Метода по Каратаеву

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Строительный факультет

Кафедра конструкции из дерева и пластмасс

Л. П. КАРАТЕЕВ

РАСЧЕТ СТОЕК ДЕРЕВЯННОГО КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ

Методические указания

Санкт-Петербург

2013

УДК 624.011.1 674.028.9

Рецензент канд. тех. наук, доцент В. Е. Бызов (СПбГАСУ)

Расчет стоек деревянного каркасного здания: метод. указания

/ Л. П. Каратеев; СПбГАСУ. – СПб., 2013. – 53 с.

Предназначается для студентов специальности 270102 – промышленное и гражданское строительство – инженерно-строительных вузов, строительных вузов и строительных факультетов. Цель пособия – оказать помощь студентам всех форм обучения при выполнении ими курсового проекта по конструкциям из дерева и пластмасс, а также дипломного проекта по данной дисциплине. Рассмотрены три варианта расчета и проектирования стоек каркасного здания.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2013

2

Введение

Настоящие методические указания разработаны для студентов специальности 270102 – промышленное и гражданское строительство, выполняющих курсовой и дипломный проект деревянных и каркасных зданий.

В методических указаниях рассматриваются конструкции основных стоек каркасных зданий из цельной и клееной древесины. Приводятся последовательность выполнения расчета, основные требования и принципы проектирования стоек деревянного каркаса здания в соответствии со СП 64.1330.2011 (актуализированная редакция СНиП

II-25-80).

Основные стойки поперечника здания предназначаются для восприятия вертикальных (собственный вес покрытия здания, масса основной несущей конструкции, а также от снеговой нагрузки), так и горизонтальных нагрузок (ветровые, крановые нагрузки и пр.).

Стойки каркасных зданий устанавливаются на железобетонный фундамент, который на 150 мм выше уровня чистого пола здания. Основные стойки жестко закрепляются в фундамент, а торцевые (фахверковые) шарнирно крепятся к фундаменту и к верхнему поясу основной несущей конструкции (ферма, балка, арка). Стойка фахверка выполняется прямоугольного сечения с поперечным сечением ≈ 195 400 мм при высоте стойки 10,0 м, причем они могут быть в виде клееных дощатых или клеефанерных коробчатого сечения.

При компоновке поперечного сечения из клееных элементов следует использовать пиломатериалы двух сортов или двух пород. Тогда в крайних зонах на 0,15 высоты сечения следует применять более высокопрочные пиломатериалы, а в средней зоне менее прочные пиломатериалы.

Опирают стойки на фундамент через слой гидроизоляции (изопласты), при этом боковые накладки устанавливаются на стойки с зазором от фундамента на 5 мм, а опорные части стойки подвергаются дополнительной огне- и влагозащите методом обмазки. Опирать стойку на фундамент можно через антисептированную прокладку из ДСП или из твердых пород древесины (при небольших напряжениях на подошве стойки).

3

§1. Основные виды стоек и особенности их расчета

Стойки деревянных каркасных зданий выполняются постоянного сечения, а при наличии подкрановых балок – ступенчатыми.

Различают следующие основные виды стоек: клеедощатые массивного сечения, клеефанерные коробчатые, решетчатые с узлами на болтах и стойки на колодках (рис. 1.1).

Выбор того или иного вида стоек зависит от типа и высоты здания, срока его службы, величины нагрузок, технологии производственных процессов и эксплуатационных режимов внутри помещения. Эти особенности определяют проектные требования к конструкциям стоек (формам поперечных сечений), огнестойкости, а также внешнему виду. Во всех случаях учитываются экономические факторы, конкретные условия изготовления и архитектурные требования.

Клеедощатые прямоугольного сечения стойки технологичны в изготовлении, имеют высокий предел огнестойкости по сравнению со стойками другой конструкции, но при большой высоте они имеют недостатки экономического порядка, обусловленные значительной материалоемкостью. В этих случаях целесообразно переходить на другие конструктивные решения, если это возможно по эксплуатационным требованиям. Высота поперечного сечения клеедощатой стойки

принимается равной 101 151 длины стойки. Ширину стойки следует

принимать до 250 мм при высоте до 10,0 м.

Клеефанерные стойки имеют гладкие поверхности, хороший внешний вид, они обладают высокой прочностью и жесткостью, при этом имеют малую материалоемкость. Клеефанерные стойки обладают пониженной огнестойкостью, так как обшивки имеют минимальную толщину. Указанные типы стоек рекомендуется использовать для сборно-разборных зданий и для торцевых (фахверковых) стоек при большой их высоте.

Высота сечения клеефанерных стоек принимается в пределах

18 121 длины.

4

м) в редких случаях 9,5 м при использовании мостовых лесоматериалов. Высота поперечного сечения стойки принимается в пределах

19 141 длины стоек.

Основные стойки каркаса здания жестко закрепляем в фундамент и шарнирно соединяем с несущей конструкцией покрытия – образуется основная поперечная рама каркаса здания. На стойку действует система вертикальных и горизонтальных нагрузок. Вертикальные нагрузки от постоянной и временной нагрузок при центрированном опирании на стойку вызывают только сжимающие усилия.

При действии горизонтальных нагрузок на стойки и при их соединении ригелем, они работают совместно, а рама является статически неопределимой. В связи с большой разницей в жесткостях ригеля и стоек ( E Yригеля E Yстоек ) моменты в стойках практически не возникают.

Рис.1.2. Совместное деформирование стоек рамы

Расчет производится по правилам строительной механики. За лишнюю неизвестную принимают силу Х, приложенную на уровне верха стоек на оси нижнего пояса ригеля.

При определении силы Х допускается, что ригель представляет

6

собой стержень цельного сечения с жесткостью, равной бесконечности E Yриг . Тогда отклонения верха левой и правой стоек (проги-

бы) будут одинаковы (рис. 1.2).

fл fп

Для схемы, показанной на рис. 1.2, значения fл и fп определяются как для защемленных консольных балок. По правилам строительной механики получим

где q1 и q2 – погонные горизонтальные ветровые нагрузки, активная и отрицательная (отсос) соответственно;

W1 и W2 – сосредоточенные ветровые нагрузки, активная и отрицательная (отсос), с вертикальной части ригеля приложены на уровне верха стоек.

При этом

q1 qb c1 B,

q2 qb c2 B γ, W1 q1 hоп ,

W2 q2 hоп .

где с1 = 0,8 – аэродинамический коэффициент со стороны [1]; с2 = –0,6 – аэродинамический коэффициент со стороны отсоса; В – шаг стоек;

= 1,4 – коэффициент безопасности для ветровой нагрузки [1]; qb – нормативное значение ветровой нагрузки;

hоп – высота несущей конструкции на опоре (для треугольных и сегментных ферм hоп = 0).

Изгибающие моменты в основании стоек (правой, левой)

M M0 X H ,

где M0 – изгибающий момент от нагрузок q1 и W1 или q2 и W2, определенный в стойке, работающей как консоль.

Поперечная сила в основании стойки (правой, левой)

7

Q Q0 X ,

где Q0 – поперечная сила от нагрузок q1 и W1 или q2 и W2, определенный в стойке, работающей как консоль.

Расчет стойки производится как сжато-изгибаемого элемента. При определении коэффициента расчетную длину стойки принимают равной удвоенной действительной длине (l0 = 2,2 Н). Проверка прочности клеедощатых стоек производится по формулам

Расчет на прочность клеефанерных стоек по приведенным геометрическим характеристикам Fпр, Sпр, Iпр.

Рис.1.3. К расчету стоек

Прикрепление стоек к фундаментам осуществляется:

1)при помощи парных деревянных накладок, прикрепляемых

кстойкам болтами, уголков и натяжных анкеров, заделанных в фундамент;

2)при помощи приклеенных парных накладок и вклеенных

8

анкеров.

Конструктивные решения узлов опирания стоек на фундаменты и опирание несущих конструкций на различные типы стоек приведены в примерах 2,3,4.

Максимальные растягивающие усилия в анкерах возникают при действии только постоянных нагрузок. Величина этих нагрузок определяется

где M – изгибающий момент у основания стойки; Nп – нормальная сила от постоянной нагрузки;

е – плечо реактивной пары сил, равное расстоянию между осью растянутого анкера и центром тяжести эпюры сжимающих напряжений в основании стойки (рис. 1.4);

m – коэффициент учитывающий долю Nп, приходящуюся на растянутую зону стойки. Для клеедощатых стоек значение m определяется из отношения e/t (рис. 1.4).

Вертикальные нагрузки на стойки определяются из таблиц нагрузок на основную несущую конструкцию (для ферм нагрузки берем из таблицы определения усилий в элементах ферм – опорные реакции).

9

Рис.1.4. Эпюра напряжений

10