Проектирование поперечной ломано-клееной рамы (стр. 4 из 5)

К_ЖN = 0,66 + 0,34·1,1 = 1,034;

Определяем гибкость:

, тогда

, так как φ_х·К_жN = 5,93·1,034 =6,13 > 1, принимаем φ_х·К_жN = 1, тогда

,

где N = 79,019 кН – продольная сила в ключевом шарнире.

Н·м.

Гибкость из плоскости рамы:

,

тогда

где с = l_р2 - l_р2/2 - l_р.ст = 2,53 – 2,53/2 – 5,25 = -3,985

где l_р.ст = Н_ст = 5,25 м

При расчёте элементов переменного по высоте сечения, не имеющих закреплений из плоскости по растянутой от момента кромки, при расчёте устойчивости плоской формы деформирования, коэффициенты φ и φ_м следует умножать на коэффициенты К_жN и К_жМ по табл. 1 и 2 прил. 4 [1].

К_ЖN = 0,07 + 0,93β = 0,07 + 0,93·1,1 = 1,093

где

К_жМ = β^1/2 =

= 1,049

Подставляем полученные значения в формулу проверки устойчивости плоской формы деформирования:

,

0,151<1.

Устойчивость плоской формы деформирования на втором участке обеспечена.

3.6 Расчет конькового узла

Максимальная поперечная сила в коньковом узле возникает при несимметричной временной снеговой равномерно-распределённой нагрузке на половине пролёта, которая воспринимается парными накладками на болтах.

Максимальная поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке:

кН

где S = 5,94 кН/м – погонная снеговая нагрузка см. табл. 2.1,

Определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие накладки к раме:

кН

кН

где l₁ – расстояние между первым рядом болтов в узле;

l₂ – расстояние между вторым рядом болтов.

По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями может быть

или . Мы приняли отношение 1/3, чтобы получить меньшие значения усилий.

Принимаем диаметр болтов 18 мм и толщину накладок 75 мм. (Толщина накладки примерно должна быть равна половине ширины рамы.)

Несущая способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 90° к волокнам согласно табл. 17, 19 [1] находим из условий:

1.Изгиба болта:

кН, но не более значения кН

где а – толщина накладки (см); d – диаметр болтов (см), k_α – коэффициент, зависящий от диаметра болтов и величины угла между направлением усилия и волокнами древесины накладки по табл.19 [1].

2. Смятия крайних элементов-накладок с учётом угла между направлением усилия и волокнами древесины рамы (

)

T_см = 0,8·a·d·k_α = 0,8·7,5·1,8·0,575 = 6,21 кH.

3. Смятие среднего элемента–рамы с учётом угла между направлением усилия и волокнами древесины рамы (

):

T'_см = 0,5·с·d·k_α = 0,5·14·1,8·0,63 = 7,94 кH,

где с – ширина среднего элемента–рамы (см).

Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов из данных трех условий: T_min = 5,28 кН, тогда

Необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:

, принимаем 3 болта.

Количество болтов в дальнем от узла ряду:

, принимаем 1 болт.

Принимаем расстояние между болтами по правилам расстановки СНиП [1]

см, принимаем 26 см, тогда расстояние l₂ = 3·l₁ = 3·26 = 78 см.

Ширину накладки принимаем ≥ 10d, что равно 180 мм, согласно сортамента по ГОСТ 24454-80*(3) принимаем ширину накладки 200 мм, тогда расстояние от края накладки до болтов S₂ ≥ 3d = 3·1,8 = 5,4 см ≈ 6 см, расстояние между болтами S₃ ≥ b_н - 2S₂ = 20 - 2·6 = 8 cм, что больше чем S₃ ≥ 3,5d = 3,5·1,8 = 6,3 см.

Изгибающий момент в накладках согласно схеме:

кН·см.

Момент инерции накладки, ослабленной двумя отверстиями диаметром 1,8 см:

см³,

где S₃ – расстояние между болтами.

Момент сопротивление накладки

см³

Напряжение в накладках:

кН/см² = 2,1 МПа < R_u=13 МПа

где 2 – количество накладок;

R_u = 13 МПа – расчетное сопротивление древесины изгибу по табл. 3 [1].

3.7 Расчет опорного узла

N₀ = А = 116,42 кН; Q₀ = Н = 80,14 кН; F_оп = 14·56,1 = 785,4 см²;

σ_см = N/F_оп = 116,42·10^-3 /785,4 = 0,148 кН/см² < R_см=1,5 кН/см²

где R_см = 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление смятию (сжатию) вдоль волокон табл. 3 [1].

Требуемая высота диафрагмы из расчёта на смятие рамы поперек волокон от действия распора (рис. 3.6):

см

где R_см90 = 3 МПа = 0,3 кН/см²

b – ширина сечения рамы, Н – распор.

Рис. 3.6 - Опорный узел рамы

Конструктивно принимаем высоту диафрагмы h' = 20 см.

Рассчитываем опорную вертикальную диафрагму, воспринимающую распор, на изгиб как балку, частично защемленную на опорах, с учетом пластического перераспределения моментов:

кН·см

Требуемый момент сопротивление вертикальной диафрагмы:

см²

где R_y = 210 МПа = 21 кН/см² – расчетное сопротивление стали по пределу текучести.

Этому моменту сопротивления должен быть равен момент сопротивления, определенный по формуле:

где δ – толщина диафрагмы.

Тогда

см

Принимаем δ = 1,2 см.

Боковые пластины и опорную плиту принимаем той же толщины в запас прочности.

Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты: длина опорной плиты принята: l_пл = h_оп + ≈ 2·5 см,

ширина плиты b_пл = b + 2·10 см,

Длина l_пл = 670 мм, ширина b_пл = 340 мм (рис. 2. 7) включая зазор с = 5 мм между боковыми пластинами и рамой по 0,5 см.

Для крепления башмака к фундаменту принимаем анкерные болты диаметром 20 мм, имеющие следующие геометрические характеристики [3]:

F_бр = 3,14 см²; F_нт = 2,45 см²

Анкерные болты работают на срез от действия распора.

Для того; чтобы срез воспринимался полным сечением болта, ставим под гайками шайбы толщиной 10 мм.

- срезывающее усилие:

кН

Напряжение среза определим по формуле:

кН/см²< кН/см²

где R_c – расчётное сопротивление срезу стали класса С235, равное в соответствии с табл. 1* [6] СНиП II-23-81 0,85R_y.

Условие прочности анкерных болтов выполняется.

4. Основные мероприятия по защите древесины от гниения и возгорания

Защита деревянных конструкций от гниения и возгорания имеет важнейшее значения для обеспечения их необходимой долговечности. В этих целях предусмотрена конструктивная и химическая защита деревянных конструкций.

4.1 Защита от биологического повреждения

Гниение древесины является результатом жизнедеятельности древоразрушающих грибов. Для своего питания древоразрушающие грибы используют органические вещества древесины. Конечным результатом гниения является полная деструкция древесины.

Борьба против гниения древесины направлена на прекращение жизнедеятельности грибов и может вестись в двух направлениях:

Обеспечение условий эксплуатации деревянных конструкций, при которых влажность древесины никогда не будет превышать 20%.