Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Обеспечение пространственной жесткости плоских деревянных конструкций в зданиях и сооружениях




Колонны

6.50. Деревянные колонны каркасных зданий могут осуществляться в виде дощатоклееных и составных брусчатых элементов прямоугольного сечения с защемлением в пяте. Высоту сечения наружных колонн рекомендуется принимать h = 1/16 - 1/12 длины колонны, а ширину сечения b = h/4 - h/2.

Для внутренних колонн допускается использование квадратного сечения.

Защемление деревянной колонны в пяте осуществляется с помощью анкерных креплений к оголовку, верхняя отметка которого должна возвышаться над уровнем пола св. 15 см.

Рис. 62. Варианты анкеровки клееной колонны в подошве посредством металлических деталей

1 - колонна (поперечный разрез); 2 - анкеры

6.51. В зависимости от схемы нагружения колонна рассчитывается на центральное сжатие или на сжатие с изгибом и проверяется на устойчивость плоской формы деформирования.

6.52. Сечение колонны подбирается методом последовательного приближения на воздействие наиболее невыгодного сочетания нагрузок, задаваясь в рекомендуемых пределах значениями высоты и ширины сечения.

Подбор сечения анкерных креплений и проверка прочности сечения в пяте колонны (рис. 62) производятся в зависимости от величины эксцентриситета e0 = Mд/N, где Mд = M/ξ.

Если e0h/6 и все сечение сжато, то анкерные крепления в пяте ставятся конструктивно. При этом суммарная площадь их сечения должна составлять не менее 1 % площади сечения колонны.

Если e0 > h/6 и сечение колонны сжато не по всей площади, то возникающее растягивающее усилие Na, которое должно быть воспринято анкерными креплениями, определится в первом приближении по формуле

Na = N(e0 - h/2 + x/3)/(h0 - x/3). (50)

x = h[(1 + h)/6e0]/2 - высота сжатой зоны сечения,

h0 = h ± a - расстояние от центра тяжести анкерных сечений до сжатой грани колонны в соответствии с рис. 62;

a - расстояние от центра тяжести анкерных креплений до ближайшей к ним грани колонны.

Площадь сечения анкерных креплений со стороны растянутой зоны сечения колонны определяется из условия

Fa ≥ Na/Ra, (51)

где Ra - расчетное сопротивление растяжению стальных анкерных креплений (болтов, арматуры).

6.53. Проверка прочности сечения в пяте колонны производится в приведенной ниже последовательности. Сначала находятся возможные предельные значения осевого усилия N1 и N2

N1 = bh0Rсм[2(1 + T/A)] - T; N2 = bhRсм/2,

где T - расчетная несущая способность анкерного крепления, принимаемая равной меньшему из двух значений Ta и Tд:

Ta = FaRa - несущая способность самого анкерного крепления;

Tд - несущая способность соединения анкерного крепления с древесиной согласно СНиП II-25-80 п. 5.31, при этом должно выполняться условие



TдNa;

A = 20FaRсм.

Если NN1, то прочность сечения обеспечена при

Ne ≤ (N + T)(h0 - x/3), (52)

где

e = e0 + ha - h/2;

B = 20Fa(N + T)/(bT).

Если N1 < N <N2, то прочность сечения обеспеченапри

Ne ≤ (1/2)bx(h0 - x/3)Rсм, (53)

где

x = [N - A + ]/(bRсм).

6.54. Высоту сжатой зоны сечения x можно определить из кубического уравнения, используя выражения (50) и (51) для нахождения Fa:

Аx3 + Вx2 + Сx + Д = 0,

где

А = -2Nb/3, В = -2Nb(e0 - h/2);

С = -80NFa[e0 + (h ± 2a)/2];

Д = 80NFa[e0 + (h ± 2a)/2](h ± a).

Тогда напряжения растяжения при анкерном креплении и краевые напряжения смятия в древесине проверяются по формулам:

σa = N(e0 - h/2 + x/3)/[Fa(h0 - x/3)] ≤ Ra;

σaFaTa;

σд = 2N(e0 + h0 - h/2)/[bx(h0 - x/3)] ≤ Rсм.

6.55. Анкерные крепления конструируются по симметричной схеме и предусматриваются со стороны растянутой и сжатой зоны, имея в виду возможную перемену знака момента в процессе монтажа и при эксплуатации.

6.56. При проектировании соединений деревянных клееных колонн с фундаментами на металлических закладных деталях должны учитываться требования огнестойкости и антикоррозионной защиты.

6.57. Пространственная неизменяемость и жесткость конструкций в зданиях и сооружениях достигается постановкой связей покрытия и связей между колоннами каркаса в продольном направлении.

Связи покрытия должны обеспечивать устойчивость несущих конструкций и их элементов, а также восприятие передающихся через фахверковые колонны горизонтальных нагрузок от ветрового напора на торцовые самонесущие стены. При наличии в здании подвесного подъемно-транспортного оборудования продольные инерционные силы торможения должны быть также восприняты связями покрытия.

Рис. 63. Схемы пространственного крепления плоских деревянных конструкций в зданиях и сооружениях каркасного типа (а) и без каркаса (б)

1 - поперечные связи жесткости (связевые фермы); 2, 3 продольные вертикальные связи жесткости; 4, 5 - продольные горизонтальные связи жесткости

6.58. Связевая система покрытия образуется из поперечных связевых ферм - горизонтальных связей в плоскости верхних граней стропильных конструкций, вертикальных связей между ними и продольных элементов, работающих на растяжение или сжатие (рис. 63).

Поперечные связевые фермы располагаются по торцевым секциям здания или во второй от торца секции и по промежуточным секциям не реже чем через 30 м, в тех же секциях располагаются вертикальные связи между колоннами.

В качестве поясов поперечных связевых ферм следует использовать верхние пояса или все сечение стропильных конструкций. Высота поперечных связевых ферм равна, как правило, шагу стропильных конструкций.

В плоскости кровли роль продольных элементов связей, соединяющих элементы жесткости и стропильные конструкции, обычно должны выполнять прогоны или продольные ребра плит.

Включение клеефанерных плит в работу не только как продольных элементов связей, но и как составных частей элементов жесткости допустимо при условии обеспечения восприятия усилий, возникающих в сопряжениях плит со стропильными конструкциями. При использовании в качестве несущих конструкций шпренгельных систем вертикальные связи должны раскреплять их растянутый пояс.

6.59. Усилия в связевых фермах, обеспечивающих пространственную жесткость зданий и сооружений, определяются из расчета на действие горизонтальной нагрузки, направленной вдоль здания, и вертикальной нагрузки на покрытие с учетом начальных отклонений формы и положения плоскостных несущих конструкций от проектных. К таким отклонениям относятся погибь из плоскости наибольшей жесткости и отклонение поперечных сечений от вертикали. В процессе деформирования под нагрузкой величины этих отклонений изменяются. Их окончательные значения не должны превышать величин, регламентируемых нормами на производство и приемку работ.

6.60. Допускается при расчете заменять несущие конструкции как элементы системы покрытия их силовыми воздействиями в плоскости связей по верхним граням конструкций. Для системы связей указанное воздействие является внешней нагрузкой, которая приближенно принимается равномерно распределенной. Интенсивность этой горизонтальной нагрузки от каждой несущей конструкции (фермы, балки, арки, рамы) определяется по формуле

qг.к = kсвq,

где q - расчетная вертикальная равномерно распределенная нагрузка. Нагрузка другого вида приводится к равномерно распределенной;

kсв - коэффициент, зависящий от вида и геометрических параметров несущих конструкций, который следует принимать равным:

kсв = 0,02 для покрытий по балкам постоянного сечения, фермам и пологим аркам с f/l ≤ 1/6;

k св = 0,024 для покрытий по двускатным балкам;

kсв = 0,01 для покрытий по рамам и аркам с f/l ≥ 1/3 (для арок с 1/6 < f/l < 1/3 величина kсв определяется по интерполяции).

Допускается также производить расчет без учета деформируемости продольных элементов, обеспечивающих связь всех несущих конструкций с поперечными связевыми фермами или устойчивыми торцевыми конструкциями. При этом нагрузка на каждую поперечную связевую ферму определяется по формуле

qсф = (qω - qг.кn)/t,

где qω - внешняя горизонтальная нагрузка в продольном направлении, вызываемая ветровым напором, торможением кранового оборудования и тому подобное;

n - общее число несущих конструкций (балок, ферм, арок, рам) на всю длину здания в рассматриваемом пролете;

t - общее число поперечных связевых ферм.

6.61. Расчет продольных вертикальных связей, раскрепляющих растянутый пояс шпренгельных систем, следует производить на нагрузки, определяемые по формуле

P = 0,01V,

где V - расчетные сжимающие усилия в стойках шпренгельных систем, соединяемых связями.

6.62. Расчет продольных вертикальных связей, раскрепляющих внутреннюю сжатую кромку рам или арок, следует производить по усилиям, определенным по формуле

P = 0,015qSсв,

где Sсв - горизонтальная проекция расстояния между продольными связями.

6.63. В покрытиях по стропильным дощатоклееным балкам рекомендуется использовать уточненную методику определения нагрузки qг.к. В этом случае учитывается, что нагрузка qг.к состоит из двух частей, одна из которых зависит от величины начальных отклонений, а другая - от величины горизонтального перемещения балки в плоскости покрытия при действии нагрузок.

Рис. 64. Перемещения поворота и погиби дощатоклееной балки покрытия из ее плоскости в середине пролета, выполняющей функции пояса поперечной связевой фермы

Перемещения балки и отклонения в ее геометрических размерах принимаются изменяющимися по длине балки в виде одной полуволны синусоиды.

Вводятся обозначения (рис. 64):

U0 - начальная погибь продольной оси балки в середине пролета из плоскости наибольшей жесткости;

Uсв - горизонтальное перемещение нагруженной балки в середине пролета на уровне связей, раскрепляющих ее сжатую кромку;

φ0 - начальный угол поворота поперечных сечений балки относительно ее продольной оси;

φ - добавочный угол поворота поперечного сечения нагруженной балки в середине пролета;

b, h - соответственно ширина и высота (для двускатных балок наибольшая высота) поперечного сечения;

l - пролет балки;

M - наибольшая величина изгибающего момента в балке от вертикальной нагрузки (без учета нагрузки от подвесного транспорта);

α = 7,02h/l;

β - отношение высоты h0 балки на опоре к высоте в середине пролета;

γ = 0,7 + 0,3β; ψ = 0,3 + 0,7β; m = 60M/(E'b3); t = γm/ψ.

Средние расчетные значения перемещений балки принимаются равными:

U0 = l/600, но до 3 см;

Uсв = l/1200, но до 1,5 см;

φ0 = 25×10-4 рад.

Используются безразмерные величины

kи = m2/(α2βψ); S = 0,9αβb3/[l3(1 + t)].

Рис. 65. Схема продольных и поперечных связей жесткости

а) горизонтальные связи покрытия; б) вертикальные связи по балкам и колониям

Интенсивность горизонтальной нагрузки определяется по формуле

qг.к = АUсв + ВU0 + cφ0, (54)

где

A = E'S(kи - 1);

B = E'S(kи + 0,5t);

C = E'Sh[0,5γkи + m/(α2β)].

Величина A имеет механический смысл «единичной реакции» (коэффициента жесткости) балки в основной системе метода перемещений с наложенными фиктивными закреплениями, препятствующими перемещениям балки в плоскости горизонтальных связей. Два последних члена в выражении нагрузки qг.к являются грузовой реакцией в той же основной системе от начальных несовершенств балки. Правило знаков для реакций - положительное направление реакции противоположно направлению перемещений Uсв и U0.

Если при вычислении A < 0, то принимается A = 0.

Пример 1. Запроектировать систему связей жесткости в покрытии по деревянным клееным балкам пролетом 18 м шагом 6 м производственного здания размером в плане 18 ´ 42 м. Сечение балок прямоугольное размером 210 ´ 1630 мм.

Кровля с уклоном 0,05 рулонная по утепленным плитам шириной 1,5 м с обшивками из цементно-стружечных плит и деревянными ребрами. Часть их используется в качестве продольных элементов связей жесткости (рис. 65).

Торцевые стены фахверковые с навесными панелями. Стеновые панели крепятся к фахверковым стойкам, которые расположены через 6 м, шарнирно присоединены к фундаменту и верху балок (рис. 66).

Рис. 66. Схема торцовой стены здания. Расчетные схемы стоек фахверка

а)крайних; б) промежуточных

По торцам здания предусмотрены две поперечные связевые фермы, поясами которых служат стропильные балки, а решетка состоит из раскосов и стоек продольных ребер плит, а также вертикальные связи и связи по колоннам (см. рис. 65). При таком решении вертикальных связей горизонтальная опорная реакция связевых ферм воспринимается наклонным подкосом вертикальных связей, а расчетная схема связевой фермы соответствует рис. 67.

Район строительства - Архангельск.

Нормативная постоянная нагрузка на 1 м2 покрытия gн = 1,13 кН/м2, расчетная нагрузка g = 1,29 кН/м2. Расчет ведем по наиболее опасному сочетанию нагрузок - постоянная нагрузка совместно с ветровой и снеговой нагрузками, умноженными на коэффициент сочетания nс = 0,9.

Нормативная снеговая нагрузка для IV района Р0 = 1,5 кН/м2 расчетная с учетом коэффициента сочетания P = 2,04 кН/м2.

Расчетная ветровая нагрузка для II района при аэродинамических коэффициентах c = 0,8 для положительного ветрового давления и c3 = -0,4 для отрицательного, с учетом коэффициента сочетания nс = 0,9. Для положительного давления qω = q0kcnnс = 0,35×0,65×0,8×1,2×0,9 = 0,2 кН/м2, для отрицательного давления q'ω = q0kc3nnс = 0,35×0,65×(-0,4)×1,2×0,9 = -0,1 кН/м2.

Горизонтальная нагрузка на связевые фермы распределяется поровну. Однако усилия в элементах фермы зависят от того, к какому поясу приложена нагрузка. Часть ветровой нагрузки, действующей на торцевые стены, передается на две связевые фермы через стойки фахверка в виде сосредоточенных сил (см. рис. 66). При действии ветра слева величины этих сил для левой связевой фермы равны:

P1 = -R1 = qωl1h12/(2×2h2) = 0,2×6×2,12/(2×2×1) = 1,32 кН;

P2 = -R2 = qωl1h24/(2h3) = 0,2×5×9,62/(2×8,4) = 6,6 кН;

при действии ветра справа

P'1 = q'ωl1h12/(2×2h2) = -0,1×6×2,12/(2×2×1) = -0,66 кН;

P'2 = q'ωl1h24/(2h3) = -0,1×6×9,62/(2×8,4) = -3,3 кН,

где l1 - расстояние между фахверковыми стойками.

Рис. 67. Схема нагружения левой связевой фермы (см. рис. 65) и расчетные усилия в ее элементах

а) при ветре слева; б) при ветре справа

Реакции системы связей, возникающие при действии ветровой нагрузки, передаются через продольные элементы на внутренние пояса связевых ферм в виде сосредоточенных сил, равных:

Q = n2(P2 + P'2)/(2n1) = 2(6,6 - 3,3)/(2×5) = 0,66 кН,

где n1 - количество стоек связевой фермы; n2 - количество сосредоточенных сил P2.

Равномерно распределенная горизонтальная нагрузка от каждой несущей конструкции передается на связевые фермы через продольные ребра плит. Интенсивность этой нагрузки

qг.к = kсвq = 0,024×20 = 0,48 кН/м,

где

q = (g + p)l1 = (1,29 + 2,04)6 = 20 кН/м;

kсв = 0,024 для покрытий по двускатным балкам (см. п. 6.59). При расчете по уточненной методике средние расчетные величины перемещений балки согласно п. 6.62

Uсв = l/1200 = 18/1200 = 0,015 м;

U0 = l/600 = 18/600 = 0,03 м;

φ0 = 25×10-4,

а безразмерные геометрические параметры балки

β = h0/h, = 1,19/1,63 = 0,73;

α = 7,02h/l = 7,02×1,63/18 = 0,636;

γ = 0,7 + 0,3β = 0,7 + 0,3×0,73 = 0,92;

ψ = 0,3 + 0,7β = 0,3 + 0,7×0,73 = 0,81.

Расчетное сопротивление древесины 2-го сорта сжатию вдоль волокон, согласно СНиП II-35-80

Rс = 15mв×mт×mн×mбn = 15×1×1×1,2×0,8/0,95 = 15,1 МПа,

модуль упругости древесины E' = 300Rс = 300×15,1 = 4530 МПа = 4,53×103 кН/м2.

Максимальный изгибающий момент от вертикальной нагрузки

M = ql2/8 = 20×182/8 = 810 кН×м.

Вычислив безразмерные величины

m = 60M/(E'b3) = 60×8107(4,53×106×0,213) = 1,16;

kи = m2/(α2βφ) = 1,162/(0,6362×0,73×0,81) = 5,62;

S = 0,9αβb3/[l3(1 + γm/ψ)] = 0,9×0,636×0,73×0,213/[183(1 + 0,92×1,16/0,81)] = 2,86×10-7,

определяем коэффициенты:

A = E'S(kи - 1) = 4,53×106×2,86×10-7(5,62 - 1) = 5,99 кН/м2;

B = E'S(kи - 0,5γm/ψ) = 4,53×106×2,86×10-7(5,62 + 0,5×0,92×1,16/0,81) = 8,13 кН/м2;

C = E'Sh[0,5γ kи + m/(α2β)] = 4,53×106×2,86×10-7×1,63[0,5×0,92×5,62 + 1,16/(0,6362×0,73)] = 13,76 кН/м.

Согласно формуле (54), интенсивность равномерно распределенной нагрузки от каждой балки по уточненной методике равна:

qг.к = AUсв + BU0 + C - φ0 = 5,99×0,015 + 8,13×0,03 + 13,76×25×10-4 = 0,37 кН/м.

Далее в расчете используется значениеqг.к, полученное по уточненной методике.

На внешний пояс связевой фермы передается нагрузка от одной балки, являющейся внешним поясом этой фермы, а на внутренний пояс - от (n - 2)/t балок, где n - общее количество балок в здании, а t - количество связевых ферм. Приведенная к узловой, нагрузка на внешний пояс составляет 0,37×3 = 1,11 кН, а на внутренний пояс

qг.к×3×(n - 2)/t = 0,37×3×(8 - 2)/2 = 3,33 кН.

Определение усилий в элементах связевой фермы производим при действии ветровой нагрузки совместно с горизонтальной нагрузкой от стропильных балок. Схема нагрузок на связевые фермы и усилия в ее элементах приведены на рис. 67.

Поскольку продольные ребра плит являются одновременно и стойками связевыx ферм, максимальное усилие в их сопряжении со стропильными балками равно наибольшему усилию в стойках связевых ферм N = 3,99 кН.

Максимальное усилие в раскосах связевой фермы N = ±17,83 кН. Расчетная длина раскосов в осях связевой фермы lр = 6,26 м. Принимаем все раскосы из бруса сечением 125 ´ 150 мм. При этом гибкость

λ = lр/(0,29h) = 6,26/(0,29×0,125) = 173 < 200

(СНиП II-25-80, табл. 14).

Центрально сжатые раскосы проверяем на устойчивость.

Расчетное сопротивление древесины второго сорта сжатию вдоль волокон Rс при учете ветровой нагрузки

Rс = 14mнn = 14×1,2/0,95 = 17,7 МПа.

При гибкости λ > 70 для древесины

φ = 3000/λ2 = 3000/1732 = 0,1.

По формуле (6) СНиП II-25-80

N/(φF) = 17,83×103/(0,1×125×150) = 9,51 МПа < Rс = 17,7 МПа.

Узел крепления раскосов к стропильной балке приведен на рис. 68. Соединительную пластину принимаем толщиной 4 мм. Болты крепления пластины располагаем в два продольных ряда. Принимаем болты диаметров d = 12 мм. Несущая способность болта на один шов сплачивания из условия изгиба нагеля

T = 1,8d2 + 0,02a2 = 1,8×1,22 + 0,02×7,32 = 3,66 кН > 2,5d2 = 3,6 кН,

а из условия смятия в крайних элементах

T = 0,8ad = 0,8×7,3×1,2 = 7 кН.

Требуемое количество болтов

nв = N/(Tnш) = 17,83/(3,6×2) = 2,5.

Принимаем 4 болта с их расстановкой в 2 ряда с шагом S1 = 8,5 см > 7d. Соединительную пластину проверяем как центрально сжатую, по формуле (7) СНиП II-23-81:

Nс/(φF) ≤ Ryγсn.

Рис. 68. Узел крепления раскосов решетки связевой фермы к балке

При

λ = 170/(0,29×4) = 146,6; φ = 0,352,

σ = 17,83×103/(0,352×4×90) = 140,7 < Ryγсn = 220×0,95/0,95 = 220 МПа.

Диаметр болта, с помощью которого раскос крепится к фасонке, принимаем d = 20 мм, а толщину фасонки t = 4 мм. Несущую способность болта на срез определяем по формуле (127) СНиП II-23-81:

Nbs = RbsγbFns/4 = 157,9×0,9×314×1 = 44,6 > 17,83 кН,

где F = 314 мм2 - площадь сечения болта;

Rbs = 150/γn = 150/0,95 = 157,9 МПа; γb = 0,9; ns = 1;

несущая способность болта на смятие

Nвр = Rврγbdtn = 340×0,9×20×4/0,95 = 25,8 > 17,83 кН.

Сварной шов, соединяющий фасонку с пластиной закладной детали, проверяем на усилие

N = 17,83cos 63° + 14cos 61,4° = 14,8 кН.

Приняв толщину шва kf = 4 мм, определяем требуемую длину шва по формуле (120) СНиП II-23-81

N/(btkflш) ≤ Rωfγωfγγсn.

При N = 14,8 кН; βt = 0,7; kf = 0,004 м; γωf = 0,85;

γс = 0,95; γn = 0,95; Rωf = 185 МПа;

lш = 14,8×103×0,95/(0,7×4×185×0,85×0,95) = 33,6 мм.

Принимаем прерывистый шов с общей длиной lш = 80 мм. Закладную деталь, присоединяющую раскосы к стропильной балке, крепим 4 болтами. Усилие на одни болт

NБ = N/nб = 14,8/4 = 3,7 кН.

Принимаем болты диаметром 16 мм. Несущая способность болта из условия изгиба нагеля

T = 2,5d2 = 2,5×162 = 6,4 кН > 3,7 кН.

Несущая способность болта из условия смятия в древесине

T = 0,35cd = 0,35×21×1,6 = 11,76 кН > 3,7 кН.

Центрально растянутые раскосы проверяем на прочность из условия

Nр/Fн.т = 17,83×103/[(125 - 2×12)(150 - 4)] = 1,29 < Rрmиn = 7×1,2/0,95 = 8,8 МПа.





Дата добавления: 2017-01-14; Просмотров: 35; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:





studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ip: 54.162.107.122
Генерация страницы за: 0.027 сек.