по схеме  приведенной на рис.7

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис.7 – расчетная схема рамы. 

   Для расчета  найдем усилия M,N,Q, для этого найдем горизонтальные составляющие ветровой нагрузки W и W^/.

   Горизонтальные  составляющие:

   

,

   

.

   Вертикальные  составляющие:

   

,

   

.

Усилие N будет представлять собой сумму усилий от постоянной нагрузки =198,45 Кн, снеговой нагрузки =65,1 кН и собственного веса колонны .

.

Находим значение ветровой нагрузки действующей на колонну:

• слева ;
• справа .

 

Находим усилие, передающееся на стойку , где

;

.

Находим значения моментов и поперечных сил в правой и левой стойках. Расчет будем  производить по схеме показанной на рисунке 9:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис.9 – расчетная схема стойки.

–левая стойка

       ;

       . 

–правая стойка

       ;

       . 

Геометрические  характеристики для  принятого сечения

Площадь сечения  ;

Момент сопротивления  ;

Момент инерции  ;

Радиус инерции  ;

Гибкость  .

   Проверка  прочности сечений.

   Проверяем прочность наиболее нагруженного сечения (с максимальным изгибающим моментом) т.е. сечения на опоре, где M=143,63 кН м, N=280,65 кН.

   Находим значение коэффициента , для чего сначала подсчитываем коэффициент по формуле

   

   

   Проверяем прочность сечения по формуле

   

   

   Вывод: Прочность сечения обеспечена. 

   Проверяем клеевые швы на скалывание:

   

   

   Вывод: Прочность клеевых швов на скалывание обеспечена.

Проверяем устойчивость стойки в плоскости рамы

   Проверку  устойчивости будем производить  на момент M=143,63 кН/м и продольную силу N=280,65кН по схеме приведенной на рис.10. 
 

    Рис.10 – расчетная  схема стойки. 

   

   Подсчитываем  коэффициенты:

   

 при гибкости 

   

   (коэффициент  k_ф принят равным 2,45).

   Находим

   Проверяем устойчивость арки

   

   Вывод: Устойчивость стойки в плоскости рамы обеспечена. 

 

Проверяем устойчивость арки из плоскости:

    Проверку устойчивости будем производить продольную силу N=280,65 кН по схеме приведенной на рис.11.

   Рис.11 – расчетная схема стойки 

   

 

   Находим необходимые характеристики:

     момент  инерции 

     радиус  инерции 

     гибкость 

     коэффициент продольного изгиба

   

   Вывод: Прочность стойки из плоскости рамы обеспечена. 

 

   Крепление стойки к фундаменту

 

   Принимаем жесткий узел крепления стойки к  фундаменту с помощью анкерных болтов (рис.12 ).

   Расчет  производим на продольную силу N=280,65 кН. и момент М=143,63 кН*м.

   Находим ,

   где

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис.12 – крепление стойки к фундаменту. 

   Проверяем прочность торца колонны на смятие:

   

.

   Принимаем под фундамент бетон класса В 15 c R_c=11 МПа.

   Находим требуемую площадь сечения анкера

   

.

   Принимаем анкерный болт диаметром 26 мм. ( )

Проверяем прочность  анкерного соединения

.

Вывод: прочность обеспечена.