по условиям смятия: Т_см = 0.5 b_n d k = 0.5 ∙ 17.5 ∙ 2 ∙ 0.6 = 10.500 kН;

• по условия изгиба:

Требуемое количество нагельных болтов (n_s = 2):

Принимаем 220. Для обеспечения необходимой жесткости узла из плоскости фермы используются деревянные накладки сечением 50х15 см, с закреплением их с элементами верхнего пояса с помощью болтов диаметром 20 мм.

3.6.3. Коньковый узел фермы

Конструирование и расчет вкладыша

Толщина диафрагмы: t_д = 1 cм, ребер жесткости: t_p = 0.5 см.

Расчет центрового болта

Усилие N_4-5 = 136.231 kН, n_s = 2 – число срезов. Требуемый диаметр центрового болта:

Принимаем центровой болт 26 мм.

Толщина крайних (рабочих) ребер вкладыша определяется из расчета болтового соединения на смятие под действием равнодействующей усилий:

Толщина крайних ребер вкладыша: t_р = 1 см, промежуточных: t = 0.5 см.

Конструирование и расчет фасонок

Толщина фасонок, примыкающих к узлу растянутых раскосов 3-4, 4-5 определяется из расчета на смятие отверстий для центрового болта под действием усилия: N_4-5 = 136.231 Н:

Рис. 8. Коньковый узел фермы

Принята толщина фасонок: t_ф = 1 см. Ширина фасонок определяется из расчета на растяжение с учетом ослабления отверстием под центровой болт 26 мм:

По конструктивным соображениям (из условия обеспечения требуемых расстояний от болта до краев металлических пластин):

Расчет сварных швов

Длина сварных швов (два шва на каждой фасонке) при соединении арматурных стержней и фасонок элементов раскосной решетки:

Принята длина каждого из указанных швов: l_ш = 5.60 cм.

3.6.4. Промежуточный узел по нижнему поясу

Расчет торцевого опирания стойки 2 – 6:

Расчетное усилие: N = 75.885 kН. Определение напряжения смятия (при размерах опорной пластины в плане (17.5 х 9.5):

Для уменьшения изгибающего момента в опорной пластине, с внутренней стороны вводим два уголка, сваренных с опорной пластиной, накладкой и дополнительным ребром жесткости. Ширина свободного, неподкрепленного полками, участка определяется размером:

а = b_n – 2b_y = 17.5 –2*7 = 3.50 cм

Принимая одно ребро жесткости получаем, что «глубина» участка b = 5 cм:

Требуемая толщина опорной пластины:

Конструктивно принимаем толщину опорной пластины: t_n = 5 мм, толщина дополнительного ребра жесткости: t_р = 5 мм.

Рис. 9. Промежуточный узел по нижнему поясу

4. Проектирование колонны

Колонны проектируемого сооружения в статическом плане являются составной частью его рамного поперечника, и, поэтому, усилия в колонне определяются лишь в результате расчета статически неопределимой конструктивной системы.

Рис. 10. Расчетная схема колонны

4.1. Сбор нагрузок

Интенсивность вертикальных нагрузок от массы покрытия конструкций и фермы определяются, используя данные таблицы 3.

Таблица 6. Сбор нагрузок на колонну

Вид нагрузки	Погонная нагрузка, кН/м		Грузовая ширина, м	Усилия, кН
	Нормативная	Расчетная		Нормативные	?f	Расчетные
Собственный вес покрытия	3.230	3.668	8.80	28.421		32.277
Собственный вес колонны				0.515	1.1	0.567
Итого постоянные:				28.936		32.843
Снеговая нагрузка	10.080	14.400	8.80	88.704		126.720
ИТОГО:				117.640		159.563

Нормативная масса колонны, длиной: Н_к = 400 cм и поперечным сечением: b_кh_к = 15х15 cм составляет: G_к = 0.515 кН; = 500 кг/м³ – удельный вес древесины. Грузовая ширина – с учетом карнизных участков покрытия: (17.0 + 0.6)/2 = 8.80 м

Определение ветровой нагрузки по [2, форм. 6]:

w_i = _f ω_о k c_i ℓ_к, где:

_f = 1.4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке [2, п. 6. 11];

ω_о = 0.230 кН/м² – нормативный скоростной напор ветра для г. Н.Новгород по [2, табл. 5, прил. 5];

k = 0.65 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте до 5 м;

с_i – аэродинамический коэффициент [2, прил. 4];

ℓ_к = 6.0 м – шаг колонн по заданию.

Таблица 7. Ветровые нагрузки на колонну

Вид нагрузки	Нормативная интенсивность		Се		К		?f		Расчетная интенсивность, кН/м
	кН/м2	кН/м
Наветренное давление	0.230	0.920		0.8		0.65		1.4	0.670
Подветренное давление	0.230	0.920		0.6		0.65		1.4	0.502

Учитывая приблизительное равенство коэффициентов с_е1 и с_е2 по покрытию, влиянием горизонтальных составляющих ветровой нагрузки пренебрегаем.

4.2. Определение изгибающих моментов в колоннах

Нормальная жесткость ригеля EI_р принимается бесконечно большой. Определение значений неизвестных усилий, приложенных в направлениях продольной оси ригеля от ветрового давления:

Максимальный изгибающий момент в опорном сечении колонны от ветрового давления на уровне обреза фундаментов L_к = 350 см:

4.2.1. Расчетные сочетания нагрузок

Возможные сочетания воздействующих на колонну постоянных и временных нагрузок.

1. Постоянная и одна временная (коэффициент сочетания нагрузок: с = 1.0):

   1. постоянная + снеговая:

N_а = N_max =32.843 + 126.720 = 159.563 кН;

М_а = 0

1. постоянная + ветровая:

N_а =33.513 кН;

М_а = M_max = 485.576 кН∙см

1. Постоянная + снеговая + ветровая (коэффициент сочетания нагрузок: с = 0.9):

N_а =32.843 + 124.312 ∙ 0.9 = 146.891 кН;

М_а = 485.576 ∙ 0.9 = 437.018 кН∙см

4.2.2. Конструктивные параметры колонны

Проверка принятого сечения. Достаточный радиус инерции поперечного сечения:

, где:

_z = 2 – коэффициент приведения длины в плоскости изгиба;

_пр = 120 – ограничение предельной гибкости сжатых и сжато–изгибаемых элементов.

Требуемая высота поперечного сечения колонны:

Расчет аналогично из плоскости изгиба, при _у = 1:

Требуемая ширина поперечного сечения колонны:

Принимаем высоту сечения колонны: h_к = 30 см, т.е. h₁ = h₂ = 15 см ширину сечения: b_к = 15 см. Геометрические параметры поперечного сечения:

Материал – сосна 2-го сорта; R_с = R_и = 1,5 кН/см²; Е = 450 кН/см². Характеристики
средств соединения: нагельные пластины НПСТ12Г6к; d = 6 мм; n_н = 12; Т_н = 1.4 кН; Т_с = Т_н d = 1.4 ∙ 12 = 16.8 кН; _с = 0.1 см; _с = 0.2 см.

Расчетное количество нагельных пластин по длине плоскости соединения элементов:

принимаем 10 нагельных пластин.

М = W_цR_c – виртуальный изгибающий момент возможный при потере устойчивости колонны.

4.5. Конструктивный расчет колонны

Расчет колонны производится при двух сочтаниях нагрузок: N_max – M_соотв сочетание 1а; М_max – N_соотв сочетание 2. Из двух вариантов 1б и 2 наиболее опасным является последнее, так как при почти одинаковых изгибающих моментах: 1б – М_а =485.576 кНсм, 2 – М_а =437.018 кНсм, продольная сила в сочетании 2 – N_а = 146.891 кН, существенно выше, чем в сочетании 1б – N_а = 33.513 кН; в результате чего увеличивается и напряжение сжатия и величина расчетного изгибающего момента, определяемого с учетом деформационных приращений.

4.5.1. Расчет колонны при сочетании нагрузок 1а (центральное сжатие)

Расчетные усилия: N_a = 159.563 кН; М_а = 0. Напряжение от изгибающего момента при таком варианте загружения существенно меньше напряжения от продольного сжатия:

,

т.е., согласно [1, п. 14.17.5], производится расчет колонны как центрально-сжатого стержня.

Поверочный расчет принятого поперечного сечения составных элементов.

Жесткость принятых средств соединения:

;

Деформативность соединения по шву:

;

Смещение составляющих элементов: