2.5. Коньковый узел арки.

Соединение полуарок производится посредством упора их торцов, срезанных сверху и снизу на равную величину, чтобы передача поперечной силы происходила по оси.

При полной симметричной нагрузке покрытия в коньковом узле возникают только продольные силы, передаваемые с одной полуарки на другую лобовым упором. Древесина в месте упора работает на смятие вдоль волокон.

Высота сминаемой площадки принимается равной:

h_см = h/3 = 0,726/3 = 0,242 м

Максимальная продольная сила в коньковом узле равна максимальному распору:

H_max = 52,339+118,815=171,154 кН

Площадь сминаемой поверхности:

Напряжение смятия в месте упора:

При несимметричной временной снеговой нагрузке равномерно распределенной на половине пролета в коньковом узле возникает максимальная поперечная сила, которая воспринимается парными деревянными накладками на болтах.

Эпюра поперечных сил q

Поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке:

Q = 18,97 кН

Учитывая кососимметричную схему работы накладок и прикладывая поперечную силу в узле, определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие накладки к поясу:

Для крепления накладок диаметры болтов принимаем по 24 мм и толщину накладок 70 мм.

Несущая способность одного болта на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 90^о к волокнам по табл. 17, 19 СНиП II-25-80:

• коэффициент по табл. 19 СНиП II-25-80;

• из условия изгиба болта:

;

;

• из условия смятия крайних элементов – накладок:

;

• из условия смятия среднего элемента – арки:

;

Минимальная несущая способность:

;

Требуемое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:

,

где n_ш – количество рабочих швов в соединении.

Принимаем n_б = 2 болта.

Требуемое количество болтов в дальнем от узла ряду:

.

Принимаем n_б = 1 болт.

Из условия расстановки болтов поперек волокон высота накладки h_н = 146 мм, и с каждой стороны устанавливается по две накладки.

Изгибающий момент в накладках согласно схеме:

Момент сопротивления накладки, ослабленной двумя отверстиями диаметром 26 мм:

.

Напряжение в накладках:

,

где n_H – количество поставленных накладок.

– расчетное сопротивление изгиба древесины.

3. Расчет и конструирование клееной колонны.

3.1. Исходные данные

Поперечьник здания представляет собой трехшарнирную раму пролетом l = 24 м, высотой в карнизном узле f = 6 м, шагом В = 4,5 м. Ригелем рамы является арка с затяжкой, которая опирается шарнирно на стойки рамы в виде клееных деревянных колонн, защемленных свободными концами в железобетонные фундаменты.

Длина здания 54 м. Высота колонны от уровня пола до низа ригеля Н = 4 м.

Расчет колонн производится на вертикальные и горизонтальные нагрузки.

3.2. Определение нагрузок

На колонну действуют вертикальные нагрузки: постоянные – от веса конструкций покрытия, стеновых панелей и собственного веса колонны; временные – от веса снега; горизонтальная – от давления ветра.

В большинстве случаев нагрузка от стеновых панелей передается на фундамент через рандбалку и в расчете колонн не учитывается.

Для определения веса колонны задаемся предварительными размерами ее сечения, исходя из соотношений:

;

ширина колонны .

Гибкость колонны , .

Ширину сечения колонны принимаем такой же, что и ширина верхнего пояса ригеля b = 117 мм, высота h = 2∙b = 2117 = 234 мм, но с учетом того, что поперечное сечение компонуется из целого числа слоев δ = 33 мм h = 1033 = 330 мм.

.

Собственный вес колонны G_к = bhH = 0,1170,3304500 = 77,22 кг, что дает вертикальную силу N_k = 0,77 кН.

N_max = R_aq + R_as+ N_k = 37,201+85,011+0,77=122,98кН.

Город Москва находится в I-ом ветровом районе (карта 3), для которого нормативное значение ветрового давления w₀ = 0,23 кН/м² (табл. 5, СНиП 2.01.07-85*).

Определяем аэродинамические коэффициенты по приложнию 4 п. 3 СНиП 2.10.07-85* при и и :

- аэродинамический коэффициент c_e = 0,8;

- аэродинамический коэффициент c_e1 = 0,017;

- аэродинамический коэффициент c_e2 = -0,867;

- аэродинамический коэффициент c_e3 = -0,45.

Нагрузка от ветра принимается равномерно распределенной по высоте колонны.

– активное давление

где k = 0,5 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и местности строительства;

– пассивное давление

Рама является однажды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля за лишнее усилие удобно принять продольную силу в нем.

Усилие в ригеле от равномерно распределенной ветровой нагрузки:

.

Усилие от сосредоточенных ветровых нагрузок на уровне верха колонн в случае, когда несущей конструкцией является арка, равно нулю.

При определении изгибающих моментов в колоннах следует иметь в виду, что от действия ветровой нагрузки ригель сжат. С учетом этого изгибающий момент в колонне на уровне верха фундамента:

- в левой колонне

- в правой колонне

Расчетная сила в колонне на уровне верха фундамента:

- в левой колонне

- в правой колонне

Ранее принятое сечение колонны: деревоклееный пакет размерами 117330 мм. Сечение состоит из 10 слоев досок толщиной по 33 мм (доски толщиной 40 мм с острожной с двух сторон).

Окончательные размеры сечения колонны:

мм и мм.

Геометрические характеристики сечения:

- площадь ;

- момент сопротивления ;

- радиус инерции r_x = 0,2890,330 = 0,095 м,

r_y = 0,2890,117 = 0,034 м;

- момент инерции ;

- статический момент сопротивления: .