Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

ДК2 / Шмелев ГН Пособие по ДК

.pdf

Скачиваний:

153

Добавлен:

12.05.2015

Размер:

3.34 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 1816 17 18 > Следующая >>>

10.ТОРЦЕВОЙ ФАХВЕРК

10.1.Основы расчета

Фахверк является несущим элементом торцевой стены. Фахверк несет вертикальную нагрузку от массы ограждающих конструкций, воспринимает горизонтальную ветровую нагрузку, а при необходимости нагрузку от части покрытия, включая массу снега. При высоте до 6,5 м стойки фахверка могут выполняться из брусьев, при большой высоте их делают клееными (в т. ч. переменного сечения) или решетчатыми.

Расчет стоек фахверка производят как сжато-изогнутых элементов, в которых изгибающий момент вызван горизонтальной ветровой нагрузкой, а продольная сила – нагрузкой от собственной массы стойки, стенового ограждения и редко части покрытия. Изгибающий момент вычисляется как в однопролетной балке с шарнирным опиранием концов.

При значительных нагрузках узел опирания стойки на фундамент рассчитывается на смятие торца стойки и материала фундамента от осевой силы. Поперечная сила Q 0,5 w l воспринимается болтами, передается через стальные траверсы, или просто уголки, и на фундамент.

Из плоскости действия момента стойка рассчитывается из условия обеспечения устойчивости только от вертикальной нагрузки, для чего могут устанавливаться распорки между стойками. В этом случае расчетная длина из плоскости равна наибольшему расстоянию между закреплениями l1и l2 .

Расчет выполняем по формуле:

Рис. 10.1. Торцевой фахверк.

а) расчетная схема; б) конструктивная схема

151

Расчет фахверковой колонны можно выполнять по двум расчетным схемам:

1)от вертикальных нагрузок, сосредоточенных на верху колонны и ветровой нагрузки;

2)от вертикальных нагрузок, в т. ч. от стенового ограждения, момента от стенового ограждения и ветра.

I вариант

R m

;

ур

1 ;

w l2

;

w w k c

n B;

c 0,8;

;

3000

;

А R

h – высота сечения стойки,

i 0,29 h;

w0 - нормативный скоростной

напор по

климатическому ветровому району;

коэффициент

увеличения

скоростного

напора по высоте здания (10 м) и сооружения [3];

коэффициент

надежности

по

нагрузке

1,4

;

nв - коэффициент динамичности, учитывающий

пульсационную

составляющую

ветрового

напора

nв

1,1 1,3 ;

mур - коэффициенты условий работы колонны.

II вариант

;

w l2

R m

;

A W

ур

Mд M2n ;

w w k c

n B; c

0,6;

;

Nc – вес стеновых панелей, опирающихся на колонну;

e – эксцентриситет, расстояние от центра колонны до середины стеновых панелей;

Nk – вес колонны;

В – шаг фахверковых колонн.

Рис. 10.2. Расчетные схемы: а) I вариант; б) II вариант

152

10.1.1. Расчет опорного узла

Как правило, вертикальная нагрузка на нижнем торце колонны незначительна и проверку торца стойки на смятие можно не проводить.

Подбираем

количество болтов, воспринимающих перерезывающую

силу Q 0,5 w l

с назначением диаметра болта d 16 24мм

Рис. 10.3. Конструкция узла опирания колонны

Расчет производим как двухсрезное нагельное соединение по смятию среднего элемента и изгиба болта: Тc 0,8 c d кН;

Ти 1,8 d2 0,02 a2кН;	но не более 2,5 d2 (размеры в см).
Количество болтов: n	Q	.

Tmin nш

Проверка на смятие уголков в зоне опирания болтов:

Q	R		, t – толщина стенки уголков.
d t 2
	t	c

Определим количество анкерных болтов. Принимаем d 16 24мм . Болты работают на срез.

n	Q
		,

nc c A Rbs

nc – число срезов-1;

c 1– коэффициент условий работы на срез;

А – площадь болта (если линия среза проходит через резьбу, то А=Ант ). Rbs 20кНсм2 для болтов класса 5.8.

10.1.2. Расчет крепления верха колонны

Особенность крепления фахверковой колонны к несущим конструкциям заключается в том, и это известно уже из ранних курсов МК и ЖБК, что здесь должен быть сформирован листовой шарнир, не стесняющий вертикальные перемещения ригеля, через который не должна передаваться на колонну вертикальная нагрузка, а только горизонтальная от ветра.

153

В зависимости от проектного решения конструктивно реализуются несколько вариантов узла крепления кровельных и стеновых панелей (рис. 10.4). Передача горизонтальных усилий от верха колонны происходит через несущую конструкцию (или её часть, например, пояс) в узел примыкания связей. Таким образом, горизонтальные нагрузки от фахверка передаются на диск жесткости по покрытию.

Определяем количество болтов или глухарей, прикрепляющих верх колонны.

Расчет производим как несимметричное нагельное соединение.


Tc	0,35 c d	кН; c hглухаря;	h 5 d;		d 8 12мм ;
Tи	1,8 d2 0,02 а2,но не более			2,5 d2кН;		a tпластины ; (c, d, a – в см).
Расстояние		между болтами:		S1 7 d		- вдоль волокон; S2 3,5 d -

поперек волокон. Расстояние от болта до кромки: S3 3 d - поперек волокон.

Рис. 10.4. Узел крепления верха колонны:

а) 1-ый вариант;

б) 2-ой вариант

10.2. Пример расчета

Запроектировать клееную фахверковую колонну теплового здания с шагом торцевых колонн B 5м,высотой l 6м.Район строительства г. Казань. Температурно-влажностные условия эксплуатации – А2.

Конструктивная и расчетная схемы колонны приведены на рис. 10.1 и

рис. 10.2.

154

10.2.1. Сбор нагрузок, действующих на колонну

Основными нагрузками для колонн являются постоянные (вес стенового ограждения, собственный вес колонны), кратковременные (ветровая) нагрузки.

Для расчета принимаем стены, выполненные с использованием клеефанерных панелей. В качестве несущей конструкции здания принята клеедеревянная балка.

В таблице 10.1 представлены данные о равномерно распределенных вертикальных нагрузках, действующих на колонну.

					Таблица 10.1
			Норматив	Коэффициент		Расчетная
Наименование и подсчет нагрузки			-ная	надежности		Расчетная
			-ная	надежности		нагрузка,
			нагрузка,	по нагрузке,		нагрузка,
			кПа	c		кПа
			кПа	c

1			2	3		4

Постоянные:			0,098	1,1		0,108
Фанерные обшивки			0,098	1,1		0,108
0,008 0,006 700 10 2
Продольные ребра каркаса			0,062	1,1		0,069
4 0,04 0,117 500 10 2 1,5			0,062	1,1		0,069
4 0,04 0,117 500 10 2 1,5

Поперечные ребра	2		0,020	1,1		0,022
9 0,04 0,117 0,433 500 10	2	2,98 1,5	0,020	1,1		0,022
9 0,04 0,117 0,433 500 10		2,98 1,5

Утеплитель			0,042	1,2		0,050
0,117 1,5 4 0,04 40 10 2		1,5	0,042	1,2		0,050
0,117 1,5 4 0,04 40 10 2		1,5
Собственная масса колонны			qкн 0,058	1,1		qк 0,064
			qкн 0,058	1,1


			qн 0,28			qн 0,313
Всего			qн 0,28			n
Всего			n

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте H над поверхностью земли определяется по формуле 6 [3]

wm w0 k c,

где w0 - нормативное значение ветрового давления [3]; k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте [3]; c- аэродинамический коэффициент [3].

155

Нормативное значение ветрового давления по высоте w0 0,3кнм2 для II района (г. Казань) принимается по таблице 5 [3] в зависимости от типа местности. Принимаем тип местности В (городская застройка).

Значение с1 и с2 принимаются по приложению 4. п. 3 [3]. Расчетные погонные нагрузки от ветра:

наветренная сторона - w1 w0 f k1 c1 B 0,3 1,4 0,53 0,8 5 0,89кНм;

разряженная область - w2 w0 f k2 c2 B 0,3 1,4 0,53 0,6 5 0,67кНм ,

где f 1,4- коэффициент надежности по ветровой нагрузке, принятый по п.

6.11 [3].

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки на верхней точке колонны:

W w

B 0,3 1,4 0,53 0,8 3 5 2,67кН;

W w

B 0,3 1,4 0,53 0,6 3 5 2,01кН,

где l - высота колонны (грузовой площади).

Вертикальная нагрузка на колонну от стен:

Nc q B l

0,313 5 6 9,39кН 9,39 10 3 МН .

Для расчета по двум вариантам загружений необходимо дополнительно определить и эксцентриситет от установки стенового ограждения.

e hk hn 0,40 0,12 0,2 0,06 0,26м 2 2 2 2

hk - высота сечения колонны; hп - толщина стеновой панели.

10.2.2. Расчет дощатоклееной колонны

Задаемся размерами сечения колонны, исходя из предельной гибкостиmax 120 по таблице 4 [1].

h	H 0	600 1	17,3см,
	0,289 max	0,289 120
тр
где	0 - коэффициент,		принимаемый по п. 4.21 [1] как шарнирное

закрепление по концам к основанию и к жесткому диску покрытия с 0 1. Принимаем по приложению 1 размеры досок 40х175.

Рис. 10.5. Размеры колонны до и после механической обработки

156

Поперечное сечение дощатоклееной колонны компонуем из 6 досок. Тогда поперечное сечение колонны с учетом фрезерования досок согласно

приложению 3 составит: hк 6 a 6 34,5 207мм;		b h 167 207мм.
	Собственная масса колонны по формуле
Nk	0,167 0,207 6 500 10 2 1,1 1,14кН .
	Полная вертикальная постоянная нагрузка:
Nn	Nc Nk 9,39 1,14 10,53кН .

Изгибающие моменты в колонне по формулам:

M1	w l2			0.89 62	4кН м;
		1
		8		8

		w l2			0,67	62
М2n		2	NC e				9,39 0,26 5,45кН м.
		8			8

В дальнейших расчетах принимаем Mmax по второму варианту равным

5,45кН

Поперечная сила у основания колонны:


Q	w1 l			0,89 6		2,67кН ;
	2
1			2
Q2		w2 l			0.67 6	2.01кН .

Впоследующих расчетах принимаем Qmax 2,67кН (1 вариант).

Геометрические характеристики сечения колонны:

Aрасч

b h 16,7 20,7 345,69см2

34,57 10 3 м2 ;

Wрасч

b h2

16,7 20,72

1,19 10 3 м3 ;

Sбр

b h2

16,7 20,72

0,894 10 3 м3 ;

бр

b h3

16,7 20,73

12,34м4.

Iбр

Радиус инерции:

12,34

16см.

34,57 10 3

бр

Гибкость колонны при принятом сечении равна:

l 0	600 1,0	37,5	120.

r	16	max

Коэффициент продольного изгиба определяется по формуле 8 [1], так как 70, то

		2	37,5		2	0,887.
1 0,8			1 0,8
	100			100

Коэффициент: 1	Nn		1	10,53	10 3	0,981,
				0,887 16,42	34,57 10 3
R A
	c	бр

где Rc - расчетное сопротивление древесины 2-го сорта;

157

R 13 m

тн

13 1 1 1

1,2

16,42МПа.

0,95

сл

Тогда

10,53 10 3

5,45 10 3

0,27 4,67 4,94 R 16,42МПа.

расч

34,57 10 3

1,19 10 3 0,981

расч

Скалывающие напряжения по формуле 18 [1]

Q Sбр

2,67 0,894 10 3

1,95МПа,

228,3кПа 0,228МПа R

Iбр b

12,3 10 3 0,167

ск

где

Rск - расчетное сопротивление скалыванию при изгибе клееных

элементов из древесины 2-го сорта.

R 1,5 m

m т

mн

1,5 1 1 1

1,2

1,95МПа.

0,95

ск

сл

Проверка устойчивости плоской формы деформирования сжато-

изгибаемой колонны по формуле:

Мд

10,53 10 3

5,45 10 3

R A

R W

0,981 16,42 34,57 10 3

8,28 16,42 1,19 10 3

бр

0,0168 0,0337 0,05 1,

где м 140

kф 140

16,72

2,54

8,28;

n 1.

lp h

600 20,7

Устойчивость из плоскости колонны обеспечивается за счет стенового ограждения фахверка.

10.2.3. Расчет опорного узла

Конструктивное исполнение узла приведено на рисунке 10.3. Проверим торцевую поверхность колонны на смятие от вертикальной

нагрузки Nn:

	N	n	10,53 10 3	0,27МПа R 16,42МПа
	A		34,57 10 3	0,27МПа R 16,42МПа
с	A		34,57 10 3	c
	расч

Перерезывающая сила в узле: Qmax Q1 2,67кН .

Расчет производим как двухсрезное нагельное соединение по смятию среднего элемента и изгибу болта (d 20мм):

Tc	0,8 c d 0,8 16,7 2 26,72кН;
Tи	1,8 d2 0,02 a2	1,8 22 0,02 12			7,22кН, но не более 2,5 d2 2,5 22			10кН.
	Количество болтов: n			Q		2,67	0,18.
	Количество болтов: n			Tmin nш			0,18.
				Tmin nш		7,22 2
	Принимаем	1 болт	диаметром d 20мм с креплением					к уголку
100 100 10 мм.
	Проверим на смятие стенки уголка от давления болта.

Q2,67

см d t n 2 0,02 0,01 1 2 6675кПа 6,67МПа Rbs 20МПа .

158

Определяем количество анкерных болтов d 20мм, работающих на срез.

n			Q			2,67 10 3
								0,27,
	A	R				2,45 10 4
				c	n 2		20 1 1 2
	нт	bs			c

Aнт - площадь болта по резьбе, Aнт 2,54см2 для d 20мм, Rbs 20кНсм2 для болтов класса 5.8. Принимаем 1 болт d 20мм с каждой стороны колонны.

10.2.4. Расчет узла крепления верха колонны

Конструктивные решения узла приведены на рисунке 10.4. Цель конструкции листового шарнира:

-передать горизонтальное усилие от ветровой нагрузки на жесткий остов здания;

-не воспринимать вертикальные нагрузки от покрытия.

Передача	горизонтальной	нагрузки (перерезывающей силы)
Q 2,67кН может	производиться	через гнутый уголковый элемент или

неравнополочный уголок (в зависимости от размеров сечения колонны) с

помощью глухарей d 6 12мм.

Расчет производим

как несимметричное

нагельное соединение:

0,35 c d;

c hглухаря;

h 5 d.

Принимаем глухарь d 8мм,

h 50мм

0,35 5 0,8 1,4кН ;

1,8 d2 0,02 d2; но не более

2,5 d2;

a t

пластины

;

Tи

1,8 0.82 0,02 0,52 1,16кН; но не более 2,5 d2 1,6кН.

Количество глухарей: n

2,67

2,3.

nш Tmin

1 1,16

Принимаем три глухаря, расположенных в шахматном порядке на торце

колонны по схеме (рис. 10.6).

На

расстоянии не

менее 3,5 d между

глухарями и 3 d от края: S1 3,5 d

28мм;

S2 3 d 25мм .

Рис. 10.6. Расположение глухарей на торце фахверковой колонны

Для соединения торца колонны к несущему элементу используем гнутый уголок из пластины толщиной 5мм и два болта диаметром d 12мм.

159

Проверим				смятие древесины				под шайбами (45 45 4мм ) болтов поперек
волокон.
			Q		2,67		0,66 R		4МПа,
			2 A		2 2,025 10 3		0,66 R		4МПа,
	см90		2 A		2 2,025 10 3			см90
			ш
A 4,5 4,5 20,25см2						2,025 10 3		м2;
	ш
Rсм		4МПа;			S1 3,5 d 42мм;			S2	3 d 36мм.
	90

С другой стороны несущего элемента (балки) эти же два болта крепят с помощью уголка связи или распорку (см. схему связей по покрытию).

160

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 1816 17 18 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке ДК2

#
12.05.20152.26 Mб50МУ КР ДК 2011г.pdf
#
12.05.20153.76 Mб97Пособие по проектированию деревянных конструкций(к СНИП II-2.pdf
#
12.05.2015367.65 Кб71СНиП II-25-80 Деревянные конструкции.pdf
#
12.05.20152.77 Mб32СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия.pdf
#
12.05.20153.68 Mб506СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции.pdf
#
12.05.20153.34 Mб153Шмелев ГН Пособие по ДК.pdf