3.3. Конструктивный расчет

При проектировании условимся, что для изготовления деревянных элементов сегментной фермы будет использована древесина пихты 2-го сорта по ГОСТ 24454-80, а для изготовления металлических элементов за исключением указанных особо – сталь класса С245 по ГОСТ 27772-88.

3.3.1. Подбор сечения панелей верхнего пояса

Изгибающий момент в панелях разрезного верхнего пояса сегментных ферм определяется по формуле М_d=М₀–N_dh_p;

где: М₀ – изгибающий момент в свободно лежащей балке пролетом d';

N_d – продольная сила;

h_p – стрела подъема панели, определяемая по формуле h_p=/8r=3,69²/(812,5)=0,136 м,

здесь: d₁ – длина хорды 1-2;

d' – ее горизонтальная проекция (рис. 3.1).

Определяем изгибающие моменты в опорной панели 1-2 при различных сочетаниях постоянной и временной нагрузок:

— постоянная (G_d) и снеговая (Q_d) по всему пролету:

М_d,1=(1,851+5,76)3,25²/8–93,920,136=-2,72 кНм;

— постоянная (G_d) и снеговая (Q_d,) по всему пролету:

М_d,2=(1,851+6,53)3,25²/8+(11,52–6,53)3,25²/16–

–(22,84+44,63)0,136=5,18 кНм;

— постоянная (G_d) по всему пролету и снеговая (Q_d) слева:

М_d,3=(1,851+5,76)3,25²/8–(22,84+47,81)0,136=0,44 кНм;

— постоянная (G_d) по всему пролету и снеговая (Q_d) справа:

М_d,4=1,8513,25²/8–(22,84+23,27)0,136=-3,83 кНм;

— постоянная (G_d) по всему пролету и снеговая (Q_d,) слева:

М_d,5=(1,851+6,53)3,25²/8+(11,52–6,53)3,25²/16–

–(22,84+37,48)0,136=6,16 кНм;

— постоянная (G_d) по всему пролету и снеговая (Q_d,) справа:

М_d,6=1,8513,25²/8–(22,84+14,3)0,136=-2,61 кНм.

За расчетные усилия по панели АБ принимаем М_d=6,16 кНм и N_d=60,32 кН.

Ширину сечения верхнего пояса и элементов решетки принимаем одинаковой. Подберем ее из условия предельной гибкости _max=150 для самого длинного раскоса 4-3, у которого l_z=l_y=3,54 м.

Тогда b=l_y/(0,289_max)=3,54/(0,289150)=0,102 м.

Исходя из условия обеспечения минимальной площади опирания конструкций покрытия (не менее 55 мм )и из условия острожки по кромкам по 5,0 мм, ширину верхнего пояса принимаем равной 115 мм. В соответствии с сортаментом толщину досок с учетом острожки принимаем равной 30 мм.

Принимаем верхний пояс сечением bh=115240 мм (где h=308=240 мм).

Геометрические характеристики сечения пояса:

A_d=11,524,0=276,0см²,

W_d=11,524,0²/6=1104см³,

I_z,sup=11,524,0³/12=13250 см⁴,

I_y,sup=24,011,5³/12=3042 см⁴.

Проверим сечение сжато-изогнутого элемента по формуле :

где _c,0,d=N_d/A_inf – расчётное напряжение сжатия древесины;

f_c,0,d – расчётное сопротивление сжатию вдоль волокон;

_m,d=M_d/W_d – расчётное напряжение изгиба;

f_m,d – расчётное сопротивление изгибу;

k_m,c – коэффициент, учитывающий увеличение напряжений при изгибе от действия продольной силы, определяемый по формуле:

,

здесь _c,0,d=N_d/A_sup – расчётное сжимающее напряжение;

k_c – коэффициент продольного изгиба,

Таким образом:

l_d,z=₀l_z – расчётная длина элемента;

₀=1 – при шарнирно-закрепленных концах стержня

l_d,z=1369,0=369,0 см;

i_z= – радиус инерции сечения элемента в направлении соответствующей оси;

;

i_z==6,93 см;

_z=l_d/i_z =534,0/6,93=77,1 < _max=120;

=76,95;

k_c=76,95²/(253,25²)=1,04;

f_c,0,d=f_c,0,dk_хk_modk_hk_k_r/_n=140,81,0511,021/0,95=

=12,63 МПа=1,263 кН/cм²,

где f_c,0,d=14 МПа – расчетное сопротивление сосны сжатию для 2-го сорта для элементов прямоугольного сечения шириной от 0,11 до 0,13 м при высоте сечения от 0,11 до 0,5 м;

k_х=0,8 – переходной коэффициент для пихты, учитывающий породу древесины;

k_mod=1,05 – коэффициент условий работы для учёта класса условий эксплуатации и класса длительности нагружения;

k_h=1 – коэффициент, учитывающий высоту сечения, при h<0,5 м);

k_=1,02 – коэффициент, учитывающий толщину слоя, при =30 мм;

k_r=1 – коэффициент, учитывающий отношение радиуса кривизны к толщине доски, при r/b=1668/3,0=556 > 250;

_c,0,d=60,32/276,0=0,226 кН/cм²;

_m,d=616/1104=0,558 кН/cм²;

f_m,d=f_c,0,d=1,263 кН/cм² ;

k_m,c=1–0,226/(1,041,263)=0,828;

То есть принятое сечение удовлетворяет условиям.

Проверим принятое сечение на устойчивость плоской формы деформирования по формуле :

где: n=2 – показатель степени для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования;

k_c – коэффициент продольного изгиба для участка длиной l_m между закреплениями, определяемый по формуле:

,

k_inst – коэффициент, определяемый по формуле:

k_inst=140b²k_f/(l_mh),

здесь: k_f – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_m ;

l_m – расстояние между опорными сечениями либо точками закрепления сжатой кромки.

Исходя из предположения, что связи будут раскреплять панели пояса фермы по концам и в середине:

l_d,y=10,5369=184,5 см;

i_y==4,06 см;

_y=267,0/4,06=65,7 < _max=120;

k_c=76,95²/(265,7)=0,707;

k_inst=1400,115²1,75/(0,53,690,24)=13,29

где k_f=1,75.

т.е. устойчивость плоской формы деформирования панелей верхнего пояса фермы обеспечена.