5.Расчет и конструирование дощато-клееной колонны.

Пролет здания 24м. Высота колонн Н=5м. Шаг несущих конструкций В=3м. Ограждающие конструкции стен – панели длиной 6м. Устойчивость конструкций обеспечивается постановкой скатных и вертикальных связей в покрытии и вертикальных продольных связей между стойками.

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.

Статический расчет заключается в расчете один раз статически неопределимой системы.

Постоянные расчетные нагрузки:

От веса покрытия: q_п=0,553 кПа

От веса балки покрытия: q_б=0,1046 кПа

От стенового ограждения: q_ст=0,553 Па

Временные нагрузки:

Снеговая расчетная S_см=0,7кПа

Нормативная ветровая нагрузка определяется по формуле

Где - нормативное значение ветрового давления для II-го ветрового района

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, k=0,75 до высоты h=5м, k=0,8 при h=6м, k=0,85 при h=7м. Промежуточные значения k принимаются по линейной интерполяции.

c – аэродинамический коэффициент: с1=+0,8; с3=-0,5. (согласно СНиП 2.01.07-85)

Нормативная ветровая нагрузка до высоты 5м:

А) давление

Б) отсос

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке _f=1,4.

Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены:

- давление

- отсос.

Постоянное расчетное давление на стойку от вышележащих конструкций:

Собственный вес стойки определим, задавшись предварительными размерами ее сечения . Принимаем сечение стойки состоящим из 10 слоев досок толщиной 33мм, тогда . Ширину сечения колонны принимаем равной (после фрезерования боковых поверхностей колонны склеенной из досок шириной 200мм).

Собственный вес стойки: ,

- плотность древесины сосны.

Расчетная нагрузка от стенового ограждения, распределенная по вертикали с учетом элементов крепления (15% от веса стенового ограждения) .

Эксцентриситет приложения нагрузки от стены q_ст на стойку принимаем равным полусумме высот сечений стойки и стены:

.

Расчетная нагрузка от веса снега на покрытии:

Определяем усилия в стойках рамы, приняв следующие сочетания нагрузок: постоянная, снеговая и ветровая. Рама является один раз статически неопределимой системой, за неизвестное принимаем продольное усилие Х в ригеле:

Внутренние усилия в сечениях стойки от верха (х=0,0м) до заделки на опоре (х=Н) определяем по формулам:

Изгибающие моменты в левой и правой стойках:

Поперечные силы:

Нормальные силы:

Внутренние усилия в стойках рамы

х, м	Nx, кН
0	87,444	0	0	-0,477	0,477
1	88,08	0,262	0,716	0,85	0,977
2	94,476	1,529	2,125	2,177	1,477
3	97,992	3,994	4,228	3,505	1,863
4	101,508	7,593	7,023	4,832	2,476
5	105,024	12,327	10,511	6,159	2,976

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ.

В плоскости рамы стойка работает как защемленная на опоре вертикальная консоль в условиях сжатия с изгибом. Из плоскости рамы стойка представляет собой стержень с неподвижными шарнирами на концах.

Сечение стойки имеет размеры 185х330мм, тогда:

.

.

В плоскости рамы расчет стойки производится как сжато-изгибаемого элемента. Определяем гибкость стойки в плоскости изгиба, считая, что в здании отсутствуют жесткие торцевые стены.

, где расчетная длина стойки в плоскости изгиба .

Вычисляем коэффициент .

. Где

Расчет стойки на прочность производится по формуле:

Где

Из плоскости рамы колонну рассчитываем как центрально-сжатый элемент.

Расстояние между узлами вертикальных связей устанавливаем по предельной гибкости

Следовательно, достаточно раскрепить стойку по ее верху, тогда

.

.

Проверку устойчивости плоской формы деформирования производится по формуле:

, где l_р=Н=5м – расстояние между точками закрепления стойки из плоскости изгиба; k_ф=2,54 – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_р.

Следовательно, устойчивость стойки обеспечена.

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛА ЗАЩЕМЛЕНИЯ СТОЙКИ.

1. Определяем требуемый момент сопротивления швеллеров по формуле: , где R – расчетное сопротивление стали. По сортаменты подбираем швеллер №16 с W_x=93,4см³ и J_х=747см⁴.

2. Назначаем расстояние между осями тяжей h₀ из условия, чтобы h₀ было менее 0,1Н и не менее 2h с округлением кратным 50мм в большую сторону.

Таким образом, h₀0,1Н=0,5м. h₀2h=0,66м. Принимаем h₀=0,7м.

Производим проверку сечения стойки на скалывание при изгибе по фомруле: , где - расчетная поперечная сила.

- поперечная сила в стойке на уровне верхних тяжей.

При х=5-0,7=4,3м

.

3. Определяем усилие, действующее в тяжах и сминающее поперек волокон древесину стойки под планками.

4. Определяем площадь сечения одного стального тяжа в ослабленном сечении:

где m₁ – коэффициент, учитывающий влияние нарезки.

m₂ – коэффициент, учитывающий возможную неравномерность распределения усилий в двойных тяжах.

По найденной площади подбираем диаметр тяжа. , который равен .

5. Определяем ширину планок из условия , где

,

. Принимаем ширину планок равной 0,1м.

6. Определяем толщину планок из расчета их на изгиб как однопролетные свободно опертые балки, загруженные равномерно распределенной нагрузкой q с расчетным пролетом l_пл равным расстоянию между осями тяжей.

, где

- диаметр тяжей. - толщина стенки швеллера.

Опорные реакции .

Нагрузка .

Расчетный изгибающий момент:

Толщина планок: . В соответствии с сортаментом принимаем .