Нагрузка
|
Продольные усилия N,
кН
|
|
от полной нагрузки (собственный вес + снег по всему пролету)
|
от полной нагрузки (собственный вес + снег на половине пролета)
|
максимальное
|
Верхний пояс
|
7
|
-247,968
|
-200,897
|
-247,968
|
|
8
|
-197,284
|
-150,215
|
-197,284
|
|
9
|
-147,341
|
-100,271
|
-147,341
|
Нижний пояс
|
6
|
227,404
|
184,237
|
227,404
|
|
5
|
227,404
|
184,237
|
227,404
|
|
4
|
180,922
|
137,757
|
180,922
|
Стойки
|
13
|
0
|
0
|
0
|
|
14
|
19,343
|
19,343
|
19,343
|
|
15
|
77,947
|
77,947
|
Раскосы
|
18
|
-50,346
|
-50,346
|
-50,346
|
|
19
|
-60,138
|
-60,138
|
-60,138
|
Опорные реакции
|
118,644-118,644
|
|
|
|
|
118,644-118,644
|
|
|
|
3.4 Проектирование
сечений элементов фермы
ограждающий балка сечение здание
3.4.1 Верхний пояс
Максимальное расчетное
усилие в верхнем поясе .
Верхний пояс рассчитываем как сжато-изогнутый стержень находящийся под
действием внецентренно приложенной нормальной силы и изгибающего момента от
поперечной нагрузки панели.
Максимальный изгибающий
момент в панели от внеузловой равномерно-распределенной нагрузки определяем с учетом,
что на верхний пояс приходится половина собственного веса фермы:
.
Для уменьшения
изгибающего момента в панели фермы создаем внецентренное положение нормальной
силы, в результате чего в узлах верхнего пояса возникают разгружающие
отрицательные моменты. Значение расчетного эксцентриситета вычисляем из условия
равенства опорных и пролетных моментов в опорной панели верхнего пояса фермы:
Разгружающий момент для
опорной панели будет
.
Принимаем сечение
верхнего пояса из бруса .
Расчетная длина верхнего
пояса ;
площадь поперечного сечения ;
момент сопротивления сечения
.
Расчетные характеристики
древесины 2-го сорта принимаем по табл. 3 СНиП II-25-80
«Деревянные конструкции» следующие характеристики:
расчетное сопротивление
сжатию ;
расчетное сопротивление
изгибу .
Расчет на прочность
сжато-изгибаемых элементов проводим по формуле:
,
где изгибающий
момент от действия поперечных и продольных нагрузок;
,
где коэффициент,
учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба
элемента, определяемый по формуле;
;
;
.
Расчет на устойчивость
плоской формы деформирования сжато-изогнутых элементов производим по формуле:
Принятое сечение
верхнего пояса удовлетворяет
проверкам на прочность и устойчивость.
3.4.2 Нижний пояс
Максимальное расчетное
растягивающие усилие в нижнем поясе . Для уголков применяем
сталь С245 с расчетным сопротивлением
.
Требуемая площадь
сечения нижнего пояса
.
Принимаем сечение из
двух стальных уголков L
c .
3.4.3 Раскосы
Раскос 18: ;
Принимаем сечение из
бруса :.
.
Раскос 19: ;
Принимаем сечение из
бруса :.
.
3.4.4 Стойки
Стойка 14: .
Принимаем стержень из
стальной арматуры класса А-I
с нарезкой на концах. Расчетное сопротивление . Коэффициент
учитывающий концентрацию напряжений в нарезке равен 0,8.
Требуемая площадь
сечения стержня:
Принимаем стержень с
.
Стойка 15: .
Требуемая площадь
сечения стержня:
Принимаем стержень с
.
Стойка 13: .
Принимаем конструктивно с
.
3.5 Расчет узлов фермы
Узел 1
Опорный узел выполняется
в виде сварного башмака, состоящего из опорного листа, двух фасонок и диафрагмы
между ними. Верхний пояс упирается в швеллер и крепиться к фасонкам болтами
(конструктивно толщину фасонок принимаем 8 мм), а нижний - сварными швами.
В узле швеллер работает
как балка на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой от торцевой
поверхности верхнего пояса.
Усилие
а) Расчет приварки
уголков нижнего пояса. Определим длину сварного шва одного уголка по формуле:
где -
коэффициент, учитывающий ручной метод сварки,
- толщина углового шва.
Принимаем длину швов: по
обушку
по перу
б) Определяем длину шва
для прикрепления упорного швеллера к фасонкам:
,
Конструктивно принимаем
упорный швеллер №24 длиной 20 см, равной ширине верхнего пояса.
Фактическая длина швов
по внутренней стороне стенки и по наружним сторонам полок равна:
тогда требуемый момент
сопротивления будет равен
в) Проверяем упорный
швеллер из условия смятия в месте упора верхнего пояса:
,
где -
ширина бруска верхнего пояса,
- высота бруска
верхнего пояса.
г) Определяем размеры
опорной плиты башмака. Горизонтальную плиту рассчитываем на изгиб под действием
напряжений смятия ее основания на однопролетную балку с двумя консолями.
Опорная реакция фермы ,
-
расчетное сопротивление стали.
Принимаем из
условия размещения болтов:
Принимаем
Размеры опорной плиты в
плане составляют:
ширина:
длина:
д) Определяем толщину
опорной плиты:
,
де ,
тогда
Реактивное давление
основания на опорный лист составит:
Момент в консольной
части плиты
Момент в средней части
плиты
Принимаем наибольший
изгибающий момент
Определяем необходимую
толщину опорной плиты:
Узел 2
Расчет врубки
Принимаем глубину врубки
конструктивно из
расчета лобовой врубки в узле 4.
Расчет шайбы под тяжем
Размеры шайбы принимаем
конструктивно толщиной 8 мм с размерами 8x8
см, такие как при расчете узла 4.
Узел 3
Крепление стойки к
нижнему поясу производиться при помощи швеллера.
Принимаем конструктивно
швеллер №10 из расчета узла 5.
Узел 4
Расчет врубки
Определим требуемую
глубину врубки из условия прочности на смятие под .
Требуемая глубина врубки
раскоса в пояс:
Принимаем глубину врубки
.
,
,
Из условия прочности на
скалывание найдем длину площадки скалывания:
Так как длина плоскости
скалывания получилась меньше , то принятая величина соответствует
нормам:
Расчет шайбы под тяжем
Определяем размеры шайбы
в плане из условия смятия древесины верхнего пояса
Необходимая площадь
смятия верхнего пояса фермы:
Шайбу проектируем
квадратного сечения в плане, тогда
Толщину шайбы определяем
из условия ее изгиба, для этого определим максимальный изгибающий момент
возникающий в пластине по формуле
.
Окончательно принимаем
шайбу толщиной 8 мм с размерами 8x8
см.
В узле 4 верхнего пояса
на расстоянии 58 см, что больше .От центра узла
устраиваем стык брусьев верхнего пояса простым лобовым упором и перекрываем
парными накладками сечением 10x22,5
см, скрепленными с поясом болтами . Принимаем по 4 болта с
каждой стороны и расстанавливаем их в 2 ряда, соблюдая нормы расстановки:
Принимаем:
Узел 5
Угол примыкания раскоса
к нижнему поясу в промежуточном узле ,
В узле опирания раскоса
устанавливаем колодку, которую и рассчитываем на смятие:
, ширина колодки 21,6 см
- расстояние между уголками.
С противоположной
стороны колодки привариваем упор из уголка 63x5
и рассчитываем длину приварки к нижнему поясу.
Длина сварного шва
Крепление стойки к
нижнему поясу производиться при помощи швеллера.
Изгибающий момент
рассчитываем как для однопролетной балки, нагруженной в центре усилием .
;
Принимаем швеллер №10.
На расстоянии 40 см от
узла осуществляем стык уголков при помощи накладок, привариваемых к уголкам. В
качестве накладок принимаем уголки с площадью сечения больше ,
но меньших размеров. Принимаем уголки 50x6
c .
Длину уголков определяем в зависимости от длины сварного шва:
(из расчета приварки уголка к фасонке). Принимаем длину уголков с учетом
приварки
Узел 6
Коньковый узел решаем
лобовым упором с перекрытием стыка парными деревянными накладками толщиной
равной половине верхнего пояса - . Крепление растянутой
стойки к коньковому узлу производим при помощи шайбы.
Расчет шайбы под тяжем
Определяем размеры шайбы
в плане из условия смятия древесины верхнего пояса
Необходимая площадь
смятия верхнего пояса фермы:
Шайбу проектируем
квадратного сечения в плане, тогда
Толщину шайбы определяем
из условия ее изгиба, для этого определим максимальный изгибающий момент
возникающий в пластине по формуле
.
Окончательно принимаем
шайбу толщиной 14 мм с размерами 15x15
см. Накладки ставим конструктивно сечением 10x20
см. С каждой стороны стыка ставим по 2 болта .
Узел 7
Угол примыкания раскоса
к нижнему поясу в центральном узле ,
В узле опирания раскоса
устанавливаем колодку, которую и рассчитываем на смятие:
, ширина колодки 21,6 см
- расстояние между уголками.
Минимальная длина
колодки определяется из условия ее прочности на скалывание вдоль волокон ().
С противоположной
стороны колодки привариваем упор из уголка 63x5.
Шайбу для крепления тяжа
принимаем из швеллера.
Изгибающий момент
рассчитываем как для однопролетной балки, нагруженной в центре усилием .
;
Принимаем швеллер №20.
4. Конструкционные и
химические меры защиты деревянных конструкций от гниения и возгорания
4.1
Защита деревянных конструкций от гниения
Конструкционные меры
защиты - обеспечение воздушно-сухого
состояния деревянных элементов здания, что достигается устройством гидро-,
пароизоляционных слоев, препятствующих увлажнению древесины грунтовой,
атмосферной или конденсационной влагой, или обеспечением надлежащего режима для
удаления из древесины влаги. В данном случае в клеефанерных панелях покрытия в
качестве пароизоляции применяем полиэтиленовую пленку толщиной 2 мм.
Полиэтиленовая пленка приклеивается на нижнюю фанерную обшивку с внутренней
стороны панели. Для предотвращения увлажнения атмосферными осадками по верху
панели покрытия наклеиваем 3 слоя рубероида (1-й слой наклеивается в заводских
условиях с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной
прокатки слоя, 2 последующих слоя - после монтажа панелей покрытия).
Для предотвращения увлажнения
атмосферными осадками предусмотрено увеличение свеса крыши и надлежащего отвода
воды с крыши.
По поверхности грунта устраивают
гидроизоляцию, для предотвращения попадания лишней влаги в помещение.
Под опорными частями деревянных
балок и ферм (т.е. в местах соприкосновения дерева с кирпичной кладкой)
предусматриваются гидроизоляционные прокладки из двух слоев рубероида. Под
балками устраивается деревянная подушка.
В опорных узлах балки и фермы со
стороны наружных стен необходимо утеплить пенопластами, при этом оставить зазор
>5 см между торцом балки и утеплителем.
Необходимо поддерживать влажностный
режим (не более 20% влажности воздуха), а также температура в помещениях не
должна сильно колебаться.
Чтобы не допустить излишнего
увлажнения деревянных конструкций необходимо обеспечить достаточно хорошую
вентиляцию помещения.
Химические меры защиты. Для деревянных элементов фермы, а также для брусчатых ребер
панелей покрытия в качестве пропитки применяют способ горячехолодных ванн.
Сущность этого способа заключается в том, что при нагреве в древесине возникает
избыточное давление, в результате чего паровоздушная смесь вытесняется из
поверхностных слоев материала. При охлаждении в древесине (из-за конденсации
пара) возникает разрежение, и раствор в результате разности давлений
всасывается в древесину. Деревянные элементы прогревают в ваннах
водорастворимыми антисептиками при температуре 90-950С в течении от
30 мин до 10 ч, затем древесину помещают в ванну с раствором при температуре 200С.
Максимальная глубина пропитки при
этом может достигать 10 мм.
Для брусчатых ребер панелей покрытия
для пропитки использовать антисептик ХМБ-444 (ТУ 65-14-23-75): -
трудновымываемый антисептик.
Деревянные элементы фермы
пропитывать химическим составом ББ-32 (ГОСТ 23787.6-79), который является
легковымываемым, но не вызывает коррозии металла и безопасен для людей и
животных.
Этот же антисептик
(ББ-32) использовать для пропитки клееных деревянных балок, связевых распорок и
деревянных подушек под балки. Данные деревянные элементы подвергаются
поверхностной обработке при помощи кисти или валика антисептиком, нагретым до
температуры 60-900С. Нагревать раствор можно 2 раза через 2 часа. На
долговечность ЛКП оказывает влияние и толщина. С увеличением толщины покрытия
возрастает вероятность разрушения пленки вследствие роста внутренних напряжений
при старении покрытия, которые суммируются с циклическими деформациями. Поэтому
толщину покрытия назначают в пре- I делах 60-120 мкм, что
составляет примерный расход 200-400 г./м2 поверхности.
Деревянные элементы в местах
соприкосновения с металлом обмазываются антисептической пастой.
Все металлические элементы окрасить
масляной краской за 2 раза.
4.2 Защита деревянных
конструкций от возгорания
Конструкционные меры
защиты. По пожарной опасности данное
здание относится к классу К3.
При использовании деревянных
конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания. С этой
целью в помещениях с клееными деревянными балками не следует длительное время
поддерживать температуру внутреннего воздуха выше 350С, а в
помещениях с деревянными фермами покрытий выше 500С.
Деревянные конструкции не должны
иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться
пламя, недоступное для тушения.
Химические меры защиты. Металлические накладки, болты и другие детали соединительных и
опорных узлов деревянных элементов являются проводниками тепла, снижают предел
огнестойкости деревянных конструкций, поэтому металлические узлы и соединения
необходимо тщательно защищать огнезащитными покрытиями. В качестве
огнезащитного покрытия применять фосфатное огнезащитное покрытие ОФП-9 по ГОСТ
23790-79. Данный антипирен не влияет на прочность древесины и не вызывает
коррозии металла. Состав наносится на сухую поверхность древесины любым
инструментом. Рассматриваемый материал может быть прозрачным, подчеркивающим
природную красоту текстуры древесины, или окрашенным в различные цвета. При
контакте с открытым пламенем покрытие вспучивается и превращается в пористую
массу, защищающую древесину от нагрева.
Все деревянные
элементы балок, ферм и плит покрытия следует обрабатывать фосфатным
огнезащитным покрытием ОФП-9 при помощи кисти или краскораспылителя в два слоя
с интервалом после нанесения первого слоя для лучшего впитывания раствора.
Толщина полученного слоя 0,3-1 мм. Расход состава 0,5-0,7 кг/м2. Не
следует обрабатывать деревянные торцы балок и ферм в опорных узлах обмазочными
составами.
Список
литературы
1. СНиП II-25-80 Деревянные конструкции.
. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.
. СНиП II-23-81. Стальные конструкции.
. Ю.В. Слицкоухов. Конструкции из дерева и пластмасс. - М.:
Стройиздат, 1986.
. В.М. Вдовин, В.Н. Карпов. Сборник задач и практические методы их
решения по курсу «Конструкции из дерева и пластмасс». - М.: ИАВС, 1999.
. Георгиевский О.В. Справочное пособие по строительному черчению.
- М.: Изд-во АСВ, 2003.