Компоновка конструктивной схемы здания
Для унификации размеров панелей ограждения привязка колонн к разбивочным осям принимается нулевой по наружной грани стоек.
Конструкция стенового ограждения - клеефанерные панели размером в плане 1490х4480 мм с минераловатным утеплителем. Нормативная нагрузка веса панели – gn = 0,92кПа.
Принимаем несущие конструкции в виде дощатоклееных рам из прямолинейных элементов с зубчатым соединением в карнизном узле. Соединение в карнизном узле ригелей и стоек рамы производится по биссектрисе с помощью зубчатого стыка, фрезеровка которого выполняется механизировано. Ригели рамы соединяются в коньке непосредственно лобовым упором части сечения, центрированного по оси ригеля, или с помощью стального шарнира. Уклон ригеля 1:3. Шаг рам 4,5 м. Ограждающие конструкции покрытия - трехслойная светопрозрачная плита из полиэфирного стеклопластика: пролет – 3 м, ширина – 1,5 м, высота – 0,13 м. Стеклопластиковые плиты укладываются по прогонам; шаг прогонов – 3 м
Компоновка конструкции покрытия приведена в графической части (на чертеже).
В соответствии с рис. 2.1. рама имеет следующие размеры: пролет 
=12 м; высота стойки 
=2,8 м; уклон ригеля i=1:3 (
=18026/; 
=0,949; 
=0,316; 
=0,333).
Высоту стойки и длину 
ригеля определяем по формулам:
Значение углов 
а также значение тригонометрических функций угла 
соответственно равны:
Схема здания в осях приведена на рисунке 2.2:
Расчетные схемы несущих и ограждающих конструкций здания и действующие нагрузки
Расчетная схема плиты покрытия представляет собой однопролетную шарнирно-опертую балку с пролетом L = 3 м (рисунок 3.1):
Расчет трехшарнирной дощатоклееной рамы на прочность и устойчивость производится при следующей схеме загружения:
|
|
– расчетная постоянная и временная нагрузки на всем пролете рамы
(рисунок 3.2).
При высоте стойки рамы до 4 м расчет на ветровую нагрузку можно не производить.
Расчет стропильной конструкции – дощато-клееной cборно-разборной трехшарнирной рамы из прямолинейных элементов
Нагрузки на раму
Нормативное значение собственного веса рамы:
Ветровая нагрузка при данной схеме рамы и малой высоте стойки (Н<4м) не учитывается, так как разгружает раму.
Расчетная нагрузка на 1 м горизонтальной проекции рамы:
постоянная g = 0,268 . 4,5 = 1,206 кН/м;
нагрузка от снега s = 0,9 . 4,5 = 4,05 кН/м;
полная нагрузка q = (g + s) = 1,206 + 4,05 = 5,256 кН/м;
Таблица 5.1. Нагрузки на 1 м2 плана здания, кПа
| Наименование нагрузки | Нормативная | gf | Расчетная |
| Постоянная: | |||
| Трехслойная светопрозрачная плита из полиэфирного стеклопластика | 0,15/0,949= =0,158 | 1,1 | 0,174 |
| Собственный вес рамы | 0,085 | 1,1 | 0,094 |
| Итого g: | 0,243 | - | 0,268 |
| Временная: | |||
| Снеговая s | 0,63 | - | 0,9 |
| Всего: | 0,873 | 1,168 |
Статический расчет рамы
Статический расчет рамы производим по внешней грани ригеля и стойки. Координаты расчетных сечений рамы (рисунок 5.1.):
| Сечение | ||||||||
| x, м | ||||||||
| y, м | 1,4 | 2,8 | 3,47 | 4,13 | 4,13 | 3,47 | 2,8 | 1,4 |
Максимальное значение изгибающего момента М в карнизе рамы возникает от действия полной нагрузки, расположенной на всем пролете конструкции. При таком расположении полной нагрузки опорные реакции определяем из выражений:
|
|
А = В = q . l / 2 = 5,256 . 12 / 2 = 31,54 кН;
Н = q . l2 / 8 . f = 5,256 . 122 / 8 . 4,8 = 19,71 кН.
Значение изгибающих моментов в сечениях рамы, показанные ниже, определены по формуле:
| Сечение | ||||||||
| М, кН.м | -27,60 | -55,18 | -7,31 | +36,76 | +36,76 | -7,31 | -55,18 | -27,60 |
Нормальная сила сжатия в биссектрисных сечениях 2 и 7 (рис. 2.2.), где действует максимальный изгибающий момент М=55,18 кН.м,
Поперечную силу, действующую вдоль сочленения ригеля и стойки в карнизе рамы (сечения 2 и 7), определяем:
от полной нагрузки, расположенной на всем пролете рамы:
от постоянной и снеговой нагрузок, расположенных на половине пролета рамы:
Расчет монтажного соединения, расположенного в карнизной зоне рамы
Сборно-разборная рама (рисунок 3.2.), находящаяся в условиях эксплуатации А1, состоит из четырех отправочных прямолинейных элементов – двух стоек и двух полуригелей. Элементы рамы склеены из досок второго сорта шириной b=140 мм и толщиной после фрезерования d=33 мм.
Усилия растяжения и сжатия в монтажном стыке рамы воспринимаются клеештыревыми соединениями на внешнем и внутреннем контурах рассматриваемой конструкции (рисунок 5.2.). Штыри, воспринимающие усилия растяжения и сжатия в стыке, выполнены из арматуры d = 20 мм. В каждый из клееных элементов в растянутой зоне монтажного стыка вклеено по два штыря, расположенных под углом g = 300 к волокнам древесины. Длину заделываемой части этих штырей принимаем равной 
при их расстановке вдоль волокон - 
и в поперечном направлении - 
, что удовлетворяет условиям: 
и 
. Усилие сжатия в стыке рамы передается на древесину клееных элементов с помощью двух клеештыревых шайб, каждая из которых состоит из стальной пластины толщиной 10 мм и размеров в плане 120х280 мм, к которой приварены два штыря диаметром 24 мм из арматуры класса А-III, вклеенных в древесину под углом b = 35048` на глубину 
. Расстояние между осями штырей, расположенными в один ряд, составляет 120 мм (
). Все штыри вклеивают в заранее просверленные отверстия с помощью эпоксидно-цементного компаунда типа ЭПЦ-1.
|
|
Значение усилия растяжения 
в монтажном стыке рамы, исходя из учета вклейки одного штыря, определяем в соответствии с формулой:
В вышеприведенной формуле значения расчетных несущих способностей одного штыря из условия его прочности на выдергивание и изгиб соответственно равны:
где 
- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение напряжений сдвига по длине заделываемой части да1нного стержня, значение которого: 
;
- коэффициент, учитывающий изменение несущей способности штыря от угла g вклеивания, значение которого определяется по формуле: 
;
- площадь сечения одного штыря, мм2;
- расчетное сопротивление растяжению арматурной стали, равное для арматуры класса А-III, 365 МПа.
Тогда, значение усилия растяжения в монтажном стыке рамы:
Усилие растяжения 
с учетом вклейки двух штырей:
В растянутой зоне стыка элементы рамы соединяют двумя болтами класса 5.6 диаметром 20 и длиной 300 мм. Определяем напряжение в болтах:
где 
- площадь поперечного сечения болта, мм2; 
- расчетное сопротивление растяжению болтов, МПа; 
- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение усилий в болтах.
Болты пропускают через швеллер №10 длиной 120 мм, который приварен к пластине, выполненной из стали марки ВСт3пс6-1 с расчетным сопротивлением 
. В пластине (см. рис. 5.2.) сечением 120х8 мм и длиной 620 мм выполнены два отверстия размером 60х24 мм, позволяющие пропустить штыри и соединить их с пластиной сваркой на длине 5d = 5.20 = 100 мм. Прочность стальной пластины с приваренными к ней наклонными штырями проверяем на растяжение с изгибом по формуле:
где 
- площадь сечения нетто стальной пластины 
; 
- изгибающий момент в пластине, принимаемый для штырей из арматуры класса А-III, равный 
стальной пластины 
.
Так как результат расчета по вышеприведенной формуле не превышает единицы, то прочность пластины обеспечена.
Прочность сварного шва, крепящего швеллер №10 к стальной пластине, проверяем по формуле:
по металлу шва:
;
по металлу границы сплавления:
;
где расчетная длина шва 
, угловой шов толщиной 
выполнен вручную электродом марки Э-42, а расчетное сопротивление 
.
Равнодействующую усилий 
, действующих в ветвях гнутой части стальной пластины, определяем по формуле:
,
где угол 
.
Равнодействующая R воспринимается элементом А (см. рис. 5.2.), состоящим из стальной детали, имеющей цилиндрическую поверхность, и приваренного к ней одного штыря из арматуры класса А-III. Штырь диаметром 20 мм вклеен в древесину под углом 
к волокнам на глубину 
.
Несущая способность штыря на продавливание:
,
где 
.
Определяем усилие сжатия в монтажном стыке рамы:
Проверяем несущую способность штырей клеештыревой шайбы, воспринимающих усилие сжатия:
где 
.