Дощато-клееная колонна однопролетного здания. Предварительный подбор сечения колонн

Покрытие здания с рулонной кровлей по клеефанерным плитам и дощато-клееным балкам. Уклон кровли 5%. Стеновые панели клеефанерные трехслойные общей толщиной (с обшивками) 192+2-8 = 208 мм ≈ 0,21 м. Масса панели 31 кг/м². Расчетная нагрузка от панелей 0,346 кН/м² площади стены. Дощато-клееные балки покрытия шириной 140 мм, высотой на опоре 1200 мм. Колонны проектируют из пиломатериалов хвойных пород (сосна, ель). Древесина третьего сорта для колонн.

2.1  Предварительный подбор сечения колонн. Предельная гибкость для колонн равна 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда при λ = ТОО и распорках, располагаемых по верху колонн.

            

            

При высоте здания Н = 6 м получим

h_к=H/13=6/13=0,461 м;    b_к=H/29=6/29=0,206 м.

Принимаем, что для изготовления колонн используют доски шириной 225 и толщиной 40 мм¹. После фрезерования (острожки) толщина досок составит 40—7 = 33 мм. Ширина колонны после фрезерования (острожки) заготовочных блоков по пласти будет 226—15 = 210 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет h_к =14 · 33= 462 мм; b_к =210 мм.

2.2  Определение нагрузок на колонну. Расчетная схема рамы приведена на рис. 2.6. Определим действующие на колонну расчетные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Подсчет нагрузок горизонтальной проекции дан в табл. 2.4. Нагрузки на колонну:

от ограждающих конструкций покрытия: расчетный пролет l=l_св-h_к=18-0,462=17,54 м. Полная ширина покрытия здания

L = l_св + 2δ_ст +2а_к = 18+2 · 0,21+2 · 0,25 = 18,92 м,

где  l_св  - пролет здания в свету;  δ_ст  -  толщина стены; а_к - вылет карниза.

G_о.к.п.= g_о.к.п.×LS / 2 = 0,775×18,92×6 / 2 = 43,99 кН.

от веса ригеля (в данном случае клеедощатой балки)

G_риг = lсв×S / 2 - 0,297-18.6/2 = 16,04 кН;

от снега

Нагрузка	Норма- тикная кН/м2	Коэффицент надежности по нагрузке γf	Расчетная кН/м2.
1	2	3	4
Постоянная от покрытия: защитный слой гравия трехслойный рубероидный ковер клеефанерные утепленные плиты  1. Итого по ограждающим покрытиям Собственный вес дощато-клееной балки (при ксв = 8) l = lсв – hсв = 18 – 0,462 = 17,54 м.	0,21 0,12 0,31 0,64 0,27	1,30 1,30 1,12 1,21 1,1	0,273 0,166 0,342 0,775 0,297
Итого по покрытию:	0,91		1,072

Р_сн = P_снLS/2 - 1,4-18,92-6/2 = 79,46 кН.

Нагрузка на колонну от стен (см. табл. 1.): h'_оп-1,2+0,21-1,41м; .

G_CT = q_СТ · (H + h'_оп)= 0.346(6+1.41)6= 15,38 кН.

С небольшой погрешностью можно заменить схему распределения k no рис. 2.5 на схему распределения k по рис. 2.5,6.

Определяем горизонтальные нагрузки, действующие на раму с учетом шага S = 6 м (см. табл. 2.4).

При отсутствии на заводе-изготовителе досок такой ширины необходима склейка узких досок а щит с последующим раскроем на доски требуемой ширины. В этом случае после фрезерования (острожки) слои будут толщиной 4О—2'10 = 30 мм.

1	2	3	4
Снеговая для III снегового района:   Навесные стены (в данном случае клеефанерные панели) 2 Собственный вес колонны, кН    0,21 ּ 0,462 ּ 6 ּ 5 Ветровая нагрузка: Wm = Woּkc ;    Wo = 0,23 кН/м2. Для здания размером в плане 12 х 72 м. св = +0,8 ;   b / l = 72 ÷ 12 = 6 > 2; приZ = H + h'оп =7,41м.  Wm.акт =0,23 · 0,87 · 0,8 =0,16. Wm.ОТ =0,23 · 0,87 · 0,5 =0,1. приZ = 5 м.  k = 0,75. wm.акт =0,23 · 0,75 · 0,8 =0,16. wm.ОТ =0,23 · 0,87 · 0,5 =0,1.	1 0,31 2,91 0,16 0,1 0,138 0,086	1,4 1,12 1,1 1,4 1,4 1,4 1,4	1,4 0,346 3,204 0,224 0,14 0,193 0,121

¹   Эту нагрузку принимают из расчета плит покрытия и приводят  (в общем виде) к нагрузке, кН/м², горизонтальной проекции.

²  Для упрощения определения  изгибающих моментов считаем сипу Р_cт, приложенной с эксцентриситетом е_ст на высоте, равной Н/2.

Ветровая нагрузка, передаваемая от покрытия, расположенного вне колонны:

W_акт  = 0,224Sh'_оп = 0,224 ·6 ·1,41 = 1,895 кН;            h'_оп = 1,2+0,21 = 1.41м.

W_ОТ  = 0,14S h'_сп= 0,14 ·6 ·1,41 = 1,184 кН.

Нагрузки от ветра:

q_акт = 0,37 · 6 = 2,22 кН/м;

q_ОТ = 0,28 · 6 = 1,68 кН/м;

Определение усилий в колоннах. Поперечную раму однопролетного здания, состоящую из двух колонн, жестко защемленных в фундаментах и шарнирно соединенных с ригелем в виде балки, рассчитывают на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Она является однажды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля (условное допущение) за лишнее неизвестное удобство принять продольное усилие в ригеле, которое определяют по известным правилам строительной механики.

Определение изгибающих моментов (без учета коэффициента сочетаний) :

от ветровой нагрузки: усилие в ригеле:

Х_в = Х_w + X_q =  0,5 (W_акт – W_от) + 3H( q_акт – q_ст )/16 = 0,5(1,08-,77)+3·7,2(1,11-0,8)/16 =0,16+0,36 = 0,5

Изгибающий момент в уровне верха фундамента:

М_лев.в =W_актН + q_акт Н²/2 -Х_вН=1,08·7,2 + (0,84·7,2²)/2 – (0,5·7,2) = 30,5 кН/м

М_пр.в =W_отН + q_от Н²/2 -Х_вН=0,77·7,2 + (0,84·7,2²)/2 – (0,5·7,2) = 30,5 кН/м

От внецентренного приложения нагрузки от стен: эксцентриситет приложения нагрузки от стен:

е_ст = h_k / 2 + δ_ст/2 = 0,561/2 + 0,26/2 = 0,28  + 0,13 =0,41

Изгибающий момент, действующий на стойку рамы :

M_ст= G_стe_ст  = 8,4·0,41 = 3,5 кНм;

Усилие в ригеле (усилие растяжения):

X_ст = 9М_ст/(8Н) = 9·3,5 / (8·7,2) = 0,34 кН;

Изгибающие моменты в уровне верха фундамента:

М_{лев ст.}= -М_ст + Х_стН = -35+0,54·7,2 = 0,388 кНм;

М_{лев ст.}= М_ст - Х_стН = 35 - 0,54·7,2 = - 0,388 кНм ;

Определение поперечных сил (без учета коэффициента сочетаний) :

от ветровой нагрузки

Q_лев.в = q_актH + W_акт – X_в = 1,11·7,2 + 1,08 – 0,5=8,6 кН.

от внецентренного приложения нагрузки от стен.

Q_лев.ст =  X_ст = 0,54 кН

Определение усилий в колоннах с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний:

первое сочетание нагрузок:

N = G_о.к.п.+ G_риг.+ G_ст.+ G_кол.+ P_сн.·ψ₁ = 14,99 + 5,3 + 8,4 + 3,204 + 18,99·0,95 = 49,9 кН.

Моменты на уровне верха фундаментов:

М_лев. = М_лев.ст. + М_лев · ψ₁ = 0,388 + 32,9 ·0,95 = 31,6 кНм.

М_пр. = М_пр.ст. + М_пр.в · ψ₁ = -0,388 + 30,9 ·0,95 = 28,97 кНм.

Q_лев. = Q_лев.ст. + Q_лев· ψ₁ = 0,54 + 8,9 ·0,95 = 8.71 кНм.

Для расчета . колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения: M = М _лев = 26,45 кНм; N= 154,1 кН.

Второе сочетание нагрузок (при одной временной нагрузке коэффициент  ψ₁  не учитывается).

N = G_о.к.п.+ G_риг.+ G_ст.+ G_кол.+ P_сн = 14,99 + 5,3 + 8,4 + 3,204 + 18,99 = 50,88

Третье сочетание нагрузок (коэффициент ψ₁  не учитывается, так как одна