Конструирование и расчет узлов арки

Опорный узел

Расчетные усилия в опорном узле: нормальная сила N ₁ = 46356,3кгс = 463,563кН; горизонтальная сила в затяжке Н ₁ = 38894,8кгс = 388,948кН (прил.1).

Выполняем проверку обвязочного бруса на смятие:

,

где – требуемая площадь смятия

– постоянная нагрузка, передающаяся на стойку в виде сосредоточенной силы.

– снеговая нагрузка, передающаяся на стойку в виде сосредоточенной силы.

– расчетное сопротивление древесины местному смятию поперек волокон на части длины ([2] п. 3.1)

, где – высота опорного бруса

– ширина опорного бруса.

принимаем

Затяжку арки конструируем из двух равнополочных уголков, сталь марки С235,

Принимаем два уголка L 90х10

В месте присоединения тяжей, парные уголки скрепляются стальными накладками, размером 440х70х10. Рассчитаем длину сварного шва по перу и обушку в месте крепления уголков к башмакам ([3] п. 11,2*):

По обушку

принимаем

По перу

принимаем

Рассчитаем шаг тяжей исходя из гибкости: радиус инерции:

, т.к пролет арки 15м распирать затяжку не требуется.

, т.к. пролет арки 15м, то по расчету требуется установить один вертикальный тяж по середине пролета, но для удобства проектирования конькового узла устанавливаем 2 тяжа, которые делят затяжку на три равные части.

Упор башмака рассчитываем как двухпролетную неразрезную балку, защемленную по концам (Рис.3).

 

 

Рисунок 52. Схема работы башмака

 

Требуемая толщина пластины упора:

,

где – ширина упора башмака

– длина пролета упора башмака (Рис. 64)

Принимаем толщину пластины упора 12 мм, согласно сортамента листовой стали.

Толщину листа, распределяющего опорное давление арки на большую площадь торца деревянной колонны, также находим как для многопролетной балки с консолями с учетом пластического выравнивания опорного и пролетного изгибающего моментов (Рис.15).

 

Рисунок 53. Схема работы опорного листа

 

, где – максимальная опорная реакция арки:

1.

2.

Принимаем

([5] стр. 80)

Из условия размещения болта диаметром 16 мм ([2] п. 5.18) принимаем , тогда

принимаем , согласно сортамента листовой стали.

Проверяем торец на смятие ([2] п. 5.2):

 

- коэффициент, учитывающий условия эксплуатации конструкции ([2] п.3.2, табл.5),

- коэффициент для сжато-изогнутых элементов ([2] п.3.2, табл.7),

- коэффициент, учитывающий толщину слоев сжатия ([2] п.3.2, табл.8),

- коэффициент для гнутых элементов ([2] п.3.2, табл.9).

 

 

Рассчитаем болт крепления арки и башмака ([2] п. 5.13, таб. 17):

Задаемся диаметром болта

 

1. изгиб

Принимаем ([2] п. 5.16).

 

2. смятие среднего элемента

,

где – диаметр болта, – ширина среднего элемента, – ширина крайнего элемента, – коэффициент для элементов работающих на смятие под углом.

, т.к. ([2] п. 5.14, таб. 19).

Принимаем , тогда

 

,

 

где – поперечная сила в первом сечении первого элемента (прил. 1, стр. 36).

Принимаем 3 болта диаметром 36 мм.

 

Рисунок 54. Опорный узел

1 – клееный пакет 200х600мм, 5 – болт d=36 мм, 6 – упор башмака 300х200х12мм, 7 – опорный лист 400х392х6мм, 8 – опорный брус 400х300мм, 9 – болт d=16мм, 10 – прокладка 100х100мм.

Коньковый узел

Крепление полуарок принимаем при помощи деревянных накладок болтами диаметром 24 мм (Рис. 67). Расчет ведем на максимальную поперечную силу в третьем сечении десятого элемента Q = 2654,7 кгс = 26,547 кН (прил.1, стр.).

1. изгиб

Принимаем

2. смятие крайнего элемента

3. смятие среднего элемента

где – диаметр болта, – ширина среднего элемента, – ширина крайнего элемента, – коэффициент для элементов работающих на смятие под углом.

, т.к. ([2] п. 5.14, таб. 19).

Принимаем , тогда из условия расстановки 4-х болтов по длине накладки ([2] п. 5.18) принимаем следующие размеры:

принимаем ,

принимаем .

Усилия действующие на болты:

Расчетная несущая способность одного 2-х срезного болта при толщине накладки 10см:

– несущая способность болтов обеспечена.

Изгибающий момент в накладках равен:

Напряжение в накладке:

 

 

 

Рисунок 55. Коньковый узел

1 – клееный пакет 200х600мм, 3 – накладка 1200х320х100мм, 3 – болт d=24мм

 

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РАМЫ ИЗ ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

 

Требуется запроектировать раму.

Пролетом L= 15м. Шаг рам 5.4м Ветровой район IV. Снеговой район VI. Температурно-влажностные условия А2. Материал конструкций – ель второго сорта.

 

Статический расчет

Высота сече­ния в карнизном узле принимается h = (1/12 - 1/30) L = 1250-500 мм. После предварительных прикидок принимаем высоту исходя из толщины доски 45 мм; h = 45∙24 = 1080 мм (1/16.7) L. Высоту в пяте стойки назначаем (что больше 0,4 = 43 см); высо­ту в коньке принимаем (что больше 0.3 = 32 см).

Элементы полурамы склеиваем из досок сечением 215∙45 мм, получаемых острожкой с четырех сторон досок сечением 220х50 мм. Поперечное сечение полурамы в месте максимального момента принято из 24 досок

Для расчета рамы в программе SCAD Office разбиваем стойку и ригель рамы на 9 и 11 участков соответственно, каждый с разными жесткостными характеристиками.

Для удобства построения поперечного сечения рамы в программе AUTOCAD2004 вычерчиваем в масштабе (1:100) схему рамы делим стойку и ригель рамы на участки и находим координаты их центра тяжести.

Рисунок 56. Схема определения координаты x сечения

Рисунок 57. Схема определения координаты z сечения

 

Так же для определения высот сечения элементов используем AUTOCAD2004.

Рисунок 58. Схема определения высоты сечения стойки

Рисунок 59. Схема определения высоты сечения ригеля

 

Таблица 14 - Характеристики сечений левой полурамы