Расчет центрально-сжатой стойки (колонны).

 

Центрально-сжатые деревянные стержни в расчетном отношении можно разделить на три группы: стержни малой гибкости ( λ < 30),стержни средней гибкости (λ = 30 - 75) и стержни большой гибкости (λ > 75).

Расчетная гибкость сжатых элементов не должна превышать следующих предельных значений: для основных сжатых элементов - пояса, опорные раскосы и опорные стойки ферм, колонн - 120; для второстепенных сжатых элементов - промежуточные стойки и раскосы ферм и другие - 150; для элементов связей – 200 (см. приложение 5).

Подбор сечений центрально-сжатых стержней производят в следующем порядке:

- определяют расчетную длину колонны (высоту), в соответствии с конструктивной схемой (рис. 9.1.):

h_к = (Н - h_стр )+ Н ₁,

где Н – отметка верха площадки;

Н₁ – отметка низа колонны;

h_стр – строительная высота покрытия.

- задаются гибкостью стержня;

- определяют требуемый радиус инерции по формуле:

,

где I_бр А_бр - момент инерции и площадь поперечного сечения брутто элемента и устанавливают меньший размер поперечного сечения

- определяют требуемую площадь;

- проверяют принятое сечение по формуле:

где φ - коэффициент продольного изгиба. Определяется по формулам:

- при гибкости элемента λ ≤ 70:

;

- при гибкости элемента λ > 70:

,

где коэффициент а = 0,8 – для древесины;

коэффициент А = 3000 – для древесины [3].

Пример расчета центрально-сжатой стойки. Предположим, что отметка верха площадки составляет Н = 6,8 м, (см. в задании) отметка низа колонны Н₁= – 0,15 м, тогда расчетная длина стойки (колонны) составляет:

h_к = Н - h_стр - Н₁ = (680 – 108)+ 15 = 557 см = 5, 87 м,

где h_стр = t_а.с. + t_щ + h_пр.+ h_к.б + h_оп = 4 + 2,5 + 22 + 72 + 7,5 = 108 см.

Расчетное продольное усилие:

N = 2·Q_max = 2·90 = 180 кН

Задаемся гибкостью λ = 70, соответствующий этой гибкости коэффициент

φ = 0,608 (см. приложение 6).

Находим требуемый минимальный радиус инерции

,

где а – принятый размер стороны сечения стойки.

Требуемая площадь поперечного сечения стойки:

.

где R_с – расчетное сопротивление сжатию (см. приложение 1).

В соответствии с требуемой площадью и сортаментом пиломатериалов (см. приложение 3) принимаем b = h =18 см А = =18 х 18 = 324 см² > А_тр = 228 см².

Гибкость стойки относительно оси х:

≤ [λ]=120.

Расчетная гибкость не превышает предельных значений.

Напряжение:

,

где 0,243 - значение φ, соответствующее гибкости 113 (см. приложение 6).

Так как расчетное напряжение превышает допустимое, то по сортаменту древесины принимаем сечение бруса: b = h =25 см

А = 25 х 25 = 625 см² .

Гибкость стойки относительно оси х:

.

Соответствующий гибкости λ= 81 коэффициент φ = 0,478.

Напряжение:

.

Проверка напряжения не превышает допустимые значения, поэтому принимаем брус сечением b = h =25 см.

Рис. 9.1. Конструктивная и расчетная схема колонны

База колонны.

 

База колонны служит для передачи нагрузки с колонны (центрально-сжатого стержня) на фундамент и обеспечивает закрепление нижнего конца стойки в соответствии с расчетной схемой.

В данной курсовой работе принимаем конструктивно опорный узел с применением стального башмака.

 

Рис. 10. Опорный узел центрально-сжатой стойки (колонны):

1-стойка; 2-болт; 3-стальной башмак; 4-гидроизоляция;

5-анкер; 6-сварка.

 

Узлы сопряжения балок

 

Сопряжение главных балок и прогонов между собой выполняют на монтаже. В соответствии с заданием рассматриваем сопряжение этажное.

Этажное сопряжение балок наиболее технологичное, но имеет повышенную строительную высоту. Положение прогона на главной балке фиксируется болтами грубой или нормальной точности (класс В или С), поставленными конструктивно. Если опорная реакция балки настила превышает 100 кН, то главная балка в месте опирания прогона укрепляется поперечными ребрами жесткости.

Рис. 11 Узел сопряжения:

1-клееная балка; 2-болты; 3–опорная подкладка (подушка);

4- колонна; 5–уголоки; 6-хомут.

Оформление пояснительной записки и чертежей

 

Пояснительная записка состоит из расчета конструкций рабочей площадки, в которой следует отразить все конструктивные элементы с рисунками и пояснениями по расчету, а также рисунки и расчеты рассматриваемых узлов балочной клетки.

Рабочие чертежи ДК (деревянные конструкции) служат исходным материалом для разработки деталировочных чертежей, составления сметы и заказа пиломатериала. В состав курсовой работы входят 3 чертежа: ведомость элементов, примечания, схемы расположения конструкций, чертежи узлов конструкций. Чертежи выполняются в масштабе на формате А4 (3 листа) либо на листе формата А2.

Схема состоит из плана и двух разрезов. На плане обязательно показывают колонны, прогоны, главные балки, а также следующие основные размеры: шаги колонн, расстояния между прогонами. На разрезах показывают схемы сопряжений балок, опирания колонн на фундаменты, схемы связей.

Масштаб схемы плана и разрезов 1:200; прогонов, несущего щита 1:50, 1:75.

Все элементы конструкций рабочей площадки на плане и разрезах обозначают марками. Марки обозначают заглавными буквами и цифрами. Например, К1, К2...-для колонн; Б1, Б2...- для балок.

На чертежах ДК должны быть изображены узлы конструкций для возможности последующего конструирования элементов и их соединений. Масштабы узлов 1:10, 1:15, 1:20, 1:25. На узлах называют марки соединяемых элементов и проставляют отметки.

Узлы маркируют на схеме. Номер узла на схеме и разрезах дают в кружке диаметром 12...14 мм.

На чертежах ДК обязательно должны быть разработаны и приведены следующие основные узлы: узел сопряжения щита настила с прогоном, узел сопряжения главной балки с колонной; база колонны. В примечании указывают: материал, из которого изготовлены конструкции, клей, используемый при изготовлении главной (клееной) балки.

Приложения

Приложение 1

Расчетные сопротивления древесины ели и сосны

Напряженное состояние и характеристика элементов	Обозначе-ние	Расчетные сопротивления КН/м^2
1. Изгиб, сжатие, смятие вдоль волокон а) элементы прямоугольного сечения, (кроме «б», «в») высотой до 50 см; б) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 11 до 13 см при высоте сечения свыше 11 до 50 см; в) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 13 см при высоте сечения свыше 13 до 50 см;	Rи, Rс, Rсм	13·10^3   14·10^3   15·10^3
2. Смятие поперек волокон в опорных частях	Rсм 90	3·10^3
3. Скалывание вдоль волокон при изгибе и в соединениях для максимального напряжения	Rск	2,4

 

Приложение 2

Предельные деформации (прогибы) изгибаемых элементов зданий

Элементы конструкций	Предельные прогибы в долях пролета, не более
1. Междуэтажные перекрытия. 2. Чердачные перекрытия. 3. Покрытия (кроме ендов). а) прогоны, стропильные фермы; б) основные клееные балки; в) панели; г) настилы и обрешетка; 4. Ендовы. 5. Панели стен навесные.	1/250 1/200   1/200 1/300 1/250 1/150 1/400 1/250
Примечание: При наличии мокрой штукатурки прогиб элементов перекрытий только от длительной временной нагрузки не должен превышать 1/350 пролета.

Приложение 3

Рекомендуемый сортамент пиленых лесных материалов

Толщина в мм	Ширина в мм
			- -	-	- - -	- - -	- - -
					- -	- -	- - -
							- - -
	- - -	- -	-		- -	- -	- - -
	- - -	- - -	- - -	- - -	- -	- - -
Примечание. Размеры пиломатериалов по длине установлены с градацией 0,25 м от 1 до 6,5 м.

Приложение 4

Переходные коэффициенты m_б к моменту сопротивления

при изгибе клееных элементов

В см						120 и более
mб	1.15	1,05	1,0	0.9	0.85	0,80
Примечание: При ширине сечения b менее 14 см Ru принимают не более 13·10^3 кН/м^2

 

Приложение 5

Предельная гибкость элементов деревянных конструкций

Наименование элементов конструкций	Предель-ная гибкость λ
1. Сжатые пояса, опорные раскосы, опорные стойки ферм, колонны 2. Прочие сжатые элементы ферм и других сквозных конструкций 3. Сжатые элементы связей 4. Растянутые пояса ферм в вертикальной плоскости 5. Прочие растянутые элементы ферм и других сквозных конструкций

 

 

Приложение 6

Значение некоторых коэффициентов φ продольного изгиба

центрально-сжатых элементов

Гибкость λ	Коэффициент φ
	0,8	0,792	0,784	0,776	0,768	0,758	0,749	0,740	0,731	0,722
	0,712	0,702	0,692	0,682	0,672	0,662	0,652	0,641	0,63	0,619
	0,608	0,597	0,585	0,574	0,562	0,55	0,535	0,523	0,508	0,496
	0,31	0,304	0,298	0,292	0,287	0,281	0,276	0,271	0,266	0,261
	0,256	0,252	0,247	0,243	0,239	0,234	0,23	0,226	0,222	0,219
	0,216	0,212	0,208	0,205	0,202	0,198	0,195	0,192	0,189	0,186
	0,183	0,181	0,178	0,175	0,173	0,17	0,168	0,165	0,163	0,16
	0,158	0,156	0,154	0,152	0,15	0,147	0,145	0,144	0,142	0,14
	0,138	0,136	0,134	0,132	0,13	0,129	0,127	0,126	0,124	0,123
	0,121	0,12	0,118	0,117	0,115	0,114	0,112	0,111	0,11	0,109
	0,107	0,106	0,105	0,104	0,102	0,101	0,1	0,099	0,098	0,097
	0,096	0,095	0,094	0,093	0,092	0,091	0,09	0,089	0,088	0,087
	0,086	0,085	0,084	0,083	0,082	0,081	0,081	0,080	0,079	0,078
	0,078	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Приложение 7

ГОСТ 4028-63 ГВОЗДИ СТРОИТЕЛЬНЫЕ.

КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ

Гвозди с плоской головкой Размер гвоздя, мм Диаметр стержня d Длина, l 0,8   1,0   1,2   1,4   8,0

Гвозди с конической головкой Диаметр стержня d Длина, l 1,8   2,0   2,5   3,0   3,5   4,0   5,0   6,0   8,0

 

Литература

1. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «Промышленное и гражданское строительство. - / Под ред. проф. Иванова В.А. – 2 изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1990. – 287 с., илл.

2. Деревянные конструкции. /Г.Г. Карлсен и др. – Москва: Госстройиздат. – 542 с

3. СНиП П – 25 – 80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции.

4. ДБН В.1. 2. - 2:2006. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.

5. ГОСТ 4028-63 Гвозди строительные. Конструкция и размеры