4 Поперечная рама здания с клеефанерными стойками

Спроектировать и рассчитать здание пролетом l=21,3м с шагом несущих конструкций В=4м. Несущие конструкции – металлодеревянные фермы.

4.1 Статический расчет

Определяем нагрузки на стойки рамы. Нагрузку от собственного веса фермы находим по формуле:

(25)

Давление на стойку:

• от покрытия P_ф.п.=(0,17+0,132+0,633) 4 21,3/(2 0,95)=21,93кН;

• от снеговой нагрузки P_ф.с.=1,6 4 21,3/(2 0,95)=71,75кН;

• от снегового ограждения с учетом элементов крепления P_cт=(0,22+0,132)·4·(5,2+2,5)=10,84кН.

Расчетную нагрузку от собственного веса стойки принимаем, задаваясь предварительно ее сечением 200 500мм:

Ветровая нагрузка.

Скоростной напор ветра: v_o=0,3кН/м²;с=0,8;с₃=0,6.

Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены:

то же от участка стены выше стоек:

,

где h_оп=2,5м.

Усилия в стойках рамы для каждого вида загружения определяем отдельно. При малой жесткости ригеля рассчитываем:

• от ветровой нагрузки приложенной к верху стойки:

• от ветровой нагрузки на стены:

• от стенового ограждения при расстоянии между центрами стенового ограждения и стойки е=0,25+0,1+0,08=0,43м:

(26)

(27)

Изгибающие моменты в нижнем сечении стоек:

Поперечные силы в заделке стоек:

Принимаем М_расч=45,68кНм, Q_расч=15,3кН.

N_расч=21,93+71,75·0,9+10,84+2,86=100,21кН,

где k=0,9 – коэффициент сочетания учитывающий действие двух временных нагрузок.

4.2 Конструктивный расчет

Подбираем сечение клеенойфанерной стойки из хвойной древесины 2-го сорта длиной l=5,2 м с жестким закреплением с фундаментом и шарнирным опиранием с конструкцией покрытия. Стойка не имеет ослаблений сечений и нагружена продольными сжимающими силами N=100,21кН = 0,10021МН.

Расчетная длина стойки l=2·H=2·5,2=10,4м.

Задаемся гибкостью =100

(28)

Принимаем доски толщиной 3,3см, 11 слоев; h=11·3,3=36,3см. Ширину сечения стойки назначаем из условия:

(29)

Принимаем b=14см

Площадь сечения b·h=36,3·14=508,2см².

Назначаем 4 стержня A-2,d=20мм,S=3,14см².

Процент армирования равен 0,005. Находим отношение модулей упругости дерева(104 МПа) и стали (210000 МПа):

Расчетная высота сечения:

(30)

где a=2см – толщина защитного слоя.

Геометрические характеристики приведенного сечения:

момент инерции:

(31)

момент сопротивления:

(32)

приведенная площадь сечения:

(33)

Радиус инерции:

(34)

Расчетное сопротивление сжатию древесины с учетом коэффициентов:

(35)

Момент с учетом деформативности:

(36)

Проверку напряжений в плоскости фермы производим как для сжато-изогнутого элемента по формуле:

(37)

5 Обеспечение пространственной жесткости здания при эксплуатации и монтаже

В зданиях и сооружениях плоские конструкции, соединенные между собой, образуют пространственную систему, которая должна воспринимать действующие на здание нагрузки. Усилия от нагрузок передаются с одной конструкции на другие и, в конечном счете, на фундаменты.

Вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на продольные стены здания, воспринимаются поперечными плоскими несущими конструкциями в виде двухшарнирных рам. Неизменяемость и устойчивость отдельных плоскостей каркаса обеспечивается постановкой в этих плоскостях связей.

В зависимости от назначения и места расположения, связи разделяются на следующие виды:

1. В покрытиях зданий поперечные связи в виде горизонтальных или наклонных ферм располагают в плоскости верхних поясов или верхних кромок несущих конструкций, находящиеся у торцов здания. В длинных зданиях поперечные связи ставят также между торцевыми на расстоянии не более 30 метров.

Связи рассматривают как горизонтально расположенные фермы, у которых поясами служат верхние пояса решетчатых или всё сечение сплошных несущих конструкций. Стойками являются прогоны или ребра плит покрытия, либо распорки, а раскосы выполняют деревянными по распорной или перекрестной схеме или из стальных тяжей по перекрестной схеме.

2. Продольные вертикальные связи располагают перпендикулярно к несущим конструкциям покрытия или каркасных стен. Они предназначены для сохранения проектного положения плоских несущих конструкций при эксплуатации и монтаже и для обеспечения устойчивости плоских несущих конструкций в плоскости перпендикулярной к их рабочей плоскости. Их устанавливают в середине пролета ферм покрытия.

Продольные связи ставят в стойках рам. Располагают их в тех же отсеках, где установлены поперечные связи покрытия. Конструкцию продольных связей принимают в виде простейших ферм, а при невозможности установки раскосов в виде сложных балок.

3. Горизонтальные связи, располагаемые в плоскости нижних поясов из профилированной стали для восприятия тормозных усилий от кранов.

Элементы всех видов связей соединяют с несущими конструкциями с помощью стальных крепежных деталей. Оси связей рекомендуется центрировать в узлах крепления к несущим конструкциям. Допускается центровать на кромку несущих конструкций при условии, что жесткость элементов связей меньше жесткости пояса несущей конструкции.