Конструирование и расчёт деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания

В случае необходимости можно усилить  двумя дополнительными листами  фанеры.

Верхний пояс и ребра жесткости изготовляют из древесины 2 сорта, нижний пояс – из древесины 1 сорта.

Геометрические размеры  балки. Расчетный пролет балки 17,7м, полная длина балки с учетом опорной площадки длиной 200мм равна l=17.7+ м.

 

Таблица 2. Подсчет нагрузок на 1 м горизонтальной проекции покрытия.

Нагрузка	Нормативная, кН/м	Коэф. надежности по нагрузке	Расчетная, кН/м
Постоянная: Рубероидная кровля Утеплитель-плита мин.ватная Клефанерная панель Собственный вес балки Временная (снеговая)	0,15   0,1 0,322 0,14 1,68	1,3   1,2 1,1 1,1	0,195   0,12 0,367 0,154 2,4
Всего	2,392		3,116

Собственный вес клеефанерной балки: ,

где к -коэффициент собственного веса для клеефанерных балок =3,5.

кН/м;  кН/м.

 

Расчет клеефанерных балок проводят с учетом совместной работы дощатых  поясов и фанерных стенок без учета  податливости соединений. Расчет производиться по методу приведенного сечения по СНИП II-25-80 в частности олсобенностей расчета клееных элементов из фанеры с древесиной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5

 

 

Расчетная схема балки:

Рис.6.

 

Опорная реакция:

кН.

Максимальный изгибающий момент в середине пролета балки.

кН

Расстояние от опоры до сечения, где наибольшие нормальные напряжения:

м.

м, высота между центрами поясов =0,91-0,27=0,64м.

кН.

Расстояние  от  оси левого опорного ребра  до оси первого промежуточного ребра  жесткости: м. расстояние от левой опоры до середины первой панели: м.

м.

м.

м.

 

1.Проверка принятого сечения балки.

 

Расчет проводят с учетом работы фанерной стенки на нормальные напряжения. Основная доля нормативных напряжений воспринимается поясами, поэтому при определении напряжений надо сравнивать их с расчетным сопротивлением древесины сжатию и растяжению. Опасным сечением является сечение в середине пролета.

  Определяем геометрические характеристики поперечных сечений, в которых требуется проверить напряжения – в опасном сечении в половине пролета . Высота сечения балки h=1800мм.

 

Высота  сечения между осями поясов м.

м-высота сечения между осями поясов.

Приведенный к дереву момент инерции поперечного сечения балки :

 +

Нижний пояс проверяется на растяжение:

мПа<12мПа.

где Rр=12 мПа- расчетное сопротивление растижению древесины 1 сорта.

Недонапряжение-31%

Верхний пояс проверяется на сжатие с учетом его устойчивости из плоскости балки:

где 13 МПа - расчетное сопротивление древесины II сорта

Недонапряжение-21,5%

 

2. Проверка фанерной стенки в  опасном сечении на растяжение:

к-т, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры, стыкованной на «ус», при работе её на изгиб в плоскости листа.

к-т повышающий модуль упругости  фанеры на 20%.

расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев шпона. =14МПа.

Недонапряжение-61%

Условие выполняется.

 

3. Проверка стенки  на действие главных растягивающих  напряжений.

Проверку стенки на действие главных  растягивающих напряжений при действии распределенной нагрузки осуществляют в зоне первого от опоры стыка фанерных стенок.

Расстояние от левой опоры до первого стыка фанерной стенки Х=870мм

Внутренние усилия в выбранном  сечении балки:

 

4,9>4.7, перенапряжение составляет 4,3%. Т.к. 4,3%<5% , то утолщать фанерную стенку не требуется.

 

4. Проверка местной  устойчивости фанерной стенки.

Проверка выполняется для сечений в середине опорной панели балки при условии ,где -высота стенки между внутренними гранями полок -толщина фанерной стенки.

x=0,484м

h(x)=0.9+0.1*0.484=0.9484м

h_ст(x)  =0.9484-2*0.27=0.4084м

  0,4084/0,015=27,2<50

 

x=1.535м

h(x)=0.9+0.1*1.535=1.05м

h_ст(x) =1.05-2*0.27=0.51м

  0.51/0,015=34.2<50

 

x=2.865м

h(x)=0.9+0.1*2.865=1.1865м

h_ст(x)  =1.1865-2*0.27=0.6465м

  0.64/0,015=43.1<50

 

Х=4.195м

h(x)=0.9+0.1*4.195=1.32м

h_ст(x)  =1.32-2*0.27=0.7795м

  0.7795/0,015=52>50

  Делаем проверку.

Определяем предварительно:

-Длина опорной панели – расстояние  между ребрами жесткости в  свету,

   a =1.186м;

- Расстояние от центра сечения до оси опоры: x=4.195м;

Высота балки в расчетном сечении: h=1.32мм;

- Момент инерции и статический  момент половины сечения для расчетного сечения, приведенные к фанере:

 

 =

-Внутренние усилия в сечении:               

Расчет по определению устойчивости стенки с продольным расположением волокон наружних слоев производиться по формуле  (48) п.4.30.СНИП II-25-80 :

- коэффициенты, определяемые по  графику рис.18,19 прил.5СНИП II-25-80;

-толщина фанерной стенки;

-нормальные и касательные напряжения в стенке от изгиба на уровне внутренней кромки поясов в расчетном сечении (в середине расчетной панели балки);

-расчетная высота стенки, которую  следует принимать равной  при расстояние между ребрами а и равной а,  если а   1186 >780, принимаем =

Кроме указанного сечения, проверку необходимо выполнить для опорного сечения, с мах напряжением изгиба.

По таблице  для семислойной фанеры.

.

Так как в следующей панели расстояние между ребрами жесткости такое же как и в этой, то проверять фанерную стенку на устойчивость из плоскости изгиба не требуется.

 

5. Проверка фанерных  стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси:                      

-мах значение поперечной силы;

, - момент инерции и статический момент инерции опорного сечения, приведенные к фанере.

-расчетное сопротивление фанеры  срезу перпендикулярно плоскости  листа

=6МПа (для семислойной фанеры);

    ; 

 

6. Проверка фанерных стенок в опорном сечении на скалывание по вертикальным швам между поясами и стенкой .

-расчетное сопротивление фанеры  скалыванию в плоскости листа,

=0,8МПа (для семислойной фанеры);

- суммарная длина вертикальных  швов между стенкой и поясами

=0,27*2-0,006*2=0,528 м

 

 

7. Проверка прогиба от действия нормальной нагрузки

 

Прогиб балки определяем с учетом коэффициента, учитывающего влияние  переменности высоты сечения, и коэффициента, учитывающего влияние деформаций сдвига от поперечной силы.

<

 

l =17.7 м – пролет балки

k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения;

с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от   

            поперечной силы.

     k и с – значение коэффициентов по СНиП II-25-80:7

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V.  Конструирование и расчёт дощатоклеенной колонны

 

Предварительный подбор сечения колонн

 

Задаемся гибкостью колонны l=100. Предварительные размеры сечения колонны примем:

 

         

 

Из-за отсутствия досок такой ширины принимаем доски шириной 125 мм и 225 мм с предварительной склейкой их по кромкам в щит. Фактическая  ширина с учетом припусков на усушку и механическую обработку составит:

 

b_к = ( 125 – 10 ) + ( 225 – 15 ) = 325 мм

 

Для изготовления колонн используем сосновые доски 2-го сорта толщиной 40 мм. После двухстороннего фрезерования (острожки) толщина досок составит:

 

t_ф = 40 – 2*3,5 = 33 мм

 

С учетом принятой толщины досок высота сечения колонн будет:

 

h_к = 33 * 21 = 693 мм

 

Сбор нагрузок:

 

Нагрузка от собственного веса колонны:

Р_С.К. = h_k * b_k * H * r = 0,693 * 0,325 * 9 * 500 = 1013,5 кг = 10,14 кН

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

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности  по нагрузке	Расчетная нагрузка, КН/м2
1. Постоянная
- вес кровли	0,15	1,3	0,195
- собственный вес плит	0,322	1,1	0,367
- вес утеплителя	0,1	1,2	0,12
2. Собственный вес балок	0,14	1,1	0,154
3. Собственный вес колонн (в кН)	10,14	1,1	11,15
4. Временная
- снеговая	1,68		2,4

Итого                                                  12,53                                                    14,27

По карте прил. 5 [2] г. Вологда относится к I ветровому району и, значит нормативное значение ветрового давления принимаем w₀ = 0,23 кН/м². Для типа местности «С» находим значение коэффициента к = 0,4.

По приложению 4 [2] определяем аэродинамический коэффициент для наветренной и подветренной стороны здания:

• для наветренной С_е = +0,8
• для подветренной при   и  при  принимаем С_е3 = - 0,5.

Коэффициент надежности для ветровой нагрузки определяем по п. 6.11 [2]. Расчетные значения погонной ветровой нагрузки для активного и пассивного давления:

 

W⁺ = 0,23 * 0,4 * 0,8 * 1,4 * 4 * = 0,41 (кН/м)

W^- = 0,23 * 0,4 * (-0,5) * 1,4 * 4 = - 0,26 (кН/м)

 

Ветровая нагрузка, передаваемая от покрытия, расположенного вне колонны:

 

W⁺ = w⁺ * h_оп = 0,41 * 0,9 =0,369 (кН)

W^- = w^- * h_оп = 0,26 * 0,9 = 0,234 (кН)

 

Определение расчетных усилий: Рама один раз статически неопределимая система. За неизвестное принимаем продольное усилие «Х» в ригеле, которое определяем для каждого вида загружения отдельно :

• от ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля

 

Х_w = 0,5 * (W⁺ - W^-) = 0,5 * (0,369 – 0,234) = 0,068 кН

 

• от ветровой нагрузки на стены:

 

 

Изгибающие моменты в заделке  стоек:

 

 

 

Продольные силы в заделке стоек:

 

 

Таким образом, расчетные усилия для  расчета колонны составят: М = 17.1 кНм и N = 127.6 кН

 

Расчет  колонны на прочность в плоскости  рамы.

 

Расчетная длина колонны в плоскости  рамы

 

l₀ = 2,2 * Н = 2,2 * 9 =19.8 м

 

Площадь сечения колонны

 

А_НТ = А_бр = h_к * b_к = 0,693 * 0,325 = 0,225 м²

 

Момент сопротивления прямоугольного сечения

 

 

Гибкость колонны в плоскости  рамы

 

, следовательно коэффициент продольного изгиба определяем по формуле (8) [1]:

 

 

Для сосновой древесины второго  сорта и при принятых размерах поперечного сечения по табл. 3 [1] находим расчетное сопротивление сжатию R_c = 15 Мпа. По п. 3.2. [1] находим коэффициенты условий работы: m_н = 1,2; m_d = 0,93. Окончательное значение расчетного сопротивления составит:

 

R_с = 15 * 1,2 * 0,93 = 16.74 Мпа

 

Найдем значение коэффициента x:

 

 

Найдем значение изгибающего момента  от действия поперечных и продольных нагрузок

 

 

Найдем нормальные напряжения и  сравним их с расчетным сопротивлением

,