Конструирование и расчёт клеефанерной балки коробчатого сечения с параллельными поясами

Конструирование балки и компоновка сечения.

При ширине здания 15 м расчетный пролет принимаем 14.7 м.

Для отвода атмосферной влаги балку с параллельными поясами устанавливают наклонно, используя колонны разной высоты (3 – 10%), принимаем уклон 6%.

Высота балки определяется принимаем . Две фанерные стенки ФСФ (фанера повышенной водостойкости) приняты толщиной 10 мм с размерами 1525x1525, каждую приклеивают с наружных сторон поясов. После обрезки кромок листа его размер принят 1500x1500 мм. Оба пояса балки приняты одинакового сечения из четырех вертикальных слоев досок. Средние слои выполняют из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов сечением 175x50 мм. После сушки и фрезерования их размер будет 160x46 мм. Крайние слои, примыкающие к фанерным стенкам, из таких же досок с продольной их распиловкой на две узкие доски, размер которых после фрезерования должен быть 77x46. Между последними имеется горизонтальный зазор 6 мм.

Для обеспечения жесткости фанерных стенок из их плоскости между стенками поставлены ребра жесткости, склеенные из четырех досок после фрезерования, имеющих сечение 100x132 мм. Расстояние между осями ребер жесткости а0 получается равным длине фанерного листа, уменьшенной на 10δф =120 мм, тогда а0=1500-120=1380 мм. Первые панели от опоры имеют меньшую длину.

Определение геометрических размеров балки:

Расчетный пролет балки 14.7 м, полная длина балки будет м

Сбор нагрузок

Нормативную нагрузку от собственного веса балки вычисляем по формуле:

Вид нагрузки	qн, кН/м2	f	q, кН/м2
1.Постоянная
- вес кровли - собственный вес плиты - вес утеплителя	0.15 0.2 0.194	1.3 1.1 1.2	0,195 0,22 0,233
2. Собственный вес балки	0.054	1.1	0,06
Итого:	0.598		0.708
3.Временная
- снеговая	0.84		1.2
Итого:	1.438		1.91

Определение расчётных усилий

Расчётной схемой балки покрытия является балка на двух шарнирных опорах, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой. В расчетной схеме распределённая нагрузка приводится к погонной нагрузке.

Статический расчет балки

Для балок с параллельными поясами наибольший изгибающий момент возникает в середине пролёта и его величину можно принять:

Расстояние от оси левого опорного ребра до оси первого промежуточного ребра жесткости

м

Расстояние от левой опоры до середины первой панели

м

Расстояние от опоры до середины второй панели

м

Изгибающие моменты:

в середине первой панели при м

кНм

в середине первой панели при м

кНм

Проверка принятого сечения на прочность

Высота сечения между осями поясов м

Приведенный к древесине поясов момент инерции поперечного сечения балки

Среднее нормальное напряжение в нижнем растянутом поясе

Касательные напряжения в стенке балки по нейтральной оси проверяем в сечении на опоре, где поперечная сила имеет наибольшее значение. Приведенный к фанере статический момент поперечного сечения балки

Приведенный к фанере момент инерции поперечного сечения балки

Максимальные касательные напряжения фанерной стенки

Максимальные касательные напряжения по швам между фанерой и древесиной проверяем в сечении на опоре

Расчетная ширина сечения пояса b_расч=n·h_п=4·0,077=0,308м

Отношение , поэтому согласно СНиП II-25-80 п. 4.30 , проверку стенки на устойчивость следует проводить по формуле

Приведенный к фанере момент инерции сечения балки в середине первой панели _{Нормальные напряжения в стенке на уровне внутренней кромки поясов}

_{Приведенный к фанере статичесткий момент поперечного сечения на высоте внутренней кромки поясов}

Поперечная сила в середине первой панели балки при м

кН

Касательные напряжения в стенке на уровне кромки поясов

Расчетная высоты стенки при

h_расч= =0.45 м.

Коэффициенты k_и, k_T принимают по графикам 18 и 19 прил.5 СНиП II-25-80. Отношение , тогда k_и=30 МПа

Отношение , тогда k_τ= 2.3МПа

Проверка устойчивости

<1

Так как в следующей панели расстояние между ребрами жесткости больше, чем в опорной, проверяем фанерную стену балки на устойчивость из ее плоскости в середине второй панели при м

Поперечная сила в середине первой панели балки

кН

Приведенный к фанере момент инерции сечения балки в середине второй панели _{Нормальные напряжения в стенке на уровне внутренней кромки поясов}

_{Приведенный к фанере статичесткий момент поперечного сечения на высоте внутренней кромки поясов}

Касательные напряжения в стенке на уровне кромки поясов

Расчетная высоты стенки при

h_расч= =1.18 м.

Коэффициенты k_и, k_T принимают по графикам 18 и 19 прил.5 СНиП II-25-80. Отношение , тогда k_и=16 МПа, а k_τ= 2.7МПа

Проверка устойчивости

<1

Прочность стенки на действие главных растягивающих напряжений проверяем в середине балки по формуле

Определяем угол

tg ; =77.7⁰

По графику, приведенному на рис 17, прил.5 СНиП II-25-80 определяем =8МПа

Прогиб балки постоянного сечения без учета деформации сдвига

_{Момент инерции поперечного сечения балки в середине пролета, приведенный к древесине}

_{Относительный прогиб балки}

Конструирование и расчёт дощатоклееной колонны

Предварительный подбор сечения колонн.

Предельная гибкость для колонн λ=120

Компоновка пояса двутаврового сечения

Высоту сечения колонны назначаем из условия.

, принимаем колонну

Сечение досок для изготовления колонн по сортаменту пиломатериалов ГОСТ 24454-80*Е (принимаем) 225х40 мм

Сечение чистых досок после сушки (до 12% влажности) и фрезерования (осторожки) 210х36 мм

Ширина доски (равная ширине пояса) b=225-15=210 мм

Толщина доски t=40-4=36 мм

Требуемая высота пояса =

Принимаем h_п=36·3=108 мм > h_п^тр=70.5 мм

Требуемая ширина пояса > =

Принимаем b_п=210 мм > b_п^тр=70.5 мм

Компоновка стенки двутаврового сечения

Сечение досок для изготовления колонн по сортаменту пиломатериалов ГОСТ 24454-80*Е (принимаем) 115х40 мм

Сечение чистых досок после сушки (до 12% влажности) и фрезерования (осторожки) 100х36 мм

Ширина доски (равная ширине стенки) b=115-15=100 мм

Толщина доски t=40-4=36 мм

Требуемая высота стенки =423-2·108=207 мм

Принимаем h_ст=36·6=216 мм

Требуемая ширина стенки > = , но не менее 80 мм

Принимаем b_ст=100 мм > b_ст^тр=80 мм

Расчетные длины колонны

в плоскости рамы

из плоскости рамы (учитывая наличие промежуточных горизонтальных связей) .

С учетом обеспечения одинаковой гибкости колонны в плоскости и из плоскости рамы, принимаем следующие размеры поперечного сечения.

Определение нагрузок на колонну.

Стеновые панели клеефанерные трехслойные общей толщиной 0.21 м. Масса панели 31 кг/м². Расчетная нагрузка от панелей 0.346 кН/м².

Нагрузки на колонну:

от ограждающих конструкций покрытия:

расчетный пролет м.

Полная ширина покрытия зданий м,

кН;

от веса ригеля

кН;

от снега

кН.

Нагрузки на колонну от стен

м

кН.

Сбор нагрузок

Вертикальные нагрузки, действующие на поперечную раму, можно свести в таблицу

Вид нагрузки	qн, кН/м2	f	q, кН/м2
1.Постоянная
- вес кровли - собственный вес плиты - вес утеплителя	0.15 0.2 0.194	1.3 1.1 1.2	0,195 0,22 0,233
2. Собственный вес балки	0.054	1.1	0,06
3. Собственный вес колонны	1.84	1.1	2.02
Итого:	2.438		2.728
4.Временная
- снеговая	0.84		1.2
Итого:	3.278		3.928

Нагрузка от собственного веса колонны

G_кол=(2h_пb_k + b_стh_ст )Hρ=(2^.0.108^.0.21+0.1^.0.264)5.5^.500=1.84 кН/м²

Ветровая нагрузка

Район строительства – Омск

Нормативное значение ветрового давления – W_о=0,3 кПа

Расчётная линейная ветровая нагрузка

с наветренной стороны: qв=W_o·c·k

с заветренной стороны: q'в=W_o·c`·k=0.3∙0.5∙6·1.4·0.4=0.504 кН/м

где W_o- нормативное значение ветрового давления, принимаемого

по СНиП 2.01.07-85 в зависимости от района строительства

с – аэродинамический коэффициент, принимаемый в соответствии со СНиП

с= 0.8 –с наветренной стороны

с'=0.6 – с заветренной стороны (при h₁/l=5.5+1.5+0.21/15=0.48<1)

b=6 м – шаг колонн

γf=1.4 – коэффициент надёжности по ветровой нагрузке

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.Табл. 6, стр 10 СНиП 2.01.07-85

k=0.5 – ≤5м

k=0.65 – для 10 м

С наветренной стороны

находим значение ветровой нагрузки на следующих отметках:

До 5 м:

До 10 м:

Методом линейной интерполяции

при Z=H+h`_оп=5.5+1.71=7.21м. q_в=0.19 кН/м _(k=0.566)

q’_в=0,143 кН/м

Расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 14,4м

W_акт=

W_оп =

Переменную по высоте ветровую нагрузку заменяем равномерно распределенной

кН/м²

W_m`= =0,13 кН/м²

Расчетная ветровая нагрузка на колонну:

С наветренной стороны: 0.173 ·6=1.038 кН/м

С подветренной стороны: 0.13 ·6=0.78 кН/м