Расчет колонны на прочность по нормальным напряжениям и на устойчивость плоской формы деформации

Расчёт колонны на прочность по нормальным напряжениям и на устойчи­вость плоской формы деформирования Расчёт производим на действие N и М при первом сочетании нагрузок. Рассчи­тываем на прочность по формуле, приведённой в п. 4.16. СНиП П-25-80. М=3.77 кНм; N=72.38 кН. Расчётная длина (в плоскости рамы):
Площадь сечения колонны:
Гибкость

При древесине третьего сорта и при принятых размерах сечения по табл. 3 СНиП П-25-80: =l 1 МПа. С учётом , т_сл=1 и коэффициента надёжности у_п = 0,95 получим:

Здесь и далее при расчёте на прочность и устойчивость в формулах проверки удобно значения N и Q записывать в МН, а значение М в МН·м.
При эпюре моментов треугольного очертания поправочный коэффициент к ?:
случае эпюра моментов близка к треугольной.

Оставляем ранее принятое сечение, исходя из необходимости ограничения гиб­кости.

Расчёт на устойчивость плоской формы деформирования производиться по формуле (33) СНиП П-25-80. Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной нагруженным стенам) идут только по верху колонн. Тогда = Н; = Н.

В формуле:
Показатели степени n=2для элементов, не имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования:

Приблизительно к эпюре моментов треугольного очертания (см. табл.2 прил. 4 СНиП П-25-80):

=1,75-0,75·d= 1,75; т.к. d=0 (момент в верхней части колонны равен 0).
Следовательно устойчивость обеспечена
3.5.2. Расчет на устойчивость как центрально сжатого стержня

; N=74,44 кН; для второго сочетания нагрузок.

Устойчивость обеспечена.
3.6 Расчет узла защемления колонны в фундаменте

Принимаем решение узла защемления колонны в фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В25 (⁼ 13,89 МПа), из кото­рой выпущены четыре стержня класса А - II (рис. 3.3). вклеивание арматурных стержней в древесину колонны осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея марки ЭПЦ - 1.

Принимаем (предварительно) диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диа­метр отверстия будет: ⁼ +5=18+5=23 мм.

Расстояние между осью арматурного стержня до наружных граней колонны должно быть не менее 2 =2·18=36 мм.

При определении усилий в арматурных стержнях учитываем, что прочность бе­тона на смятие более прочности древесины.

Пренебрегая (для упрощения расчёта) работой сжатых арматурных стержней, усилия в растянутых арматурных стержнях, находим, используя два условия рав­новесия (рис. 3.4).

При N=26,6 кН

= 13,89 МПа; =0,23 м; =0,1 м, получим

Из второго равенства определим х, а затем, подставив значение х в первое ра­венство, получим значение N_a. Производя необходимые вычисления, получим зна­чения х=0,0383 м и N_a=0.9310² МН.

Требуемая площадь двух арматурных стержней (R_a=28070,95=295 МПа):
Ставим два стержня d_a=18 мм, для которых А_а=2-2,54=5,08 см > 0,3см . Определим расчётную несущую способность вклеиваемых стержней на выдёр­гивание по формуле:
Принимаем (предварительно) длину заделки стержня 360 мм (20·d_a), получим:

Следовательно, несущая способность соединения достаточна.

Помимо анкерных стержней целесообразна установка дополнительных стерж­ней по боковым граням колонны для обеспечения более надёжного соединения приставки с дощато-клееной колонной.

Рис.11. Конструкция угла защемления колонны
4. Обеспечение пространственной неизменяемости и устойчивости плоских несущих конструкций каркаса здания

При проектировании большое внимание следует уделять пространственной жё­сткости и устойчивости конструкций, обеспечиваемых устройством и постановкой соответствующих связей жёсткости. Связи выполняют следующие функции: соз­дают жёсткость каркаса; обеспечивают устойчивость элементов конструкций и ус­ловия пространственной работы каркаса; воспринимают ветровые нагрузки; обес­печивают надёжные и безопасные условия монтажа элементов здания во время его возведения.

Горизонтальные связи устраивают в плоскости верхних поясов ферм и арок. Данные связи обеспечивают устойчивость верхних сжатых поясов в горизонталь­ной плоскости. Их устанавливают в первых пролётах от торца здания на расстоя­нии 20-25 м друг от друга по длине здания. В любом случае таких связей должно быть поставлено по длине здания не менее 3-х. горизонтальные связи в плоскости

ската не ставят при беспрогонном решении покрытия (если покрытие выполнено из жёстких щитов или панелей).

Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устраивают в пролётах, примы­кающих к торцам, и служат для восприятия ветровой нагрузки со стороны торца здания и в том случае, когда верх торцовых стоек фахверка примыкает к нижним поясам ферм.

Если торцовые стойки проходят до углов верхнего пояса ферм, то связи по ниж­нему поясу не ставятся. В этом случае передача усилий от ветровой нагрузки осу­ществляется на горизонтальные связи по верхнему поясу или непосредственно на жёсткий настил. В каркасных зданиях высотой до 6 м горизонтальные связи уста­навливают, как правило, в плоскости верхних поясов несущих конструкций (рис. 4.1). В зданиях большой высоты (п>6м), а также при значительных воротных проёмах горизонтальные связи располагают также в плоскости нижних поясов ферм.

Вертикальные связи соединяют попарно фермы в продольном направлении и служат для удержания конструкции в вертикальном проектном положении как в период монтажа, так и во время эксплуатации.

При высоте здания до 6 м вертикальные связи ставят полураскосные, а при вы­соте более 6м- крестовые.

Те и другие связи устанавливают через шаг по длине здания.

Вертикальные связи между стойками в плоскости продольных стен восприни­мают давление ветра на торец здания и обеспечивает жёсткость каркаса в продоль­ном направлении, а также обеспечивают устойчивость стоек из плоскости рамы. Эти связи устанавливают в первых пролётах от торца здания и далее через 20-25 м по длине здания. Как правило, место расположения данных связей и вертикальных связей совпадают.

Устойчивость здания в продольном направлении может быть обеспечена также установкой жёстких стеновых панелей.

Завершающей частью проектирования каркаса здания на стадии технического проекта является решение торца здания.

Торец здания (фахверк) выполняется при помощи самостоятельных стоек и ри­гелей. Расстояние между стойками фахверка определяется длиной панели огражде­ния и размерами проёмов в стенах. Кроме того, стойки торцевого фахверка обычно имеют расстановку, совпадающую с узлами верхнего пояса ферм, если последние доходят по высоте до крыши.

Основные колонны фахверка имеют собственный фундамент, верх колонн дол­жен быть раскреплён так, чтобы нагрузка передавалась на прогоны, жёсткие пане­ли покрытия или в узлы ветровой горизонтальной фермы.

Устойчивость торцевых стоек (колонн) в плоскости торца здания обеспечивает­ся постановкой ригелей или, в случае решетчатой стойки, постановкой горизон­тальных решетчатых связей между торцевыми стойками. Конструкция фахверка должна представлять собой жёсткую неизменяемую систему в своей плоскости. Этого можно достигнуть постановкой подкосов в пролётах между торцевыми стой­ками

Все связи подбираются по предельной гибкости [?]=120, гибкость основных торцевых колонн фахверка не должна превышать [?]=120.

5. Защита деревянных конструкций от пожарной опасности и биологической поражения