2.2. Деревянные стойки

Деревянные стойки относятся к несущим конструкциям, воспринимающим усилия сжатия или сжатия с изгибом. Их применяют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытия и перекрытия, в виде стоек подкосных систем и в виде стоек одно- или многопролетных рам. По конструкции материала деревянные стойки подразделяются на клееные и из цельных элементов.

Клееные деревянные стойки выполняют в заводских условиях значительного поперечного сечения и высотой до 8…10 м (рис.2.9)

Используют древесину второго и третьего сорта с рациональной расстановкой по высоте сечения. Высоту сечения стоек назначают по отношению h /H _ст = 1/15…1/35 (Н _ст – высота стойки). Такие стойки легко монтируются и просты в транспортировании. Наиболее ответственным у них является жесткий узел защемления в фундамент, который должен обеспечивать восприятие возникающего в нем изгибающего момента. Варианты опорных узлов стоек показаны на рис. 2.10

В средней части торца нижнего конца стойки рекомендуется делать треугольный вырез. При этом нормальные напряжения сжатия при изгибе концентрируются в крайних зонах торца стойки, увеличивается плечо пары внутренних сил при изгибе и уменьшаются усилия в опорных креплениях.

Такие стойки работают на вертикальную сжимающую силу N, равную опорному давлению несущей конструкции покрытия от собственного веса, снега и веса самой стойки. Кроме того, на стойку действуют горизонтальные равномерно распределенные нагрузки от давления ω₊ или отсоса ω_- ветра. Максимальный изгибающий момент М возникает в опорном сечении стойки. Он определяется с учетом того, что сила N действует вдоль условной вертикальной оси стойки с эксцентриситетом относительно опорного сечения e = (h – h ₀)/2 и что изгибающий момент того же знака возникает от отсоса ветра ω_-

Рис. 2.9. Клеедеревянные стойки:

а - постоянного квадратного сечения; б - постоянного прямоугольного сечения; в - переменного сечения

Рис. 2.10. Жесткие опирания клеедеревянных стоек:

а - крепление с анкерными столиками; б - крепление с вкленными стальными стержнями; 1 - анкерные столики; 2 - анкеры; 3 - болты; 4 - вклеенные арматурные стержни

При этом суммарный изгибающий момент

M = N e + ω_- l ²/2 + H l.

Поперечная сила, максимальная на опоре, возникает от положительного давления ветра и поэтому

Q = ω₊ l.

Сечение стоек может быть как постоянное, так и переменное по высоте. Стойки переменного сечения наиболее экономичны по расходу древесины, так как в опорном сечении, где действуют максимальные моменты, имеют наибольшую высоту.

Стойки из цельных элементов могут выполняться из одиночных бревен или брусьев, в виде элементов составного сечения из брусьев или из толстых досок, соединенных по длине болтами или гвоздями.

Брусчатые или бревенчатые стойки имеют небольшую высоту и обладают небольшой несущей способностью так же, как и стойки составного сечения. Стойки составного сечения имеют большую гибкость по сравнению со стойками из одиночных элементов из за податливости соединений, которую необходимо учитывать при расчете. Варианты составных брусчатых стоек показаны на рис. 2.11

Рис. 2.11. Составные брусчатые стойки:

а - сплошные; б - сквозная с прокладками; в - схема работы; 1 - брусья; 2 - болты; 3 - прокладки

Решетчатые стойки могут быть с параллельными ветвями или с одной наклонной ветвью высотой 8…10 м. Они используются как сжато-изгибаемые стойки рам (рис. 2.12). Элементы решетчатых стоек в узлах соединяют болтами (рис.2.13)

За счет большего отношения h/l в стойках с наклонным поясом усилия меньше, чем в стойках с параллельными поясами, но они занимают больше полезной площади здания. Опорный узел ригеля на них также проще, но у стоек с параллельными поясами все узлы одинаковые.

Рис. 2.12. Решетчатые стойки:

а - треугольная; б - прямоугольная; в - виды сечений

Растянутые элементы решетчатых стоек выполняют из древесины первого сорта и при расчете их несущей способности учитывают увеличение гибкости из за податливости соединений.

Независимо от классификационных признаков стоек их предельная гибкость не должна превышать λ ≤ 120.

Расчет клееных деревянных стоек чаще всего выполняют по расчетной схеме стоек в составе каркаса здания в виде однопролетной поперечной рамы (рис. 2.14)

В плоскости поперечной рамы стойка работает по схеме «заделка – свободный конец» на сжатие с изгибом и сечение стойки проверяют на прочность по формуле

σ _с = N _c /F _расч + M _Д /W _расч ≤ R _c, [1], п. 6.17, (2.17)

Рис. 2.13. Узлы решетчатых стоек:

а - верхние; б - опорные; в - промежуточные; 1 - пояса; 2 - болты; 3 - стальная балка; 4 - анкеры; 5 - стальной уголок; 6 - стержни решетки; 7 - стальные накладки

.

Рис. 2.14. Схематический разрез здания

на устойчивость плоской формы деформирования по формуле (38) [1]

N _c / ( _y F _бр ) + [M _Д /(_мW _расч R _и )] ⁿ ≤ 1. (2.18)

Расчет крепления стоек на опоре производят при сочетании нагрузок, вызывающих наибольшее растягивающее усилие N _p в крепежных элементах

N _p = M _Д /e – N /2. (2.19)

Здесь e – плечо пары сил N _p и равнодействующей напряжений сжатия, которые приняты равномерно распределенными по длине h₁. По наибольшему значению силы N_p рассчитывают число вклеенных стержней, болтов или других соединений, располагаемых с одной стороны стойки.

Расчет решетчатых стоек. При расчете таких стоек считают, что вертикальные нагрузки воспринимаются только ветвями стоек и распределяются поровну на параллельные ветви, а в стойке с наклонной ветвью – на одну вертикальную ветвь. Решетка стойки и наклонная ветвь включаются в работу только при действии горизонтальных ветровых нагрузок. Поэтому сечения элементов рассчитывают главным образом из условия устойчивости сжатых поясов и элементов решетки в плоскости и из плоскости стойки. Расчет ведут как для консольной фермы.

Усилия достаточно определить лишь в нижних панелях поясов и в двух – трех нижних наиболее длинных и наиболее нагруженных элементах решетки. Все остальные элементы принимают того же сечения.

Устойчивость поясов проверяют по формуле (2.17), причем в усилие N _c вводят коэффициент 1/ξ , учитывающий дополнительное усилие, вызванное прогибом всей стойки в целом. Обычно принимают ξ = 0,9 с небольшим запасом, а гибкость берут большую из λ _х – в плоскости и λ _y – из плоскости. Расчетную площадь принимают

F _расч = 2 b _в h _{в 0}.

Для наружных и внутренних поясов гибкость λ _х вычисляют, принимая расчетную длину, равную расстоянию между узлами ( l _{0 x} = l _x), а r _x = 0,29 h _в. Приведенную гибкость λ _пр из плоскости вычисляют по формуле [1], п.6.6…6.7.

Расчетную длину наружного пояса для λ _y принимают равной расстоянию между точками закрепления вертикальных связей по наружному поясу, а для внутреннего пояса – равной расстоянию между точками закрепления горизонтальных связей. Радиус инерции сечения r _y =

Гибкость одной ветви λ ₁ вычисляют, принимая l ₁ равным наибольшему расстоянию между болтами, скрепляющими ветви пояса. Если между узлами нет дополнительных болтов, связывающих ветви пояса, то l ₁ = l _x , а r ₁ = 0,29 b _в.

Для наклонного пояса при ветре справа кроме проверки устойчивости проверяют прочность при растяжении.

Элементы решетки в зависимости от действующих усилий проверяют на прочность при сжатии или растяжении. Если элемент решетки состоит из двух ветвей, связанных только в узлах стойки или только посередине их длины, то их проверяют на устойчивость как два одиночных цельных стержня относительно оси, для которой λ ₁ = l ₀/0,29 b _р. Предельная гибкость элементов решетки должна быть не более λ ≤ 150.

П р и м е р 2. 5