Предварительные подбор сечения колонны:
Предельная гибкость для колонн равно 120. При подборе сечения колонны целесообразно задаться гибкостью 100. Тогда при λ=100 и распорках, установленных по верху колонны будем иметь:
В плоскости поперечной рамы здания колонна рассматривается как стойка с нижним жестко защемленным и верхним свободным концом. При этом расчетная длина определяется по формуле:
Из плоскости рамы (т.е. направлении вдоль здания) колонна рассматривается как стойка с нижним и верхним шарнирно закрепленными концами. При выбранной компоновке здания была использована крестовая схема вертикальных связей по колоннам с горизонтальной распоркой только по верху колонн, то в этом случае рассматривается устойчивость всей колонны, те. 
При высоте здания 8 метров получим:
Принимаем для изготовления колонны доски хвойных пород, второго сорта сечением 175х40, после острожки сечение досок будет составлять 150х33. С учетом принятия габаритов досок получаем колонну с размерами поперечного сечения hк=62,7 см, bк=30 см. В проектируемой колонне предусмотрено армирование, это позволяет повысить прочность и жесткость конструкции вводя совсем не большое количество арматуры. Армирование рекомендуется выполнять стержневой горячекатаной арматурой периодического профиля из стали класса А-II, A-III и A-IV. Армирование не должно превышать 1-3 %. Зададимся процентом армирования равным 1%. Ак=bkhk=62,7х30=1881см2→1881х0,01=18,81→18,81/4=4,71см2. Принимаем для армирования арматуру по ГОСТ 5781-82 из стали класса А-III А(400) Ø 25мм, с площадью поперечного сечения 4,91 см2, в виде четырех стержней по углам колонны. 4,91х4=19,64 см2.
Коэффициент армирования:
что входит в 1-3% армирования.
Арматура укладывается в пазы, с последующей заливкой эпоксидным клеем с заполнителем и производится запрессовка. Полученная в результате конструирования колонна представлена на рис. 8.
Рис. 8.
Сбор нагрузок:
Вертикальные нагрузки:
Таблица3
| Вид нагрузки | 
| 
| 
|
| Постоянная | |||
| Вес кровли | 0,15 | 1,3 | 0,195 |
| Ребер | 0,147 | 1,1 | 0,162 |
| Обшивок | 0,188 | 1,1 | 0,21 |
| Утеплителя | 0,262 | 1,2 | 0,314 |
| Балки | 0,121 | 1,1 | 0,133 |
| Временная | |||
| Снеговая | 1,68 | 1,4 | 2,35 |
| Итого | 2.55 | 3,37 |
Определение нагрузок на колонну.
От ограждающих конструкций покрытия:
Расчетный пролет
Полная ширина покрытия здания
От веса ригеля:
От снега:
От веса колонны:
Собственные вес колонны 0,627х0,3х5х8=7,524 кН, арматуры 8х4х3,85=1,232 кН → полная масса колонны Fk=7,524+1,232=8,756 кН.
От веса стеновых панелей с остеклением:
Стеновые панели клеефанерные трехслойные общей толщиной (с обшивками) 208 мм. Масса панели 31 кг/м2 = 0,31 кН/м2, переплетов с остеклением 35 кг/м2, размеры оконных проемов 5х1,8 метра. Fсп=1,12х0,31х(3+4)х5+1,1х0,35х1,8х5=15,62 кН. Расчетная схема с приложенными вертикальными усилиями представлена на рис. 8.
Рис. 8.
Горизонтальные нагрузки:
Горизонтальная нагрузка представлена в виде ветровой нагрузки. Согласно СП 20.13330.2011 район строительства относится к III ветровому району. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки ωm d в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли определяют по формуле:
где:
ω0=0,38 кПа - нормативное значение ветрового давления.
- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze.
c - аэродинамический коэффициент.
Расчетная линейная ветровая нагрузка:
где:
=1,4 - коэффициент надежности по нагрузке.
В - ширина грузовой площади равная шагу колонн.
Для 5м 
,
Для 10м 
.
, 
.
Ветровая нагрузка передаваемая от покрытия, расположенного вне колонны:
, 
.
Схема загружения ветровой нагрузкой представлена на рис. 9.
Рис. 9.
Определение усилий в колонне:
Поперечная рама данного здания состоит из 2 колонн, жестко защемленных в фундаменте и шарнирно соединенных с ригелем. Ее рассчитывают на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок. Рама является один раз статически не определимой системой. Допускаем, что жесткость ригеля бесконечно велика, в таком случае за лишнее неизвестное удобно принять продольное усилие в ригеле, которое определяется по известным правилам строительной механики. На рис. 10 приведена расчетная схема рамы.
Рис. 10.
Определение изгибающих моментов (без учета коэффициентов сочетаний):
От ветровой нагрузки: усилие в ригеле
Изгибающий момент в уровне верха фундамента:
От внецентренного приложения нагрузки от стен:
эксцентриситет приложения нагрузки от стен
Изгибающий момент, действующий на стойку рамы:
Усилие в ригеле (растяжение):
Изгибающий момент в уровне верха фундамента:
Определение поперечных сил (без учета коэффициентов сочетаний):
От ветровой нагрузки:
От внецентренного приложения нагрузки от стен:
Определение усилий в колоннах с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний:
Первое сочетание нагрузок:
Моменты на уровне верха фундамента:
Для расчета колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения: 
Второе сочетание нагрузок (при одной временной нагрузке коэффициент 
не учитывается):
Третье сочетание нагрузок (коэффициент не учитывается, так как временная нагрузка одна):
Изгибающие моменты в уровне фундамента:
Поперечная сила:
Нормальную силу (продольную силу) определяют при γf=0,9:
Расчет колонны на прочность по нормальным напряжениям и на устойчивость плоской формы деформирования:
Расчет проводится на действие М и N при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле, приведенной в п. 4.16 СНиП II-25-80:
М=80,5 кН*м, N=187 кН.
Расчетная длина в плоскости рамы:
Площадь сечения колонны:
=1881см2. Площадь арматуры 1% площади сечения колонны: Аs=19,64см2.
Приведенная площадь сечения:
.
Расчет армированных колонн производят с учетом совместной клееной древесины и стальной арматуры методом приведенных к древесине сечений учитывающим модули упругости древесины и стали. Ослабление пазами под арматуру не учитывается, поскольку они заполнены арматурой и клеем. При расчете учитываем то, что армирование колонны симметричное. Отношение модуля упругости арматуры и дерева: 
, где 
- модуль упругости стали, 
- модуль упругости древесины.
Приведенный момент инерции сечения:
Момент инерции древесины:
.
Момент инерции арматуры:
.
где: h0 =300/2=75мм.
Приведенный момент инерции:
Приведенный момент сопротивления сечения:
Гибкость колонны в плоскости рамы:
lх=l0/ix= 1760/22,77= 77,3> 70 (77,3<120)
следовательно, коэффициент продольного изгиба определяем по формуле:
jх=3000/lх2=3000/77,32=0,5.
При древесине второго сорта и при принятых размерах сечения по таб. 3 СНиП II-25-80:
Rc=15 МПа.
По таб. 7 и 8 СНиП II-25-80 находим коэффициенты условия работы:
mб=0,8, mсл=1.
С учетом mб, mсл и коэффициента надежности по нагрузке получим:
Найдем значение коэффициента x:
Найдем нормальные напряжения и сравним их с расчетным сопротивлением:
МД=М/ξ.
При эпюре моментов треугольного очертания (см. п. 4.17 СНиП II-25-80) поправочный коэффициент для ξ:
В данном случае эпюра моментов близка к треугольной:
МД=М/(кн*ξ)=80,5/(1,02*0,87)=91кН*м.
Условие выполняется оставляем принятое сечение.
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле 33 СНиП II-25-80. Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн. Тогда lр=H, l0=H.
В формуле:
показатель степени n=2 как для элементов, не имеющих закреплений растянутой зоны из плоскости деформирования:
Rи = Rс = 12,63 МПа.
Приведенный момент инерции сечения:
Момент инерции древесины:
.
Момент инерции арматуры:
.
где: h0 =214,5мм.
Приведенный момент инерции:
Приведенный момент сопротивления сечения:
Гибкость колонны в плоскости рамы:
lу=l0/iу= 800/9,06= 88,3>70 (88,3<120)
следовательно, коэффициент продольного изгиба определяем по формуле:
jу=3000/lу2=3000/88,32=0,385.
Применительно к эпюре моментов треугольного очертания (см. таб. 2, прил. 4, СНиП II-25-80):
d=0, так как момент в верхней части колонны равен нулю.
Условие выполняется, устойчивость обеспечена.
Расчет на устойчивость из плоскости как центрально сжатого стержня:
φ=0,385, N=193 кН, (для второго сочетания нагрузок):
Условие выполняется, устойчивость обеспечена.