|
| |
  |
Перейти на главную Журналы Пример 5. Поперечная рама здания с клееными стойками Спроектировать и рассчитать стойки здания склада (рис. 42, а) пролетом / = 24 м с шагом конструкций 5 = 5 м, высотой Н- 6 м, с температурно-влажностными условиями эксплуатации А1. Ограждающие конструкции покрытия и стен - фанерные плиты и панели, а несущие конструкции - ме-таллодеревянные фермы с клееными элементами. Класс ответственности здания 1, 7п= 0,95. Материал стоек - древесина 2-го сорта (ГОСТ 8486-86 Е). Расчетную нагрузку от покрытия принимаем по табл. 23 с заменой ас-бестоцементной кровли - рубероидной g = 0,45 кН/м, а для стенового ограждения эту величину сохраняем. Снеговую нагрузку принимаем для III района р = 1,6 кН/м. Статический расчет. Определяем нагрузки на стойки рамы. Нагрузку от собственного веса фермы покрытия находим по формуле (!) и табл. 50О 0,45+1,6 &ч. в - 1000 1 : 0,19 кН/м2. 3,5 • 24 Постоянное расчетное давление на стойку от покрытия Рф.п= (0>45 + 0,19") X X 5 • 24/(2 • 0,95) = 36,48 кН; от снеговой нагрузки Рф. = 1,6 • 5 • 24/(2 X X 0,95) = 91,2 кН; от стенового ограждения с учетом элементов крепления Рат= (0,45 + 0,10) • 5 • (6 + 2,8) • 0,95 = 23 кН. Расчетную нагрузку от собственного веса стойки принимаем, задаваясь предварительно ее сечением 180 X 500 мм: = 0,18 • 0,5 6 • 1,1 • 500/ 100 = 3 кН. Ветровая нагрузка. Скоростной напор ветра [20]: аг)о= 0,3 кН/м; с = 0,8; гз= 0,6. Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены: р\ = 0,3 • 0,8 • 5 • 1,4Х Х0,95 = 1,6 кН/м; р\= - 0,3 • 0,6 • 5 • 1,4 • 0,95 = - 1,2 кН/м; то же, от участка стены выше верха стоек: ШД= 1,6 • 2,8 = 4,48 кН; Г»= - 1,2 X X 2,8 = - 3,36 кН, где hn= 2,8 м. Усилия в стойках рамы как системы один раз статически неопределимой определяем для каждого вида загружения отдельно, принимая жесткость ригеля £/р = При малой жесткости ригеля рассчитывают по [12]: от ветровой нагрузки, приложенной к верху стойки (рис. 42, а): Xw = - (W« - 1170)/2 = - (4,48 - 3,36)/2 = - 0,56 кН; от ветровой нагрузки на стены: Хр = -ЗЯ - о;")/16 = -3 . 6 . (1,6 - 1,2)/16 = -0,45 кН; от стенового ограждения при расстоянии между центрами стенового ограждения и стойки.? = 0,25 + 0,08 + 0,10 = 0,43 м: Л(„ = -Рде = -23 . 0,43 = -9,9 кН < м; = -9 MJibH) = -9 (-9,9)/(8 • 6) = 1,86 кН. Изгиба12щие моменты в нижни* сечении стоек: , Л,„з= [(448 - 06 Лправ = [(3>36 + 0,56 + 0,45) 6 0,45) 6 + 1,6 • 6V2] 0,9 - 9,9 + 1,86 . 6 = = 45,92 кН • м; ;2 . 62/2] 0,9 + 9,9 - 1,86 • 6 = = 41,78 кН • м. Поперечные силы в заделке стоек: Qge = (4,48 - 0,56 - 0,45 + 1,6 X X 6) 0,9 + 1,86 = 13,62 кН; %ра= (3,36 + 0,56 + 0,45 + 1,2 • 6) X X 0,9 - 1,86 = 8,55 кН; /Ир,„ = 45,92 кН • м; Qp,„= 13,62 кН; Лрасч= 36,48 + 91,2 • 0,9 + 23 + 3 = 144,56 кН, где = 0,9 - коэффициент сочетания, учитывающий действие двух временных нагрузок Конструктивный расчет. Принимаем клееную стойку прямоугольного поперечного сечения шириной 6 = 18 см и высотой А = 3 3 • 13 = 42 9 см что составляет hjH = 42,9/600 = 1/14 (табл. 43). 42,9 = см*. Геометрические характеристики поперечного сечения: F = \Я . 40 = 772,2 см2; Г = 18 • 42,92/6 = 5521,2 см; / = 18 - 42,93/12 = 118430«- Прочность поперечного сечения по нормальным напряжениям определя-, по формуле (21): а= 144,56/772,2 + 7578/5521,2 = 1,557 kH/cm = = 15,57 МПа < Яс== 15 • 1,2 = 18 МПа, где Я, = 600 • 2 2/ СО 289 • 42 9)= = 106 5; ф = 3000/106,5= 0,264; =1 144,56/ (0,264 1,8 -772 2) = = 0,606 (см. формулу (23)); М = 45,92/0,606 = 75,78 кН -м (см. формулу (22)). Вдоль здания стойки раскрепляем вертикальными связями и верхним обвязочным брусом - распоркой (рис. 42, б). Связи раскрепляют обе наружные кромки стоики. Проверяем устойчивость плоской формы деформирования с учетом подкрепления сжатой и растянутой кромок (см. формулы (17), (18), (27)): ?.„=. = 600 / (0,289 • 18) = 115,34; фу= 3000/115,342= 0,226; 1Л 1 -f: [О 75+ + 0,06 (600/62,7)2- 1] / (1 + 1) = 3,622; фл,= 140 • 18-2,32/ (600 . 62,7 х X 1) = 2,8; k„M = i + [0,142 • 600/62,7+ 1,76 • 62,7/ 600- 1]/ (1 +1) = = 1,27, где /1„= 42,9 + 3,3 • 6 = 62,7 см; ар= 0; /?г = 1; Jfe.= 2 32 (табл. 15). * По формуле (26) определяем 144,56 7578 . 6 0,226 . 3,622 • 1,8 • 18 • 62,7 + 2,8 . 1,27 - 1,8 - 18 18 - 62,7 = 0,187 < 1. Проверяем клеевые швы по формуле (24) :х = 13,62 • 8845/ (369738 X X 18 • 0,606) = 0,03 кН/см2= 0,3 МПа < /?J= 1,5 • 1,2 = 1.8 ЛШа, ще Sgp= 18 • 62,7V8 = 8845 см»; /5р= 18 • 62,75/12 = 369738 см*. Стойки крепим к фундаменту с помощью анкерных болтов, закрепляемых к стальным траверсам (рис. 42, в). Болты рассчитываем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом надежности у. = 0,9 вместо = 1,1 и ветровой нагрузки: N = (36,48 + 23 + 3) - 0,9/1,1 = 51,12 кН; М = (4,48-0,56 - 0,45) 6 + 1,6 • 6/2 + 1,86 • 6 - 0,9/1,1 - 9,9 X X 0,9/1,1 = 50,65 кН . м. Напряжение на поверхности фундамента определяем по формуле (102): 51,12 6-55,97 а = - где Мд = 5065/0,905 62,7 • 18 18 . 62,72 = - 0,045 гр 0,475, = 5597 кН см; 1 = 1 - 51,12/(0,264 • 1,8 . 1128,6) = 0,905; <тах=- 0,52 кН/см2; ai= 0,43 кН/см2. Вычисляем размеры участков эпюры напряжений по формуле (102j: 0,52 - 62,7 * °= 0,522 + 0,43 ° = 62>/2 - 4,3/3 = 19,92 см; «о = 62,7 -34,3/3 - 6 = 45,27 см. Усилие в анкерных болтах (см. формулу (103)): Z = (5597 - 51,12 • 19,92)/45,27 = 100,1 кН; площадь сечения болта (см. формулу (104)) F = 100,1/(25 • 0,8 -0,85 - 2)= 2,96 см. Принимаем болт d = = 24 мм (прил.). Здесь = 25 кН/см" для стали марки 09Г2С. Траверсу для крепления болтов рассчитываем как балку (рнс. 42, г): 100,1 22 - = 330 кН . см. Из условия размещения анкерных болтов d~ 24мм принимаем 110Х X 8 мм с /,= 198 см* н Zo= 3 см (ГОСТ 8509-86): О = 330 (11-3) /198 = 13,3 кН/см2= 133,0 МПа < Ry= 230 МПа. Прочность клеевого шва от действия усилия Z: Z 100,1 ш*раеч~80. 18- : 0,069 кН/см = 0,69 МПа < К-и = 1>75 МПа, где /ц, = 80 см; Й=Р =2,1/(1 +0,125-80/51,27) = 1,75 МПа; г/ = 51,27 см; Р = 0.125. Глава VII ПЛОСКИЕ БАЛОЧНЫЕ ФЕРМЫ 7.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА Балочные фермы представляют собой стержневые системы, состоящие из шарнирно-соединениых в узлах элементов, работающих в основном на продольные усилия. В покрытиях зданий чаще всего применяют статически определимые однопролетные фермы. По внешнему очертанию фермы бывают треугольные, прямоугольные, трапециевидные, многоугольные, сегментные и шнрен-гельные. Выбор очертания фермы зависит от архитектурно-строительных требований, уклона кровли, вида и величины нагрузки и т. н. Однако при этом следует учитывать, что наиболее экономичны (без учета крыши) сегментные и многоугольные фермы, у которых усилия в смежных панелях поясов близки друг к другу, а в решетке - незначительны, что упрощает ее крепление в узлах. Решетку в фермах применяют треугольную и раскосную. Направление раскосов имеет существенное значение, так как от его изменения меняется знак усилия, что необходимо учитывать при выборе конструкций узлов фермы. Наиболее ответственные элементы ферм - пояса, особенно деревянные растянутые. Надежность их работы зависит от качества лесоматериала, использованного при изготовлении. Ввиду больших затруднении при подборе высококачественной древесины для растянутых поясов их часто выполняют стальными. Это значительно повышает жесткость и надежность ферм, упрощает конструкцию узлов. Фермы такого типа называют металлодеревянными. Схемы рекомендуемых ферм и их основные размеры приведены в табл. 50. Для бесчердачных покрытий рекомендуются фермы заводского изготовления (табл. 50, схемы 1 - 4,7 - 9), при этом фермы с криволинейным верхним поясом и трапециевидные используют при рулонной кровле, а треугольные - при асбестоцементной. Пред- Таблица 50. Схемы плоских балочных ферм
Металлодеревянные с клееным верхним поясом   
Бревенчатые и брусчатые на лобовых врубках 
15-20 15-20 Дощатые на металлических зубчатых пластинах 9-15 1/5-1/7 продолжение табл. 50
Клееные на вклеенных стержнях
почтение следует отдавать фермам с клееным верхним поясом (табл. 50, схемы 1 - 4, 8, 9). В чердачных покрытиях с подвесным перекрытием выбирают фермы с короткими панелями длиной 2 - 3 м (табл. 50, схемы 5, 6, 8). Бревенчатые и брусчатые фермы (табл. 50, схемы 5 - 7) выполняют плотники высокой квалификации, если невозможно использовать фермы заводского изготовления. Дощатые фермы на зубчатых пластинах (табл. 50, схема 7) применяют при легких покрытиях и ставят на расстоянии В == 1,5... 2 м. Их применение ограниченно вследствие повышенной пожарной опасности. Фермы на вклеенных стержнях (табл. 50, схемы 8,9) разработаны недавно и применяются в экспериментальном строительстве. В зданиях с химически агрессивными средами рекомендуются фермы деревянные с защитой стальных крепежных элементов от коррозии. При окончательном выборе типа и схемы фермы учитывают вышеуказанные положения, а также трудоемкость изготовления и монтажа, расход материалов и стоимость. Усилия в элементах ферм определяют, как правило, с помощью ЭВМ. Для ферм с небольшим количеством панелей можно исполь зовать методы строительной механики (построение диаграммы Макс велла-Кремоны и др.). Наибольшие усилия в поясах определяют при полном загружении фермы постоянной и временной нагрузка ми, в решетке - при постоянной, расположенной по всему пролету а временной - либо по всему пролету, либо на его половине. При разрезных верхних поясах и передаче нагрузки между узлами верх него пояса учитывают изгибающие моменты, как в однопролетных балках с шарнирами в узлах. При неразрезных верхних поясах изгибающие моменты определяют по деформированной схеме, как в неразрезных балках [12]. При проектировании и изготовлении фермам придают строительный подъем /стр > 200 путем излома в узлах оси нижнего пояса, а в клееных конструкциях - путем выгиба верхнего и нижнего поясов. В фермах пролетом больше 30 м одну из опор устраивают подвижной. Сечения элементов ферм подбирают по формулам в 2.1 в зависимости от характера действующих усилий. При этом следует учитывать, что конструктивное решение узлов, в особенности для ферм с малыми размерами панелей, может повлиять на форму и размеры сечений решетки и поясов. Поэтому рекомендуется вначале приближенно установить размеры сечений поясов, законструировать и рассчитать наиболее напряженные узлы, а затем окончательно установить размеры. В фермах с клееным верхним поясом конструктивный расчет начинают с подбора поперечного сечения пояса, а затем остальных элементов. Расчетную длину сжатых и сжато-изогнутых элементов в плоскости фермы принимают равной расстоянию между центрами узлов, а при расчете из плоскости - расстоянию между точками закрепления их связями. Рекомендуется центрированное прикрепление решетки в узлах. Нецентрированное прикрепление разрешается при незначительных усилиях в элементах решетки и с обязательным учетом возникающих при этом изгибающих моментов в поясах. При этом если в примыкающих к узлу панелях нет стыков, изгибающий момент распределяется поровну между панелями, а если одна из панелей имеет стык, то он передается полностью цельной панели. 7.2. МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫЕ ФЕРМЫ С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ВЕРХНИМ поясом Металлодеревянные фермы с прямолинейным верхним поясом (табл. 50, схемы 1, 2, 3) являются конструкциями индустриальными (рис. 43). Верхние пояса изготавливают прямоугольного сечения неразрезными от опоры до конька, а в фермах прямоугольных с параллельными поясами - на всю длину. Если нельзя изготовить длинные элементы, пояса стыкуют в каждом узле. Сечения клееных элементов комплектуют из досок толщиной не более 33 мм после острожки по правилам, изложенным в 3.1. Верхние пояса ферм можно изготовлять из брусьев, соединенных пластинчатыми нагелями. Нижние пояса ферм устраивают из профильной или круглой стали. Применение профильной стали несколько усложняет узлы, но значительно увеличивает жесткость ферм из плоскости, что важно при монтаже конструкций. В зависимости от величины и знака усилия элементы решетки могут выполняться деревянными или металлическими (рис. 43). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
