Расчет и конструирование основных несущих и ограждающих конструкций деревянного каркаса здания (стр. 3 из 3)
= 1 + [0,142*(820/72,6) + 1,76*(72,6/820) – 1]/2 = 1,380;
N/φ
*k 
*Rc*Fбр+Mg/φ 
*k 
*Ru*Wбр<1; 
Проверяем клеевые швы: τ = Q*Sбр/(ξ*Iбр*b) < Rск;
τ = 16,29*11859,21/(573985,76*18*0,693) =
= 0,027 кН/см2 = 0,27 Мпа < Rск = 1,5*1,2 = 1,8 МПа,
где Sбр = 18*72,62/8 = 11859,21 см3; Iбр = 18*72,63/12 = 573985,76 см
;Стойки крепим к фундаменту с помощью анкерных болтов, закрепляемых к стальным траверсам.
Болты рассчитываем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом надежности γf = 0,9 вместо γf=1,1 и ветровой нагрузки: N = (34,94 + 30,1 + 4,16)*0,9/1,1 = 56,62 кН;
М = - 0,79*8,4 + 2,02*8,42/2 + 1,73*8,4*(0,9/1,1) – 12,94*(0,9/1,1) = 65,93 кН*м.
Напряжение на поверхности фундамента:
σ = - N/b*hн ± 6*Mд/b*h
σ =
;где Мд = 6593/0,909 = 7253,03 кН*см; x = 1 – 56,62/(0,264*1,8*1306,8) = 0,909;
smax= - 0,502 кН/см2; smin= 0,416 кН/см2.
Вычисляем размеры участков эпюры напряжений:
Х = σ
*hн/(σ 
+σ 
) = 0,502*72,6/(0,502 + 0,416) = 39,7 см;а = (hн/2) – (x/3) = 72,6/2 – 39,70/3 = 23,07 см;
е0 = hн – Х/3 – S = 72,6 – 39,70/3 – 6 = 53,37 см.
Усилие в анкерных болтах:
Z = (Mд – N*a)/e0 = (7253,03 – 56,62*23,07)/53,37 = 111,43 кН;
площадь сечения болта F = Z/(Rbt*n
) = 111,43/(25*0,8*0,85*2) = 3,28 см2.Принимаем болт d = 27 мм. Здесь Rbt = 25 кН/см2 для стали марки С255.
Траверсу для крепления болтов рассчитываем как балку:
М =
= 
*(22 – 18/2) = 387,24 кН*см.Из условия размещения анкерных болтов d = 27 мм принимаем ∟110×8 мм с Ix = 198 см4 и Z0 = 3 см (ГОСТ 8509-86):
σ = 387,24*(11 – 3)/198 = 15,65 кН/см
= 156,5 МПа < Ry = 230 МПа;Прочность клеевого шва от действия усилия Z:
τ = Z/(l
*b 
) = 119,15/80*18 = 0,083 кН/см 
= 0,83 МПа < Rск = 1,785 МПа,где lш = 80 см; Rсрск = Rск/(1 + β*l
/e) = 2,1/(1+0,125*80/56,72) = 1,785 МПа;e = 69,3 – Х/3 = 56,72 см; β = 0,125.
РАСЧЕТ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Опорный узел.
Расчетные усилия: О1 = - 16177,02 кгс; V1 = 15117,22 кгс; RА = 7708,82 кгс.
Требуемая длина горизонтальной площадки опирания из условия смятия обвязочного бруса поперек волокон при
Rсм90 = 18(1 + 8/(20 + 1,2)) = 24,8 кгс/см2 определяется
lтргор = RА/b*Rсм90 = 7708,82/20*24,8 = 15,54 см; принимается lгор = 18 см.
Для создания горизонтальной опорной площадки используем подушку сечением 200´240 мм длиной 550 мм со стеской горизонтальной площадки
180 мм. Подушка врезается в брус верхнего пояса на глубину 80 мм , что обеспечивает требуемый эксцентриситет e = (24/2 – 8) + 8/2 = 8 см и достаточную площадь смятия торца 8 см > 6,22 см.
Проверяем длину подушки по скалыванию вдоль ее длины
lпод = О1/b*Rск = 16177,02/20*24 = 33,7 см < 55 см.
Подушка крепится к брусу двумя парами болтов d = 18 мм.
Нижний пояс присоединяется к опорному узлу траверсой, сваренной из швеллера N10 со стенкой, усиленной листом толщиной 10 мм, и листа размером 20´160 мм. Ширина листа обеспечивает требуемый размер высоты площадки смятия торца верхнего пояса (подушки), равный hсм = 6,66 см. Траверса рассчитывается на изгиб с расчетным пролетом, равным расстоянию между ветвями нижнего пояса
lтр = 20 + 2(3,2 + 1,4) = 29,2 см.
Расчетный момент
Мтр = V1/2*(lтр/2 – b/4) =
(14,6 – 5) = 72562,7 кгс*см.Геометрические характеристики сечения
-площадь сечения F=1*10 + 10,9 + 2*16 = 52,9 см2;
-положение центра тяжести z = S/F = 20,9*5,1/52,9 = 2,02 см;
-момент инерции сечения I = 22,4 + 20,9*2,982 + 32*2,022 = 338,57 см4
(22,4 см4-момент инерции швеллера с листом);
-минимальный момент сопротивления W = I/(h – z) =
= 73,92см3 
Нормальные напряжения
σ = Мтр/W = 72562,7/73,92 = 981,7 кгс/см2 < 2100 кгс/см2.
Проверяем на изгиб лист траверсы при давлении от усилия в нижнем поясе
g = V1/(16*b)=15117,22/(16*20)=47,24 кг/см2 , где 16 см-длина листа траверсы.
Изгибающий момент для полосы среднего участка шириной 1 см при пролете 10 см и защемленных концах
М = g*l2/12 = 47,24*102/12 = 393,7 кгс*см;
То же, для консольного участка вылетом lк = 3 см
М = g*l2/2 = 47,24*32/2 = 212,6 кгс*см.
Требуемая толщина плиты
δтр=
= 
= 1,1 см; принимаем 2 см.Рассчитываем сварные швы для крепления швеллера к листу.
Длина траверсы 40 см. Требуемая высота шва
hшв = V1/(2*lшв*0,7*Rсвуг) = 15117,22/(2*40*0,7*1500) = 0,18 см; принимаем швы максимально возможной высоты hшв = 5 мм.
Крепление фермы к обвязочному брусу производится болтами d = 18 мм с помощью уголков 80´8 мм.
Промежуточный узел верхнего пояса
Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются лобовым упором торцов через площадки смятия, высота которых
hтр = h – 2е = 24 – 2*8,4 = 7,2см. Стык в узле перекрывается двумя деревянными накладками сечением 150´75 мм длиной 72 см на болтах d = 12 мм, которые обеспечивают жесткость узла из плоскости.
Усилие от стойки передаётся на верхний пояс через торец упором. Накладки из брусков сечением 75´75 мм, длиной 380 мм и болты d = 10мм принимаются конструктивно.
Коньковый узел
Расчетные усилия: О2 = 14824,17 кгс, D2 = 4908,16 кгс. Усилия от одного элемента на другой передаются лобовым упором через дубовый вкладыш сечением 100´100мм длиной 200 мм. Размеры дубового вкладыша принимаются таким образом, чтобы конструкция узла обеспечивала требуемый размер площадок смятия торца вкладыша – 100мм > 66,6мм, пересечение линий действия усилий во всех элементах в одной точке с расчетным эксцентриситетом е = 84 мм и размещение траверс для крепления раскосов.
Траверсы устраиваются из швеллера №8 со стенкой, усиленной листом толщиной 8 мм, и листа размером 10´100 мм. Расчет их с определением геометрических характеристик сечения производится так же, как траверсы в опорном узле. Расчетный изгибающий момент в траверсе
Мтр = D2/2*(lтр/2 – b/4) =
(25/2 – 20/4) = 18405,6 кгс*см.Геометрические характеристики сечения:
-площадь сечения
F = 0,8*5 + 8,98 + 10 = 23 см2;
-положение центра тяжести
z = S/F = 13*2,69/23 = 1,52см;
-момент инерции сечения
I = 12,8 + 13*1,172 + 10*1,522 = 53,7 см4.
12,8см4-момент инерции швеллера с листом;
-минимальный момент сопротивления
Wтр = I/(h – z) = 53,7/(4,5 – 1,52) = 18см3.
Нормальные напряжения
σ = Mтр/Wтр = 18405,6/18 = 1022,3 < 2550кгс/см2.
Проверяем на изгиб лист траверсы при давлении
g = D2/(10*b) = 4908,16/(10*20) = 24,54 кгс/см2 , где 10см-длина листа траверсы.
Принимая концы защемленными, определяем изгибающий момент в полосе шириной 1 см среднего участка при пролете 8 cм по формуле
M = gl2/12 = 24,54*8
/12 = 130,9 кгс*cм.Требуемая толщина листа
δ
= 
= 0,61 см; принимаем 1cм.Швеллер и лист свариваются между собой (шов h = 5мм).
Лист имеет корытообразную форму и является общим для обеих траверс. К нему болтами d = 10 мм крепится дубовый вкладыш и вертикальная подвеска из круглого стержня d = 10мм.
В коньковом узле используем подушки сечением 200´240мм длиной 550 мм с врезкой их в брусья верхнего пояса на глубину 80 мм. Лист траверсы шириной 100 мм обеспечивает необходимый размер площадки смятия торца подушки 100мм > hсм = 66,6 см.
Для укладки щитов покрытия по коньку с обеих сторон верхнего пояса выпускаются парные накладки сечением 75´100мм длиной 650мм с врезкой друг в друга в коньке в полтолщины с прокладкой между ними. Накладки крепятся к брусьям верхнего пояса болтами d = 16мм и вместе с корытообразным листом траверсы обеспечивают жесткость узла из плоскости фермы.
Список использованной литературы:
1. И.М.Гринь “Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов”. Киев ,1990 г.
2. В.А.Иванов ”Конструкции из дерева и пластмасс”.
3. В.Е. Шишкин ”Примеры расчета из древесины”.
4. СНиП 2.25.-80 “Деревянные конструкции”. Москва 1982 г.
5. СНиП 2.23.-81**”Металлические конструкции ”. Нормы проектирования
Москва “Стройиздат”1981 г.
6. СНиП 2.01.07.-85 “Нагрузки и воздействия”.
7. Руководство по проектированию клееных ДК .
8. Пособие к СНиП 2.25.-80