144071 (Конструирование здания птичника), страница 2

Рис.5 Схема загружения рамы

2.3 Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка принимается по табл.5 и приложению 3 СНиПа [1].

Город Архангельск находится во II ветровом районе, нормативное ветровое давление на покрытие W_o= 0,3 МПа.

Расчетное значение ветровой нагрузки определяется по формуле

W= W_o∙ k∙ c∙ γ_f;

где k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

c – аэродинамический коэффициент, учитывающий форму покрытия

γ_f = 1,4 – коэффициент надежности по нагрузке;

Рис. 6 Схема загружения рамы ветровой нагрузкой

Погонные расчетные значения ветровой нагрузки

W₁= W₁∙ B= 0,3∙ 0,5∙ 0,8∙ 1,4∙ 4,5= 0,756 кН/м;

W₂= W₂∙ B= 0,3∙ 0,5∙ (-0,2)∙ 1,4∙ 4,5= -0,189 кН/м;

W₃= W₃∙ B= 0,3∙ 0,5∙ (-0,4)∙ 1,4∙ 4,5= -0,378 кН/м;

W₄= W₄∙ B= 0,3∙ 0,5∙ (-0,5)∙ 1,4∙ 4,5= -0,473 кН/м;

2.4 Расчет сочетаний нагрузок

Расчет сочетаний нагрузок производим по правилам строительной механики на ЭВМ с использованием расчетного комплекса «Лира Windows 9.0»

Сочетание нагрузок

Расчетные сочетания нагрузок принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП [1]. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний нагрузок.

Первое сочетание нагрузок включает в себя постоянную и снеговую нагрузки по всему пролету:

q^I= g + S, кН/м

Эпюра изгибающих моментов по 1 РСН

Эпюра продольных сил по 1 РСН

Эпюра поперечных сил по 1 РСН

Второе сочетание нагрузок включает в себя постоянную и снеговую нагрузки по всему пролету совместно с ветровой нагрузкой:

q^II= g + 0,9∙(S + W), кН/м

Эпюра изгибающих моментов по 2 РСН

Эпюра продольных сил по 2 РСН

Эпюра поперечных сил по 2 РСН

Третье сочетание нагрузок включает в себя постоянную нагрузку по всему пролету, снеговую нагрузку на половине пролета и ветровую нагрузку:

q^III= g + 0,9∙(S’ + W), кН/м

Эпюра изгибающих моментов по 3 РСН

Эпюра продольных сил по 3 РСН

Эпюра поперечных сил по 3 РСН

Наибольшие усилия в элементах арки (карнизный узел):

продольная сила N= - 130 кН;

поперечная сила Q= - 106 кН;

изгибающий момент М= + 331 кНм.

Коньковый узел

продольная сила N= - 82 кН;

поперечная сила Q= - 21 кН.

Опорный узел

продольная сила N= - 130 кН;

поперечная сила Q= + 83 кН.

2.5 Конструктивный расчет рамы

Конструктивный расчет преследует цель определить сечения элементов рамы и конструкцию узлов.

Несущий каркас здания представлен в виде однопролетных симметричных сборных рам с двускатным ригелем. Рамы решены по трехшарнирной схеме с шарнирными опорными и коньковым узлам и жесткими карнизными узлами. Жесткость последних обеспечивается сопряжением ригеля со стойкой на зубчатый шип.

Стойки рам опираются на столбчатые бетонные фундаменты, возвышающиеся над уровнем пола на 20 см. Полная высота стойки h_ст = 5,8 м. Уклон кровли i =1:4.

2.6 Подбор сечения полуарки

Раму проектируем клееной из досок толщиной с учетом острожки 32 мм.

Коэффициент надежности по назначению γ_n = 0,95.

Сечение рамы принимается клееным прямоугольным. Ширина сечения b = 140 мм;

Материал – ель первого сорта.

Принимем размеры поперечного сечения рамы исходя из условий

h = l /20 – l /40 = (15/20…15/40) = (0,38…0,75)м;

h_оп = 0,3 h;

h_к= 0,4 h.

h = 500 мм, h_оп = 150 мм, h_к = 200 мм.

Рис.7 Карнизный узел сопряжения стойки с ригелем на зубчатый шип

2.7 Проверка прочности биссектрисного сечения

Проверка прочности биссектрисного сечения производится с учетом технологического ослабления сечения зубчатым шипом и криволинейностью эпюры напряжения по формулам:

- внутренняя сжатая зона

- растянутая наружная кромка

где =-130 кН – расчетная продольная сила в карнизном узле;

где =331 кНм – расчетный изгибающий момент в карнизном узле;

k_м=0,85 – коэффициент технологического ослабления сечения;

- коэффициент, учитывающий криволинейность эпюры напряжений в биссектрисном сечении;

h = h/соs39^о=50/0,777=64,3 см- высота биссектрисного сечения;

F = bh =14∙64,3=900,2 см²- площадь биссектрисного сечения;

W =(bh²)/6 = 14∙64,3²/6= 9647 см³-расчетный момент сопротивления;

k=0,5 – безразмерный коэффициент, при уклоне ригеля рамы i=1/4;

коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле;

l_о = l₀=(7,7+4)∙1=11,7 м -расчетная длина элемента;

– радиус инерции сечения;

- гибкость элемента цельного сечения;

- коэффициент продольного изгиба (при гибкости элемента )

R_с = 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление древесины сжатию;

Коэффициент а = 0,8 для древесины;

– расчетное сопротивление древесины смятию под углом;

R_см = 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон;

R_см.90 = 0,18 кН/см² – расчетное сопротивление древесины смятию поперек волокон;

R_рα= 0,9 кН/см² – расчетное сопротивление древесины растяжению под углом;

Проверка прочности внутренней сжатой зоны

Проверка прочности биссектрисного сечения не проходит, следовательно увеличиваем сечение:

Ширина сечения b = 210 мм; Размеры поперечного сечения рамы

h = 1600 мм, h_оп = 480 мм, h_к = 640 мм.

h = h/соs39^о=160/0,777=205,9 см- высота биссектрисного сечения;

F = bh =21∙205,9=4323,9 см²- площадь биссектрисного сечения;

W =(bh²)/6 = 21∙4323,9²/6= 148381,84 см³-расчетный момент сопротивления;

– радиус инерции сечения;

- гибкость элемента цельного сечения;

- коэффициент продольного изгиба (при гибкости элемента ), коэффициент а = 0,8 для древесины;

– расчетное сопротивление древесины смятию под углом;

Проверка прочности внутренней сжатой зоны

кН/м²

Проверка прочности наружной растянутой зоны

кН/м²

Проверка прочности биссектрисного сечения выполняется

2.8 Проверка сечения рамы на устойчивость плоской формы деформирования

Проверку сечения рамы на устойчивость плоской формы деформирования производим по формуле

.

- для элементов, имеющих закрепление из плоскости деформирования.

Сжатая грань арки имеет раскрепление панелями через 100см.

Определяем гибкость

.

.

.

Проверка

2.9 Проверка сечения арки на скалывание по клеевому шву

.

Проверка

Прочность сечения обеспечена.

2.10 Расчет опорного узла

Стойка в опорном узле опирается непосредственно на бетонный фундамент.

Для обеспечения возможности поворота опорного сечения торец стойки кантуется на 40 мм с каждой стороны. Стойка фиксируется металлическими уголками.

Места контакта древесины с бетоном изолируются двумя слоями рубероида, склеенными битумной мастикой.

Рис. 8 Опорный узел рамы

1) Проверка на смятие вдоль волокон выполняется по формуле:

гдеN – усилие в стойке рамы, N = 130 кН;

F_см – площадь смятия:

F_см = b a = 21•36 = 756 см²;

R_см= 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон по табл. 3 [2]

Прочность на смятие вдоль волокон торца стойки выполняется.

2) Проверка на скалывание торца стойки от действия распора выполняется по формуле:

гдеH = 83 кН – распор в раме от действия вертикальной нагрузки;

– статический момент инерции сечения брутто;

– момент инерции сечения брутто;

R_ск = 0,07 кН/см²– расчетное сопротивление древесины скалыванию по табл. 3 [2]

Прочность опорного узла на скалывание силой распора обеспечена.

Высота металлического башмака находится исходя из условия смятия поперек волокон древесины стойки рамы от действия распора

;

Принимаем h=160мм;

Уголки, фиксирующие стойку поперечной рамы, принимаются из условия расположения болтов. Согласно табл. 39 [3]: минимальные расстояния от центра болта до края уголка должны быть не менее 1,5d = 1,5•16 = 24 мм. Для обеспечения удобства монтажа принимаем уголок L160x12. Крепление траверсы (уголков) башмака к фундаменту предусматриваем 2-мя болтами d = 24 мм.

Напряжение анкерного болта на срез:

= = 9,2 кН/см² < R_ср^б = 19 кН/см²;

Металлический башмак фиксируется в стойке рамы конструктивным болтом диаметром 16 мм.

2.11 Расчет конькового узла

Коньковый узел выполняют торцевым упором ветвей ригеля с перекрытием стыка двумя деревянными накладками на болтах.

Коньковый узел рассчитывается на поперечную силу при несимметричной односторонней снеговой нагрузки:

где S – расчетная нагрузка от веса снегового покрова на 1 пог. м ригеля рамы, определяется по формуле: S = 3,2∙1∙4,5 = 14,4 кН/м

ℓ – пролет ригеля, ℓ = 15 м;

;

Принимаем диаметр болтов, скрепляющих ригели рамы через накладки, 20 мм.

Накладка рассчитывается как балка на двух опорах.

Согласно п.5.18 [1] расстояния между осями болтов вдоль волокон древесины S₁, поперек волокон S₂ и от кромки элемента S₃:

S₁ = 7d = 7∙2 = 14 см;

S₂ = 3,5d = 3,5∙2 = 7 см;

S₃ = 3d = 3∙2 = 6 см;

; ;

Следовательно, более нагруженные болты расположены ближе к месту стыка.

Количество болтов в одном ряду определяется по формуле:

;

где n_c – количество плоскостей среза, n_c = 2;