Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Конструкции из дерева и пластмасс. (Деревянные решетчатые стойки)

.pdf
Скачиваний:
271
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
2.25 Mб
Скачать

По максимальному моменту определяем требуемый момент сопротивления

W =

Mmax

=

0,795 ×103

= 56,6 ×10

6

м

3

,

m R

1,2×11,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

u

 

 

 

 

 

 

 

где mu = 1,2 – коэффициент условия работы настила с учётом кратко-

временного действия нагрузки; R = Rсm

m

в

= 13 ×0,9 ×1= 11,7 МПа

 

 

 

u

u п

 

 

 

 

расчётное сопротивление древесины кедра при изгибе;

Rc = 13 МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

расчётное сопротивление древесины сосны [1, табл. 3];

mп = 0,9 – ко-

эффициент породы древесины [1, табл. 4]; mв

= 1 – коэффициент усло-

вия эксплуатации конструкции [1, табл. 5].

 

 

 

 

 

 

Момент сопротивления принятой конструкции рабочего настила

 

bh2 100

15 × 2,52

100

 

 

3

 

 

W = 6

 

=

 

 

= 62,5 см .

 

b + S0

6

15 + 10

 

 

Так как принятый момент сопротивления W = 62,5 см3 больше тре-

буемого, равного W = 56,6 см3 , условие прочности настила выполняется. Прогиб настила не должен превышать 1/150 пролёта:

f

=

2,13( q + pсн )L3

=

2,13 × 0,765 ×10 31,53

=

1

<

1

.

L

384 E J

384 ×10 4 ×78,13 ×108

509

 

150

Момент инерции настила J = 0,5 W h = 0,5 ∙ 62,5 ∙ 2,5 = 78,13 см4. Проверка выполняется с большим запасом, однако по условию проч-

ности уменьшить сечение настила нельзя.

13.3. Расчёт прогонов кровли

13.3.1. Назначение конструкции прогонов кровли

Принимаем неразрезные прогоны из спаренных досок [7]. Многопролётные (11-пролётные при длине здания 55 м) неразрезные прогоны выполняются из спаренных досок, стыки которых располагаются вразбежку на расстоянии 1 м (0,21L) от опор. Доски прогонов между собой соединяются конструктивно гвоздями с шагом 50 см. Шаг прогонов, принятый при расчёте настила, равен 1,5 м. Так как скатная составляющая воспринимается двойным перекрёстным настилом, расчёт прогона ведётся на составляющую нагрузки, нормальную скату кровли (рис. 21).

31

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 21. Конструкция неразрезных прогонов из спаренных досок

32

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Принимаем равнопрогибное решение многопролётных прогонов. Так как все пролёты по заданию равны, на первых промежуточных опо-

рах моменты М = ql2

, а прогиб в крайнем пролёте

f =

2,5 ql4

. На всех

 

 

384 EJ

10

 

 

 

остальных промежуточных опорах М = ql2 , а максимальные прогибы в

12

промежуточных пролётах f = 1 ql4 . При этом следует учитывать, что

384 EJ

опорная реакция на первой промежуточной ферме на 13 % больше, чем на остальных, что требует усиления этой фермы.

13.3.2. Сбор нагрузок на прогон

Сбор нагрузок на прогон удобно выполнять в табличной форме

(табл. 2).

 

Нагрузки на прогон

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормативная

γf

Расчётная

 

Вид нагрузки

нагрузка,

нагрузка,

 

 

кН/м

 

кН/м

1.

Трёхслойная рулонная кровля

 

 

 

0,0895 × 1,5

0,1343

1,3

0,1745

2.

Защитный настил 0,1074 × 1,5

0,1611

1,1

0,1772

3.

Рабочий настил 0,073 × 1,5

0,1095

1,1

0,1205

4.

Утеплитель 1 × 1,5 × 0,08

0,1200

1,3

0,1560

5.

Пароизоляция 0,03 × 0,995 × 1,5

0,0448

1,3

0,0582

6.

Доски подшивки1,5ρδcosα =

 

 

 

= 0,5 × 9,81 × 0,03 × 1,5 × 0,995

0,2196

1,1

0,2416

7.

Прогон из спаренных досок

 

 

 

0,5 × 9,81 × 2 × 0,05 × 0,18

0,0883

1,1

0,0971

ИТОГО: постоянная нагрузка

0,88

 

1,0214

7.

Снеговая нагрузка s = 1,5s0cosα =

 

 

 

= 1,5 × 0,56 · 0,995

0,836

1,43

1,195

ИТОГО: полная нагрузка

1,71

 

2,22

 

 

 

 

33

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Вычисляем момент на промежуточных опорах [8, 9]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M =

 

ql

=

2,22 ×52

= 4,6 кНм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

12

 

 

bh2

 

10 ×182

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Момент сопротивления сечения W =

=

= 540 см3 .

 

 

 

 

6

 

6

 

 

 

 

Момент инерции J = bh3

 

= 10 ×183 = 4860 см4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка прочности: s =

 

М

=

4,6×103

 

= 8,6 МПа <

R

 

=11,7МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

540×106

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

Проверка прогиба:

 

f

=

 

1 ql3

=

 

1,71×103 × 53

 

 

 

=

1

 

<

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

364

 

EJ

 

 

 

 

× 4860 ×108

 

 

873

 

180

 

 

 

 

 

 

 

 

384 ×104

 

 

 

 

При попытке уменьшить ширину доски прогонов до 150 мм проверка прочности не выполняется. Поэтому оставляем ширину доски 180 мм.

Выполняем проверки прочности и прогиба в крайних пролётах. Момент на первой промежуточной опоре

 

M =

ql2

=

2,22 × 52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

10

= 5,55 кНм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М

 

5,55 ×10

3

 

 

 

 

 

Проверка прочности: s =

=

= 10,3 МПа < R = 11,7 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

540 ×106

 

 

 

 

u

Проверка выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка прогиба в крайнем пролёте:

 

 

 

 

 

 

 

 

f

=

2,5 ql3

=

 

2,5×1,71×103

× 53

=

 

1

<

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

364 EJ

 

 

 

 

 

349

180

 

 

 

384×104 × 4860×108

 

 

 

Проверка выполняется.

Рассчитываем гвоздевой забой в стыке прогона. Расстояние от оси опоры до стыка (длина консоли) a = 0,21l = 0,21× 5 = 1,05 м. Принимаем а = 1 м.

Расстояние от оси опоры до центра размещения гвоздей 4 × 120 при однорядной их расстановке a1 =1006 = 94 cм.

Несущая способность одного среза гвоздя

T = 4 d 2 = 4×0,42 =0,64 кН.

Требуемое количество гвоздей с каждой стороны стыка

n =

M

=

4,6

 

= 3,8 шт .

2 a T

2 × 0,94 × 0

,64

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Принимаем 4 штуки.

34

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

14. РАСЧЁТ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ

14.1. Сбор нагрузки на ферму

Нагрузка на верхний узел фермы:

● от постоянной нагрузки (табл. 3);

G1 = (qкр + qф )В 4l = 0,819 ×5 214 = 21,5 кН;

от веса связей (по эскизному расчёту) gсв = 0,4 кН ;

от постоянной нагрузки, включая вес связей

G= G1 + gсв = 21,5 + 0,4 = 21,9 кН ;

от снега S = Sкв.мВ 4l = 0,8×5 214 = 21,0 кН;

полная G + S = 21,9 + 21 = 42,9 кН.

Сбор нагрузки на ферму выполняется в табл. 3.

 

 

 

 

 

 

 

Сбор нагрузки на ферму

Таблица 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормативная

γf

Расчётная

 

 

Вид нагрузки

нагрузка,

нагрузка,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кН/м2

 

кН/м2

1. Вес кровли, настила, про-

0,88 : 1,5cosα =

 

1,025 : 1,5cosα =

гонов и утеплителя при шаге

= 0,587 : 0,995 =

= 0,683 : 0995 =

прогонов 1,5 м qкр (табл. 2)

= 0,59

 

= 0,687

2. Собственный вес фермы

 

 

 

qф =

 

qкр + S

 

=

0,59 + 0,56

 

 

 

 

1000

-1

 

1000

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ксв L

 

4,5 × 21

 

 

 

принимать ксв = 3,5.....4,5

0,12

1,1

0,132

ИТОГО: постоянная нагрузка

0,71

0,819

3. Снеговая Sкв.м

0,56

1,43

0,8 [2]

ИТОГО: полная нагрузка

1,27

1,62

35

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Усилия от снеговой нагрузки определяются по двум схемам: на всем пролете и на половине пролета фермы.

Геометрические размеры фермы см. на рис. 22.

Рис. 22. Геометрические размеры фермы

14.2. Определение усилий в ферме методом вырезания узлов

Всего узлов 10, неподвижный узел № 1, подвижный узел № 10. Наклон реакции подвижной опоры 1,57079 радиан от горизонтали. Расчет выполняется на ПЭВМ.

На основании расчетов составляется табл. 4.

НОМЕРА

КООРДИНАТЫ

НАПРАВЛЕНИЯ

УЗЛОВ i

Xi

Yi

Ji

Ki

1

0.00

0.00

2

4

2

0.00

2.45

3

4

3

5.25

2.98

4

6

4

5.25

0.00

5

6

5

10.50

0.00

6

8

6

10.50

3.50

7

8

7

15.75

2.98

8

9

8

15.75

0.00

9

10

9

21.00

2.45

10

10

10

21.00

0.00

0

0

36

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

 

НАГРУЗКА ПОСТОЯННАЯ

 

 

 

 

НОМЕРА

 

ОРДИНАТЫ НАГРУЗКИ (кН)

УЗЛОВ i

 

Pxi = 0

 

Pyi

2

 

 

 

 

-10.95

3

 

 

 

 

-21.9

6

 

 

 

 

-21.9

7

 

 

 

 

-21.9

9

РЕАКЦИЯ ПОДВИЖНОЙ ОПОРЫ + 43.8 кН

 

-10.95

 

 

 

 

УСИЛИЯ В СТЕРЖНЯХ ФЕРМЫ (кН)

 

 

I

Ji

Nij

I

Ki

Nik

1

2

-43.8

1

4

0.00

2

3

-58.26

2

4

+64.0

3

4

-21.9

3

6

-58.26

4

5

+65.7

4

6

-9.3

5

6

+0.00

5

8

+65.7

6

7

-58.26

6

8

-9.3

7

8

-21.9

7

9

-58.26

8

9

+64.0

8

10

0.00

9

10

-43.8

 

 

 

НАГРУЗКА

Снег слева

 

 

НОМЕРА

ОРДИНАТЫ НАГРУЗКИ (кН)

 

УЗЛОВ

Pxi = 0

 

Pyi

 

2

 

 

 

-10,5

 

3

 

 

 

-21,0

 

6

 

 

 

-10,5

 

Реакция подвижной опоры

 

+10,5

 

Реакция неподвижной опоры

 

+31,5

 

 

УСИЛИЯ В СТЕРЖНЯХ ФЕРМЫ

 

 

I

Ji

Nij

I

Ki

Nik

1

2

-31,5

1

4

0,00

2

3

-37,25

2

4

+40,89

3

4

-21,0

3

6

-37,25

4

5

+31,5

4

6

+6,68

5

6

+0,00

5

8

+31,5

6

7

-18,62

6

8

-15,58

7

8

0,00

7

9

-18,62

8

9

+20,45

8

10

0,00

9

10

-10,5

 

 

 

37

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

 

 

Усилия в элементах фермы

Таблица 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обо-

 

Расчётные усилия, кН

 

 

 

 

От временной (снего-

Максимальные

 

 

зна-

От по-

 

 

вой) нагрузки

усилия

Элементы

чение

стоян-

 

 

 

Рас-

 

фермы

уси-

ной на-

 

 

Пол-

 

Слева

Справа

тяже-

Сжатие

 

 

лия

грузки

ная

 

 

 

 

 

 

 

ние

 

Верхний

2–3

О1

–58,26

–37,25

–18,62

–55,87

114,13

пояс

3–6

О2

–58,26

–37,25

–18,62

–55,87

114,13

Нижний

2–4

U1

+64,00

+40,89

+20,45

+61,34

125,34

пояс

4–5

U2

+65,70

+31,5

+31,5

+63,0

128,70

Раскосы

4–6

D1

–9,3

+6,68

–15,58

–8,9

24,88

 

6–8

D2

–9,3

–15,58

+6,68

–8,9

24,88

Стойки

1–2

V1

–43,8

–31,5

–10,5

–42,0

85,80

 

3–4

V2

–21,9

–21,0

0,00

–21,0

42,90

14.3. Расчёт элементов фермы

14.3.1. Расчёт верхнего пояса

На рис. 23 представлены две панели полупролёта верхнего пояса фермы.

а

б

Рис. 23. К расчёту верхнего пояса фермы: a – схема двух блоков; б – расчётная схема блока

38

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Верхний пояс принят из четырёх блоков длиной по 5280 мм и рассчитывается как сжато-изгибаемый стержень на продольное усилие Q = 114,13 кН и местную поперечную нагрузку

 

æ

2

ö

æ

 

 

2

 

ö

 

qп

= ç qкр +

 

qф + рсн ÷

В = ç

0,687

+

 

0,132 + 0,8

÷5

= 7,88 кН/м.

3

3

 

è

ø

è

 

 

 

ø

 

В расчёте учтено, что на пояс приходится 2/3 полного веса фермы. Изгибающий момент от поперечной нагрузки

M =

qn L2

=

7,88 × 5,282

= 27,46 кНм.

 

8

8

 

 

С целью уменьшения поперечного изгиба узлы верхнего пояса конструируются с внецентренной передачей продольных усилий О1 и О2 так, чтобы появлялся разгружающий момент М разгр . Конструктивно это дос-

тигается смещением площадок смятия в узлах на величину эксцентриситета е относительно геометрической оси элемента [10].

Принимая величину момента от поперечной нагрузки с учётом разгружающего момента ( M разгр 0,2M ), получим

M = 0,8 × 27,46 = 22 кНм и, задаваясь шириной сечения пояса b = 15 см, определим высоту сечения из формулы расчёта бруса на сжатие с изги-

бом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

M

ì114,13

 

22 × 6

 

ü

103 = 13,5 МПа,

 

 

+

 

= í

 

+

 

 

ý

 

A

xW kw

0,15h

0,7 × 0,15 h2

0,875

 

 

î

 

þ

 

получим h = 0,356 м, здесь x = 0,7 (в первом приближении); kw = 0,875 [1, табл. 13]; 13,5 МПа – расчётное сопротивление древесины кедра на

сжатие,

равное mnmbRc = 0,9×1×15 = 13,5 МПа ( Rc =15МПа для дре-

весины сосны).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h = 0,36 м (два бруса сечением

Принимаем высоту сечения пояса

 

0,15 ×0,18 м).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Площадь поперечного сечения A = 15× 36 = 540 см2 .

 

 

Момент

 

сопротивления,

 

как

 

для

цельного

сечения,

W = bh2

= 15 × 362

= 3240 см2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

528

 

 

 

 

 

 

Гибкость цельного сечения l y

=

 

 

 

=

 

 

 

 

 

= 50,7 .

 

0,289h

0

,289 ×

36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент приведения гибкости составного элемента [1, п. 4.6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

=

 

1+ k

 

b h nш

=

1+ 0,078

15× 36×1

 

= 1,09,

 

 

 

 

 

5,282 × 48

 

 

 

y

 

 

 

c l2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

где kc =

 

1,4

= 0,078 – коэффициент податливости соединения дубо-

1,2 ×15

 

 

выми пластинчатыми нагелями [1, табл. 12], nc = 48 шт. – число нагелей на панели при шаге 11см.

Гибкость составного элемента с учётом податливости соединений

 

 

 

 

 

=

 

= 76,2 ,

 

 

 

l =

(m y l y )2 + l21

(1,09×50,7)2 + 50,72

где l1

=

 

l

=

5,28

 

= 50,7 (стяжные болты расположе-

2

× 0,289 × h

2 ×0,289 ×0,18

 

 

 

 

 

ны на опорах и в середине пролёта, поэтому расчётная длина ветви l0 = 2l ).

Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы,

x = 1-

Nl2

 

= 1-

114,13 ×10376,22

= 0,7.

3000 × Rc A

3000 ×13,5 × 540 ×104

 

 

 

 

Принимаем эксцентриситет

e = 4,5 см. Тогда изгибающий момент

M = 27,46 -114,13 ×0,045 = 22,3

кНм.

 

Выполняем проверку прочности пояса при загружении снегом всего пролёта фермы:

 

O

 

M

 

114,13 ×103

 

 

22,3 ×103

 

s =

1

+

 

=

 

 

 

+

 

 

= 2,11+11,24 =

A

x × kw W

 

540×104

0,7 ×0,875×3240×106

 

 

 

 

 

 

= 13,35 < Rc = 13,5 МПа,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W = bh2

= 15 × 362

= 3240 см2 ,

 

 

 

 

 

 

6

 

 

6

 

 

kw = 0,875 коэффициент для составного элемента на податливых со-

единениях при пролёте 5,28 м [1, табл. 13]. Проверка выполняется.

Произведем проверку на устойчивость плоской формы деформирования [1, формула (33)]:

N

 

 

æ

 

M

ö2

 

 

 

114,13

 

 

 

 

 

 

+

ç

 

 

 

÷

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

+

j R

A

 

 

R W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

ç xj

÷

 

 

0,28 ×13,5 ×10

3

× 540

×10

 

 

c бр

è

 

м и

бр ø

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

22,3

 

 

 

 

ö2

= 0,67 < 1.

 

 

 

+ ç

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

6

 

 

 

ç

0,7

× 2,2 ×13,5 ×10

×

3240 ×10

÷

 

 

 

 

 

 

è

 

 

ø

 

 

 

 

 

Проверка выполняется.

40

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com