Расчет и проектирование покрытия по клееным деревянным балкам для неотапливаемого здания (стр. 3 из 3)
Принимаем, i = 1/15, тогда высота балки на опоре составит
hоп = h-i∙(Zp/2)=1,144 – (1/15∙(14,6/2)) = 0,65 м
В двускатных балках определяется расстояние “х” от опоры до расчетного сечения с максимальным нормальным напряжением по формуле:
х = (hоп ∙ Zр )/ 2h= (0,65∙14,6)/ 2∙1,144 = 4,1 м
Определяется высота балки в расчетном сечении по формуле:
hх= hоп + i∙ х = 0,65 +4,1/15 =0,94 м
5.6 Проверка прочности, устойчивости плоской фермы деформирования и жесткой клееной балки
Расчетная схема балки приведена на рис. 3, приложения, и представляет собой однопролетную шарнирно закрепленную балку, загруженную линейной нагрузкой.
Опорная реакция и максимальный изгибающий момент в балке составят:
А=Qmax=(gб ∙Zр) /2 = (13351,5 ∙14,6)/2 = 97466 Н,
Мmax=(gб ∙Z2р) /8 = (13351,5 ∙ 14,62)/8 = 355751 Н∙м
Значение расчетного изгибающего момента в расчетном сечении определяется по формуле
Мx= (gб ∙ х ∙(Zр -х))/2 =(13351,5 ∙ 4,1∙ (14,6-4,1))/2 =287391 Н∙м.
Геометрические характеристики поперечного сечения балки:
- момент сопротивления в расчетном сечении:
Wx= (bб ∙ h2 x)/6= (14 ∙ 942)∙10-6 / 6 =20617∙10-6 м3;
и в середине пролета:
Wбр= (bб ∙ h2 б)/6= (14∙114,42 ∙10-6)/6=30537 ∙10-6 м3
- момент инерции в середине пролета:
Jб = (bб ∙ h3 б)/12= (14∙114,43)∙10-8/12 = 1743674 ∙10-8м3
- момент инерции на опоре:
Jоп = (bб ∙ h3 оп)/12= (14 ∙ 653)∙10-8/12 = 320396 ∙10-8м3.
- статический момент сдвигаемой части сечения на опоре:
Sоп = (bб ∙ h2оп)/8= (14∙652)∙10-8/8=7394∙10-6м3.
Проверка прочности клееной балки:
- по нормальным напряжениям в расчетном сечении
Mx/ Wx= 287391 / 20617∙10-6 =13.94 ∙ 106 Па,
13.94 ∙ 106 Па ≤ Ru∙mб∙mcл = 16∙ 0,87∙1,05=14,62 МПа.
где: mб =0,87 - коэффициент, учитывающий высоту сечения балки в расчетном сечении (для двускатных балок), принимаемый по табл. 7/1/;
mсл. =1,05 - коэффициент, учитывающий толщину слоев балки, принимаемый по табл. 8/1/;
- по касательным напряжениям на опоре:
(Qmax∙ S)/ J ∙ bб= (97466 ∙ 7394 ∙10-6) / 320396 ∙ 10-8 ∙ 0,14= 1,61 МПа,
1,61 МПа ≤ Rск ∙mс =1,6 ∙ 1,05 = 1,68 МПа.
- на смятие древесины поперек волокон на опоре
Qmax/Аоп = Qmax / bб ∙lоп = 97466 / 0,14 ∙ 0,35 = 1,99 МПа ≤ Rсм90˚=3 МПа.
где: 1оп - длина опорной площадки балки принята равной 35см.
Таким образом, прочность балки обеспечена.
Проверка устойчивости плоской фермы деформирования двускатных клееных балок прямоугольного сечения, не имеющих закреплений из плоскости по растянутой от момента кромке выполняется по формуле:
где: Мmax= 355751 Н∙м - максимальный изгибающий момент;
Wбр=30537 ∙10-6 м3- момент сопротивления сечения в середине пролета;
φм – коэффициент, определяемый по формуле:
где: 1Р - расстояние между опорными сечениями балки, а при раскреплении сжатой от момента кромки в промежуточных точках от смещения из плоскости изгиба - расстояние между этими точками.
По условиям задания сжатая кромка балки раскреплена прогонами, поставленными с шагом Впр = 1р = 2,0м.
Коэффициент Кф определяется по табл. 2 приложения 4 /1/ в зависимости от формы эпюры изгибающих моментов на участке 1Р. На участке 1Р = 2,0 м от сечения с максимальным изгибающим моментом эпюра моментов имеет очертание трапеции. Для этого случая Кф определяется по формуле:
Кф = 1,75 - 0,75a = 1,75 - 0,75 × 0,925= 1,056
где: α = М1/ Ммах = 329109 /355751 = 0,925
М1 - изгибающий момент на расстоянии 2,0м от сечения Мmах или на расстоянии
от опорыСледовательно
Следовательно,
φм = 140∙(142/200∙114,4) ∙1,056=1,27
Коэффициент Кжм определяется по табл. 2 приложения 4 /1/. Для двускатной балки с эпюрой моментов в виде трапеции на расчетной длине коэффициент Кжм определяется по формуле:
Кжм = β1/2 = (0.57)1/2 = 0.75
где,
β = hоп/h = 0.65/1.144 = 0.57
Выполняется проверка устойчивости плоской формы деформирования
Mmax/φм∙Kжм∙Wбр= 355751 / (1.27∙0,75∙30537∙10-6 ) = 12,2 МПа,
12,2 МПа ≤ Ru∙ mб ∙ mсл=16 ∙ 0,87 ∙ 1,05=14,62 МПа
Устойчивость обеспечена.
Максимальный прогиб определяется по формуле
где: f0 - прогиб балки постоянного сечения высотой h = 1,144 м при загружении линейной нагрузкой
= 9830,7 Н/м определяется из выражения:fo= (5/384)∙(gнб∙Z4p) / EJ= (5/384)∙(9830,7∙14,64)/1010∙1743674∙10-8=0,033 м.
Коэффициенты К и С принимаются по табл. 3 /1/ и учитываются соответственно влияние переменной высоты сечения и влияние деформаций сдвига от поперечной силы, определяемые по формулам:
К = 0,15 + 0,85 ×β= 0,15 + 0,85 × 0,57 = 0,63;
С = 15,4 + 3,8 ×β = 15,4 + 3,8 × 0,57 = 17,57.
Следовательно, прогиб балки
f= (0,033/0,63) ∙[1+17,57∙(1,144/14,6)2] = 0,058 м
не превышает предельно допустимого
fu= Zp/200=14,6/200 = 0,073 м (см. табл. 19 /2/)
f = 0,058 м ≤ fu = Zp/200=14,6 / 200 = 0,073 м
Таким образом, условие жесткости обеспечено.
Список использованной литературы
1 Строительные нормы и правила. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. СниП II-25-80. М. 1995.
2 Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия. СниП 2.01.07-85*. Минстрой России. – М.:ГП ЦПП, 1996. – 44 с.
3 Цепаев В.А. Краткий курс лекций по деревянным конструкциям. Часть 1: учеб. пособие. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2006. – 68 с.
4 Цепаев В.А. Краткий курс лекций по деревянным конструкциям. Часть 1: учеб. пособие. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2006. – 66 с.
5 Руководство по изготовлению и контролю качества дер. Клееных констр. Центр. н.-и. ин-т строит, конструкций им. В.А Кучеренко Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1982. – 79 с.
6 Кравцов Е.А. Покрытие по треугольным металлодеревянным фермам с клееным верхним поясом. Методические указания по выполнению курсового проекта/ ГИСИ им. В.П. Чкалова. – Горький, 1987. – 40 с.