Рис. 6. Опорный узел фермы
Опорная пластина
Размеры опорной пластины в плане определяются из следующих геометрических и конструктивных представлений:
ширина пластины bп (размер из плоскости) принимается с учетом необходимости фланцевых выступов (за габариты верхнего пояса) при размещении крепежных (по отношению колонне) болтов. Задавшись диаметром этих болтов d = 20 мм и, учитывая размеры стандартных шайб: bш= 4d = 8 см, определяется ширина выступов: ba = 4d + 0.5d = 8 +1.0 = 9.0 см и ширина опорной пластины: bn = bn + 2ba = 17.5 + 2 ∙ 9.0 = 35.5 см, длина опорной пластины и размеры ее отдельных участков определяются из геометрических построений с учетом центрирования всех несущих элементов узлового сопряжения и расчетным обеспечением прочности древесины в оголовке колонны при торцевом смятии под действием продольной силы в колонне.
Принята длина опорной пластины: Ln = 15 см.
– опорная реакция стропильной фермы с учетом карнизов здания. Определение изгибающих моментов для полосы единичной ширины каждой из пластин на отдельных участках:
· участок 1:
· участок 2: изгибающий момент определяется из расчета консоли с расчетным вылетом: lк = 9.0 см.
На третьем участке контактные напряжения существенно меньше по величине и, поэтому, не учитываются при расчете пластины на поперечный изгиб. Необходимая толщина опорной пластины:
Принимаем толщину пластины tп=1.6 см.
Ребра жесткости, фасонки
Определение геометрических размеров и формы боковых накладных фасонок (с учетом положения фиксирующих болтов по отношению к составляющим элементам). Толщина ребер жесткости и фасонок принимается конструктивно: t = 5 мм.
Сварные швы
При принятой толщине фасонок и полок проката углового профиля определяется высота сварных швов: hш = 6 мм. Определение длинны сварных швов: соединение уголков нижнего пояса при усилии: N =341.121 кН:
Соединение ребер жесткости с диафрагмой и опорной пластиной при N =341.121 кН:
Длинна сварных швов с каждой стороны каждого из ребер жесткости, с одной стороны фасонок:
3.6.2. Промежуточный узел фермы по верхнему поясу
Расчетные усилия: N = 75.885 кН – для площадки смятия; скатная составляющая (для расчета болтов):Т = N sina = 75.885* sin 18.4330 =23.994 kН.
Расчет опорной стойки
Усилия сжатия: N =75.885 kН передается на древесину верхнего пояса посредством «торцевого упора» через опорную диафрагму. Угол смятия древесины верхнего пояса: a = 900–18.4330 =71.567 Расчетное сопротивление древесины смятию:
Rсмa
= 0.400 кН/см2 – расчетное сопротивление местному смятию под шайбами
под углом 90°
к волокнам древесины.
Требуемая площадь смятия:
Длина площадки смятия (при bсм = bп = 17.5 см):
Принимаем lт = 9.5 см. Толщина опорной диафрагмы принимается по конструктивным соображениям: tт = 5 мм.
Рис. 7. Промежуточный узел фермы по верхнему поясу
Расчет стержневых нагелей
Предварительное значение диаметра стержневых нагелей: d=20 мм. Расчетная несущая способность на один срез нагеля при действия усилия под углом: aс =71.567 (ka=0.6):
по условиям смятия: Тсм = 0.5 bn d ka = 0.5 ∙ 17.5 ∙ 2 ∙ 0.6 = 10.500 kН;
- по условия изгиба:
Требуемое количество нагельных болтов (ns = 2):
Принимаем 2Æ20. 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: tд = 1 cм, ребер жесткости: tp = 0.5 см.
Расчет центрового болта
Усилие N4-5 = 136.231 kН, ns = 2 – число срезов. Требуемый диаметр центрового болта:
Принимаем центровой болт Æ26 мм.
Толщина крайних (рабочих) ребер вкладыша определяется из расчета болтового соединения на смятие под действием равнодействующей усилий:
Толщина крайних ребер вкладыша: tр = 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: N4-5 = 136.231 Н:
Рис. 8. Коньковый узел фермы
Принята толщина фасонок: tф = 1 см. Ширина фасонок определяется из расчета на растяжение с учетом ослабления отверстием под центровой болт Æ26 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: lш = 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 = bn – 2by = 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: tn = 5 мм, толщина дополнительного ребра жесткости: tр = 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: Нк = 400 cм и поперечным сечением: bкhк = 15х15 cм составляет: Gк = 0.515 кН; g = 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]:
wi = gf ωо k ci ℓк, где:
gf = 1.4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке [2, п. 6. 11];
ωо = 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;
сi – аэродинамический коэффициент [2, прил. 4];
ℓк = 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 се1 и се2 по покрытию, влиянием горизонтальных составляющих ветровой нагрузки пренебрегаем.
4.2. Определение изгибающих моментов в колоннах
Нормальная жесткость ригеля EIр принимается бесконечно большой. Определение значений неизвестных усилий, приложенных в направлениях продольной оси ригеля от ветрового давления:
