Расчет треугольной фермы

       Принимаем величину эксцентриситета  e=3,5 см , при котором обеспечивается минимальный размер площадки смятия, производим проверку сечения пояса в середине крайней панели при полном загружении снеговой нагрузкой.

N1/Fбр+M*Rc/ξ*kw*Wрас* Ru =27910/202,5+198990 *150/0,21*1,15*455,63*150=

=1945кг/см2<150 кг/см2

-условие  не выполняется, следовательно увеличиваем  размер сечения.

Принимаем сечение 15х45 ( 10досок, толщиной 45мм)

Отношение h/b=45/15=3 см < 5 см.

     Площадь поперечного сечения:

Fбр.=b*h=15*45 =675 см2

     Гибкость определяется по формуле:

λ=l/(0,289*h)=202.5/0,289*45=15,6

     Момент сопротивления:

Wрас=(b*h2)/6=15*45^2/6=5062,5 см3

         Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации пояса равен:

ξ=1-( λ2*N1/3100* Rc*Fбр)=1-(243,4*27910/3100*150*675)=0,98

     Проверку принятого сечения начинаем  с определения минимальных размеров  площадок смятия в узлах8,3(2,3). Минимальную высоту вертикальной торцевой площадки в опорном узле определяем по формуле:

а= N1/b* Rc=27910/15*150=12,4 см

     Такой же минимальный размер  торцевых площадок принят в  узлах      Величину эксцентриситета  е продольной силы получим  приравняв напряжение в поясе  по середине панели и по  краям:

N/Fбр+((M0-N*e)/ξ*kw*Wрас* Ru )=N/F+(N*e* Rc/kw*Wрас* Ru);

e= M0/ N1*( ξ+1)= 306138 /27910*(0,98+1)=5,55см

       Принимаем величину эксцентриситета  e=5,55 см , при котором обеспечивается минимальный размер площадки смятия, производим проверку сечения пояса в середине крайней панели при полном загружении снеговой нагрузкой.

N1/Fбр+M*Rc/ξ*kw*Wрас* Ru =27910/675+198990 *150/0,98*1,15*5062,5*150=

=75,88 кг/см2<150 кг/см2

условие  выполняется.

 Нижний пояс

Максимальное расчетное усилие, воспринимаемое нижним поясом фермы, рассчитано в ПК BASE и равно:N2=25720 кг. Величина сечения нижнего пояса принимается одинаковой по всей длине.

Требуемая площадь поперечного сечения нижнего металлического поясаопределяется по формуле:

где R = 2350 кг/см2 – расчетное сопротивление из стали маркиС235.

Таким образом, принимаем сечение из двух стальных равнополочных уголков 2∟70х5 (по ГОСТ 8509-93) с общей площадью Аs = 13,72 см2>Атр = 10,94см2.

Расчет раскосов фермы

 

Раскос 2-7.Максимальное растягивающее усилие в раскосе длиной  l0=325 см равно =9320 кг. Задаемся сечением раскоса из бруса с размерами 200х200 мм, тогда площадь сечения

Определяем гибкость раскоса по формуле: Следовательно, коэффициент

Напряжение в раскосе равно:

– условие выполняется.

     

 

 Раскос 3-7.Максимальное растягивающее усилие в раскосе длиной  l0=484 см равно =-4610 кг. Задаемся сечением раскоса из бруса с размерами 200х200 мм, тогда площадь сечения

Определяем гибкость раскоса по формуле: Следовательно, коэффициент

Напряжение в раскосе равно:

– условие выполняется.

 

4. Расчет и конструирование узлов фермы

 

Узлы ферм конструируют в следующем порядке: к осевым линиям привязывают поясные уголки и деревянные брусья по центру тяжести. При этом осевые линии соединенных уголков и брусьев пересекаются в 1 точке. Чтобы уменьшить сварочные растяжения края свариваемых элементов решетки не доводят до поясов на расстояние 40-50мм. Далее определяют длину швов для крепления стержней в узле и по этой длине определяют требуемые размеры фасонки. чтобы сечение элементов ферм из двух уголков работали как единый стержень уголки соединяют между собой прокладками. Прокладки имеют ширину 60-80мм, а длина их на 10-25мм больше длины уголка.

Применяем сварку полуавтоматическую в среде углекислого газа. Сварочная проволока СВ-08Г2С. Диаметр проволоки 2см.

Расчетное сопротивление металла шва Rwf=2200кгс/см2(табл. 56 [12]); βf=0,8.

 кгс/см2 - расчетное сопротивление по границе сплавления;

 кгс/см2 – нормативное сопротивление по временному сопротивлению для стали С235(табл. 51 [12]); βz=1

Несущая способность углового шва:

- по металлу  шва:

βf·Rwf=0,8·2200=1760кгс/см2;

- по границе  сплавления:

βz·Rwz=1·1665=1665кгс/см2

Т.к. βz·Rwz<βf·Rwfрасчетшвоввыполняемпограницесплавления(β·Rw)min=1665кгс/см2.

Необходимую длину швов находим по формуле:

,

где N – усилие в металлическом стержне;

kf–катет шва принимаем равным 0.6 см

Полученные по расчету длину швов округляем в большую сторону до 10 мм.  Если по расчету длина шва получилась меньше 50 мм, то принимаем шов 50 мм.

Узел опорный

Узел 1

   Соединение верхнего пояса с  нижним осуществляется лобовым  упором в плиту сварного башмака. Толщину фасонок принимаем конструктивно 0,8 см.

Расчетные усилия:

а) Расчет приварки уголков нижнего пояса.

   Определим длину сварного шва  одного уголка по формуле:

, где 

- коэффициент, учитывающий ручной метод сварки,

- толщина  углового шва.

расчетное сопротивление углового шва срезу при сварке стали электродами Э-42.

   Принимаем длину швов:

по обушку

по перу

б) Определяем длину шва для прикрепления упорного швеллера к фасонкам:

,

   Конструктивно принимаем упорный  швеллер №40 длиной 15 см, равной ширине  верхнего пояса.

   Фактическая длина швов по  внутренней стороне стенки и  по наружным сторонам полок  равна:

в) Проверяем упорный швеллер из условия смятия в месте упора верхнего пояса:

, где

площадь смятия древесины

г) Определяем размеры опорной плиты башмака.

   Опорная реакция фермы 

Размеры опорной плиты принимаем конструктивно:

ширина:

длина: 

д) Реактивное давление на опорный лист

Момент в консольной части плиты

Момент в средней части плиты , где

- ширина  консольной части плиты,

- погонная  нагрузка на полосу плиты шириной  в 1см.

Принимаем наибольший изгибающий момент

д) Определяем необходимую толщину опорной плиты:

см.

Рисунок 9. Конструирование узла 1

Коньковый узел

Узел 2

Коньковый узел решаем лобовым упором с перекрытием стыка парными деревянными накладками с упором в них сжатых раскосов, передающих усилие через стальные наконечники.

Число болтов nб в симметричном соединении определяем по формулам п.5.13 и примечания 7 табл.17 СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»:

,

где:  N1 - расчётное усилие, возникающее в верхнем поясе,

N1=27910 кгс;

Т - наименьшая расчётная несущая способность болта;

nш - число расчётных швов (плоскостей среза) одного болта, nш = 2;

Задаёмся диаметром болта d = 2,4 см и толщиной деревянной накладки 17 см.

a – ширина крайнего элемента (накладки), а=17 см;

d – диаметр болта, d=2,4 см;

с – ширина верхнего пояса по расчёту – 15 см;

Условие смятия крайнего элемента:

Условие смятия среднего элемента:

Условие изгиба болта:

Но не более:

Для расчёта принимаем минимальное усилие Т = 1685 кгс

 

РасчЁт размеров накладки на коньковый узел.

Согласно СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»  п.5.18, расстояние между осями цилиндрических нагелей вдоль волокон древесины S1, поперек волокон S2 и от кромки элемента S3 указанные на рис. 5.1. для стальных нагелей следует принимать:

Рисунок 10. Схема расположения болтов в соединении.

Для болтаd = 2,4 см:

Принимаем накладку из бруса 100х520, длиной 820 мм

Рисунок 10. Конструирование узла 2

 

Узел нижнего пояса

Узел 3

Узел представляет собой стык нижнего пояса и раскосов, которые присоединяются к вертикальным фасонкам через стальные накладки и фиксируются болтами.

Вертикальные фасонки принимаем конструктивно, толщиной по 0,8 см.

Определим длину шва, необходимого для крепления нижнего пояса к фасонкам:

Принимаем длину шва:

– по обушку:

– по перу:

Определяем длину швов для прикрепления одного уголка раскоса  к фасонке:

 

Принимаем длину шва:

– по обушку:

– по перу:

Ширина горизонтальной пластины:

где 20 мм - на прихватку сваркой. Толщину пластины примем конструктивно 0,8 см.

А длину возьмем конструктивно lпл.=210 см.

Рисунок 11. Конструирование узла 3

5.Обеспечение пространственной устойчивости здания

Связевые фермы в конструкциях зданий устанавливаются для создания пространственной жесткости и устойчивости конструкции.

Жесткости покрытия из настила недостаточно для восприятия ветровой нагрузки и закрепления плоскостных деревянных конструкций в проектном положении. В этом случае в плоскости верхних поясов ферм необходимо устройство горизонтальных связей. Так как здание каркасное, то необходимо устройство горизонтальных связей  в торцевых частях  и по его длине на расстоянии не более 20м.

      Чтобы создать жесткое геометрически  неизменяемое в продольном 

направлении покрытие предусматриваются вертикальные связевые фермы, устанавливаемые через пролет.

      Вертикальные связевые  фермы и горизонтальные связи  проектируются из стальных уголков, так как шаг основных конструкций равен 6м.

     Для обеспечения устойчивости  клеефанерных  балок и пространственной  жесткости конструкции покрытия предусматриваются связевые распорки из клееных деревянных балок (так как шаг основных конструкций равен 6м).

6.Мероприятия по обеспечению долговечности  и огнестойкости деревянных конструкций

6.1 Защита деревянных конструкций от гниения

Конструкционные меры защиты - обеспечение воздушно-сухого состояния деревянных элементов здания, что достигается устройством гидро-, пароизоляционных слоев, препятствующих увлажнению древесины грунтовой, атмосферной или конденсационной влагой, или обеспечением надлежащего режима для удаления из древесины влаги. В данном случае в конструкции щитов покрытия в качестве пароизоляции применяем полиэтиленовую пленку толщиной 2мм. Для предотвращения увлажнения атмосферными осадками по защитному слою настила покрытия наклеиваем 3 слоя рубероида

      Для предотвращения  увлажнения атмосферными осадками  предусмотрено увеличение свеса  крыши и надлежащего отвода  воды с крыши.

      По поверхности  грунта устраивают гидроизоляцию, для предотвращения попадания  лишней влаги в помещение.

       Под опорными  частями деревянных балок и  ферм (т.е. в местах соприкосновения  дерева с кирпичной кладкой) предусматриваются  гидроизоляционные прокладки из  двух слоев рубероида. Под балками  устраивается деревянная подушка.

      В опорных узлах  балки и фермы со стороны  наружных стен необходимо утеплить  пенопластами, при этом оставить  зазор >5см между торцом балки  и утеплителем.

Необходимо поддерживать влажностный режим (не более 20% влажности воздуха), а также температура в помещениях не должна сильно колебаться.

       Чтобы не допустить  излишнего увлажнения деревянных  конструкций необходимо обеспечить  достаточно хорошую вентиляцию  помещения.

Химические меры защиты.

 Для деревянных элементов  фермы, а также для прогонов  покрытия в качестве пропитки  применяют способ горячехолодных  ванн. Сущность этого способа  заключается в том, что при  нагреве в древесине возникает  избыточное давление, в результате  чего паровоздушная смесь вытесняется  из 

поверхностных слоев материала. При охлаждении в древесине (из-за конденсации пара) возникает разрежение, и раствор в результате разности давлений всасывается в древесину. Деревянные элементы прогревают в ваннах водорастворимыми антисептиками при температуре 90-950С в течении от 30 мин до 10 ч, затем древесину помещают в ванну с раствором при температуре 200С.

          Максимальная  глубина пропитки при этом  может достигать 10 мм.

Для брусчатых ребер панелей покрытия для пропитки использовать антисептик ХМБ-444 (ТУ 65-14-23-75): - трудновымываемый антисептик.

Деревянные элементы фермы пропитывать химическим составом ББ-32   (ГОСТ 23787.6-79), который является легковымываемым, но не вызывает коррозии металла и безопасен для людей и животных.

       Этот же антисептик (ББ-32) использовать для пропитки  клеефанерных балок, связевых распорок  и деревянных подушек под балки. Данные деревянные элементы подвергаются  поверхностной обработке при  помощи кисти или валика антисептиком, нагретым до температуры 60-900С. Нагревать раствор можно 2 раза через 2 часа. На долговечность ЛКП оказывает влияние и толщина. С увеличением толщины покрытия возрастает вероятность разрушения пленки вследствие роста внутренних напряжений при старении покрытия, которые суммируются с циклическими деформациями.

    

 

 Поэтому толщину покрытия  назначают в пределах 60-120 мкм, что  составляет примерный расход 200-400 г/м2 поверхности.

Деревянные элементы в местах соприкосновения с металлом обмазываются антисептической пастой.

Все металлические элементы окрасить масляной краской за 2 раза.

Не следует обрабатывать деревянные торцы балок и ферм в опорных узлах обмазочными составами.

6.2 Защита деревянных конструкций от возгорания

Конструкционные меры защиты.

По пожарной опасности данное здание относится к классу К3.

При использовании деревянных конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания. С этой целью в помещениях с клеефанерными балками не следует длительное время поддерживать температуру внутреннего воздуха выше 350С, а в помещениях с деревянными фермами покрытий выше 500С.