Исходные данные 4 страница

Расчетный изгибающий момент от внеузловой распределенной нагрузки в середине опорной панели определяем как в однопролетной балке

M = q _р l ²_нcos² α/8 = 9,31×5,87²×0,9487²/8 = 36,1 кН×м.

Площадь поперечного сечения элемента

F _расч = bh = 150×450 = 6,75×10⁴ мм²;

момент сопротивления

W = bh ²/6 = 150×450²/6 = 5,06×10⁶ мм³;

расчетные сопротивления

R _и = R _с = R _см = 15 m _в/γ _n = 15×0,9/0,95 = 14,2 МПа;

для древесины 2-го сорта. Аналогично для древесины 3-го сорта - 10,4 МПа:

λ₀ = l ₀/ r = 587/(0,289×45) = 45;

λ = μλ₀ = 1,18×45 = 53,

где

= = 1,18 СНиП II-25-80, формула (12);

K _св = 1,4/(δ b _пл) = 1,4/(1,2×15) = 0,08;

φ = A /λ² = 3000/53² = 1,06;

ξ = 1 - N /(φ R _с F _бр) = 1 - 192,7×10³/(1,06×14,2×6,75×10⁴) = 0,81;

M _д = M /ξ = 36,1/0,81 = 44,6 кН×м;

W _расч = WK _ω = 5,06×10⁶×0,85 = 4,3×10⁶ мм³.

Проверяем максимальное напряжение в опорной панели по формуле (28) СНиП II-25-80

N / F _расч + M _д/ W _расч = 192,7×10³/6,75×10⁴ + 44,6×10⁶/4,3×10⁶ = 13,4 < R _с = 14,2 МПа.

Для коньковой панели принимаем сечение из двух брусьев 3-го сорта общей высотой h = 30 см и шириной b = 15 см.

F _бр = 150×300 = 4,5×10⁴ мм²;

изгибающий момент от нагрузки в середине пролета

M_q = q _р l ²_пcos² α/8 = 9,31×351²×0,948²/8 = 12,9 кН×м;

разгружающий момент от продольной силы в середине пролета коньковой панели

M _с = Ne = 127,1×0,0375 = 4,77 кН×м;

максимальный изгибающий момент M_x = 8,6 кН×м с учетом разгружающего момента, имеющего треугольную форму, не совпадает с серединой пролета, а находится на расстоянии 1,97 м от левой опоры:

F _бр = 150×300 = 4,5×10⁴ мм²; W = 150×300²/6 = 2,25×10⁶ мм³;

λ₀ = l ₀/ r = 351/(0,289×30) = 40,5; λ = μλ₀ = 1,17×40,5 = 47,4;

μ определяем по СНиП II-25-80, формула (12)

φ = 3000/47,4² = 1,34;

ξ = 1 - N /(φ R _с F _бр) = 1 - 127,1×10³/(1,34×10,4×4,5×10⁴) = 0,797;

N / F _расч + M_x /(ξ WK _ω) = 127,1×10³/4,5×10⁴ + 8,6×10⁶/(0,797×2,25×10⁶×0,85) = 8,46 < R _с = 10,4 МПа.

Элементам опорной и коньковой панелей придается выгиб, равный 1/200 l _п.

Брусья верхнего пояса соединяем сквозными березовыми пластинками толщиной 12 мм и длиной 58 мм. Шаг между пластинками S = 10δ = 120 мм. Несущая способность одного нагеля (СНиП II-25-80, п. 5.29):

T = 0,75 b _пл = 0,75×15 = 11,25 кН.

Требуемое количество пластинок в опорной панели определяем по формуле (45)

n _пл = 1,2 MS _бр/(ξ I _бр T) + kN / T = 1,2×36,1×10⁶×4/(0,81×3×450×11,25×10³) + 0,2×192,7×10³/11,25×10³ = 17,2 шт.,

принимаем

п _пл = 0,4 l / S = 0,4×5870/120 = 19 > 17,2 шт.

Здесь значение k = 0,2 принято по условиям упора верхнего конца опорной панели только средним брусом.

Для коньковой панели требуемое количество пластинок n _пл = 12 шт. определяем аналогично из условия упора в опорную панель только нижнего бруса.

Нижний растянутый пояс фермы проектируем из арматурной стали периодического профиля класса А-III в виде одиночного тяжа.

Сечение тяжа определяем по формуле

F = N γ _n / R _р = 182,45×10³×0,95/375 = 463 мм²,

принимаем тяж диаметром 25 мм, F = 491 > 463 мм².

На конце одиночного тяжа для соединения его с парными тяжами опорного узла фермы приварен наконечник с резьбой из той же стали. Требуемая площадь нетто наконечника составляет 579 мм², принимаем его диаметр 32 мм с площадью сечения нетто 640 мм².

Наконечники привариваем к тяжу с помощью накладок из арматурной стали А-III.

Требуемая площадь сечения парных тяжей в башмаке опорного узла составляет 545 мм², принимаем 2 тяжа диаметром 20 мм с площадью сечения 628 мм².

В целях унификации сжатые раскосы выполняем из брусьев 3-го сорта сечением 150 ´ 150 мм:

l ₀ = 382, см, r_x = r_y = 0,289 h = 4,35 см,

λ = l _о/ r_x = 382/4,35 = 88, φ = A /λ² = 3000/88² = 0,386.

Проверяем раскос на устойчивость:

N = 51,25 кН; F _расч = 150² = 2,25×10⁴ мм²;

N /(φ F _расч) = 51,25×10³/(2,25×10⁴×0,386) = 5,9 < R _с = 10,4 МПа.

Напряжения смятия верхнего пояса фермы от торца раскоса

σ_см = N / F _см = 51,25×10³/2,25×10⁴ = 2,2 < R _смα = 6,3 МПа при α_см = 43°.

Растянутую стойку проектируем из арматурной стали класса А-III в виде одиночного тяжа, требуемая площадь сечения которого 135 мм²; принимаем тяж диаметром 14 мм с площадью сечения 154 мм². Наконечники к тяжам принимаем диаметром 18 мм.

Расчет узлов фермы

Опорный узел (рис. 41, а)

Требуемая площадь смятия в опорном узле под пластиной, передающей усилие от нижнего пояса на верхний,

F _см = N / R _смα = 182,45×10³/12,6 = 1,45×10⁴ мм²,

где R _смα - расчетное сопротивление смятию древесины 2-го сорта под углом α = 18°26 ' к волокнам с учетом коэффициентов m _в и γ _n, определяется по формуле (2) СНиП II-25-80.

Ширина пластины равна ширине пояса 150 мм, тогда высота пластины h _пл = 1,45×10⁴/150 = 97 мм; конструктивно принимаем высоту пластин h _пл = 250 мм, F _см = 150×250 = 3,75×10⁴ мм².

Давление на 1 мм² пластины составляет:

q = N / F _см = 182,45×10³/3,75×10⁴ = 4,86 Н/мм²;

максимальный погибающий момент в пластине на 1 мм ее ширины

M = ql ²_р/12 = 4,86(150 + 10×2/2)²/12 = 9,74×10³ Н×мм;

требуемый момент сопротивления пластины

W ^треб = M γ _n /(R_y γ_с) = 9740×0,95/(245×0,95) = 39,8 мм².

где R_y - расчетное сопротивление по пределу текучести стали ВСт3пс.

Принимаем пластину толщиной 18 мм, момент сопротивления которой W = 1×18²/6 = 54 мм² > 39,8 мм³.

Сварку упорной пластины с боковыми пластинами башмака производим сплошным двусторонним швом толщиной 8 мм. Парные тяжи привариваем двусторонним швом толщиной 10 мм, длиной 10 см.

Требуемая площадь смятия опорной плоскости

F _см = A γ _n /(m _в R _смα) = 82,85×10³×0,95/(0,9×3,2) = 2,74×10⁴ мм²,

где R _смα - расчетное сопротивление древесины смятию при α = 90° - 18°16 ' = 71°34 '. Требуемая ширина площадки смятия a = F _см/ b = 2,74×10⁴/150 = 182 мм, принимаем a = 200 мм.

Рис. 41. Узлы металлодеревянной треугольной фермы

а) опорный узел; б) коньковый узел; в) средний узел нижнего пояса; 1 - парные тяжи диаметром 20 мм; 2 - наконечник диаметром 28 мм; 3, 4 - полоса 150 ´ 110 ´ 10; 5 - уголок 125 ´ 80 ´ 10; 6 - антисептированная подкладка; 7 - упорная стенка башмака 250 ´ 190 ´ 18; 8 - полоса 250 ´ 110 ´ 10; 9 - крепежные винты; 10, 11 - болты диаметром 16 мм; 12 - деревянная накладка 70 ´ 150 ´ 930; 13 - тяж диаметром 14 мм; 14 - шайба 110 ´ 110 ´ 10; 15 - уголок 125 ´ 80 ´ 10; 16 - пластина; 17 - валик диаметром 36 мм; 18 - болт диаметром 16 мм; 19 - полоса 310 ´ 100 ´ 18; 20 - тяж диаметром 25 мм

Коньковый узел (см. рис. 41, б)

Требуемая площадь шайбы для передачи усилия отрастянутой стойки верхнему поясу из условия смятия

F _ш = N γ _n /(m _в R _смα) = 53,3×10³×0,95/(0,9×3,2) = 1,76×10⁴ мм²,

принимаем шайбу из стали ВСт3пс размером 140 ´ 140 мм, с площадью нетто 1,94×10⁴ мм². Толщину шайбы определяем из условия ее изгиба и принимаем 10 мм.

Узел нижнего пояса (см. рис. 41, в)

Металлические детали, входящие в узловое соединение, выполняются из стали ВСт3пс. Сечение уголков по расчету на растяжение принято 125 ´ 80 ´ 10 мм, а сечение приваренных к тяжам полос - 310 ´ 100 ´ 18 мм. Соединение полос с уголками осуществляется с помощью валиков, диаметр которых определяем из условия изгиба и принимаем 36 мм.

6.37. Гнутоклееные деревянные арки, как правило, следует проектировать кругового очертания постоянного прямоугольного сечения с соотношением стрелы подъема к пролету свыше 1/6 и ширины к высоте сечения свыше 1/8.

Очертание стрельчатых трехшарнирных арок определяется из условий обеспечения заданного внутреннего габарита здания; при этом стрелу подъема полуарок рекомендуется принимать 1/12 - 1/15 длины хорды полуарки.

Рекомендуемые схемы, пролеты и другие геометрические параметры арок представлены в табл. 1.

6.38. Расчет и проектирование арок следует производить по правилам строительной механики и в соответствии со СНиП -II-25-80, пп. 6.25 – 6.27.

6.39. Опорное давление и распор от арок в зависимости от конструкции здания воспринимаются отдельными фундаментами или железобетонными, каменными несущими конструкциями здания, а также стальными затяжками.

Опирание арок на фундаменты или несущие конструкции здания и сопряжение в коньке могут осуществляться:

а) непосредственным упором части торцовой поверхности, центрированной по оси арки; при этом фиксация опорных участков арки в проектном положении осуществляется с использованием специальных стальных соединительных элементов (пластин, уголков, швеллеров);

б) через стальной шарнир.

6.40. Площадки, передающие усилие распора в торцы арки, должны быть ориентированы нормально к ее оси.

В арках с затяжками пролетом более 30 м одна из опор устраивается подвижной.

Распор пологих двухшарнирных арок при стреле подъема до 1/4 l разрешается определять, как в трехшарнирных.

6.41. Расчет арок на прочность производится при следующих сочетаниях нагрузок:

а) в пологих арках (f < 1/3 l);

расчетная постоянная и временная (снеговая) нагрузки на всем пролете и временная нагрузка от подвесного оборудования;

расчетная постоянная нагрузка на всем пролете, односторонняя временная (снеговая) нагрузка на половине пролета и временная нагрузка от подвесного оборудования;

расчетная постоянная нагрузка на всем пролете, односторонняя временная (снеговая) нагрузка, распределенная по треугольнику на половине пролета (СНиП II-6-74, табл. 5, п. 2), и временная нагрузка от подвесного оборудования;

б) в стрельчатых арках (f ≥ 1/3 l) - расчетная постоянная и временная (снеговая) нагрузки на всем пролете и временная нагрузка от подвесного оборудования;

расчетная постоянная нагрузка на всем пролете, временная (снеговая) на половине пролета или части его в соответствии со СНиП II-6-74 и временная нагрузка от подвесного оборудования;

ветровая нагрузка с постоянной и остальными временными нагрузками.

6.42. При расчете двух- и трехшарнирных арок на несимметричную нагрузку, разбиение последней на симметричную и кососимметричную составляющие производится по всему пролету арки.

6.43. Расчетным сечением арки для каждого сочетания нагрузок при расчете на прочность является сечение с наибольшим изгибающим моментом, для которого определяется также нормальная сила; проверка нормальных напряжений в нем от сжатия с изгибом производится в соответствии со СНиП II-25-80, пп. 6.25 – 6.27.

Пример 1. Запроектировать трехшарнирную дощатоклееную арку кругового очертания для покрытия отапливаемого спортивного здания.

Рис. 42. Поперечный разрез и план арочного покрытия

Кровля из оцинкованной стали; Плиты покрытия размером 1, 5 ´ 5 м с минераловатным утеплителем; Гнутоклееная арка 240 ´ 1344

Арка постоянного прямоугольного сечения, пролет l = 60 м, стрела подъема f = 11 м > l /6 при шаге 6 м, опоры железобетонные (рис. 42). Район строительства III по снеговой нагрузке.

Ограждающая часть покрытия состоит из утепленных плит размером 1,5 ´ 6 м, укладываемых непосредственно на арки. По плитам устраивается кровля из оцинкованной стали.

Устойчивость арок из плоскости обеспечивается продольными деревянными ребрами плит и стальными диагональными тяжами, которые расположены и торцах здания и через 24 м вдоль здания, образуя поперечные связевые фермы. Продольные ребра плит прикреплены к верхним граням арок, а в коньке и пятах полуарок поставлены продольные элементы с упором в боковые грани арок.

Дата добавления: 2017-01-14