Конструктивный расчет стержня колонны

4.2 Конструктивный расчет стержня колонны

Производим проверку сечения дощатоклееной колонны (рис.8, а) из условий устойчивости в плоскости и из плоскости поперечника. Сечение колонны

b_к = 17.5 см, h_к = 80 см. Пиломатериал – сосновые доски 2-го сорта толщиной 33 мм. По [1, табл.3] R_с = 15 МПа. Прикрепление к фундаменту выполнено с помощью анкерных болтов – жесткое в плоскости поперечника и условно-шарнирное из плоскости.

Коэффициенты условий работы:

- для условий эксплуатации A3 по [1, табл.5], m_в = 0.9;

- для колонн с высотой сечения 80 см по [1, табл.7], m_б = 0.9;

- при толщине слоя досок в пакете 33 мм по [1, табл.8], m_сл = 1.0.

Коэффициент надежности по назначению для зданий III класса g_n = 0.90.

4.2.1 Проверка устойчивости колонны в плоскости поперечника

Предварительно вычисляем:

 см²;

 см³.

Расчетная длина

l_ох = 2.2×H_к = 2.2 × 960 = 2112 см;

радиус инерции

r_х = 0.289×h_к = 0.289 × 80 = 23.12 см;

гибкость

l_х = l_ох / r_х = 2112/23.12 = 91.349

что удовлетворяет условию

l_х < l_max = 120.

Вычисляем коэффициент продольного изгиба :

Вычисляем:

,

где кН/см².

Изгибающий момент по деформированной схеме:

 кН×м.

Проверяем условие устойчивости:

 кН/см²,

что < R_c = 1.35 кН/см².

Устойчивость в плоскости поперечника обеспечена.

4.2.2 Проверка устойчивости колонны из плоскости поперечника

Предварительно определим j_y в предположении, что промежуточных связей нет:

Расчетная длина

l_оy = H_к = 960 см;

радиус инерции

r_y = 0.289×b_к = 0.289 × 17.5 = 5.0575 см;

гибкость

l_y = l_оy / r_y = 960/5.0575 = 189.817.

Так как

l_y = 189.817 > l_max = 120,

то постановка промежуточных связей необходима.

Проверяем устойчивость при одной промежуточной связи.

Гибкость

l_y = 0.5 ×960/5.0575 = 94.909, что < l_max = 120.

Вычисляем коэффициент продольного изгиба при l > 70:

Проверяем условие устойчивости:

 кН/см², что < R_c = 1.35 кН/см².

Устойчивость из плоскости поперечника обеспечена.

4.3 Расчет и конструирование узла крепления колонны к фундаменту

Требуется спроектировать опорный узел дощатоклееной колонны с металлическими траверсами по типу показанного на рис.10.

Рис. 7. Узел соединения колонны с фундаментом: а – конструкция узла; б – расчетная схема; 1 – фундаментные болты; 2 – траверсы; 3 – болты; 4 – вклеенные стержни; 5 – эпоксидная шпаклевка

Исходные данные: поперечное сечение колонны b_к х h_к = 17.5 х 80 см. Доски из древесины сосны 2-го сорта толщиной 33 мм.

Определение расчетных усилий в плоскости сопряжения с фундаментом.

 кН×м;

 кН.

Вычисляем эксцентриситет:

 м.

Так как е = 1.325 м больше h_к/6 = 0.80/6 = 0.133, то имеется отрывной участок по плоскости сопряжения, следовательно, требуется расчет фундаментных болтов и элементов траверс.

4.5 Расчет фундаментных болтов

Вычисляем максимальное и минимальное напряжения в опорном сечении (см. Рис. 7, б):

 кН/см²

s_max = 0.52 кН/см²;

s_min = – 0.42 кН/см² – отрывной участок.

Определяем высоту сжатой зоны:

 см.

Задаемся d_б = 20 мм и находим (см. рис.10, а):

а = 0.5 × S₂ + S₁ = 4.75 × d_б = 4.75 × 2.0 = 9.5 см;

см.

Принимаем фундаментные болты из стали марки ВСт3 кп 2 по ГОСТ 535-88 (см. табл. 60 [5]) с расчетным сопротивлением R_y = 185 МПа = 18,5 кН/см².

Находим требуемую площадь одного болта в нарезной части:

 см².

Принимаем болт диаметром d_ан = 27 мм, которому соответствует

F^нт = 4,59см² > 4,06 см².

Расстояние между фундаментными болтами в плане (см. Рис. 7, а) получим с учетом принятых а = 95 мм и d_ан = 27мм:

 мм;

 мм.

4.6 Расчет соединительных болтов

Расчетную несущую способность соединительных (глухих) болтов для крепления траверс к колонне находим по формуле как наименьшее из двух значений:

Т_гл=0.5 × b_к× d_гл= 0.5 × 17.5 × 2 = 17,5 кН/шов.

Т_гл = 2,5× d²_гл=2,5 × 2² = 10 кН/шов.

Определяем количество болтов:

 шт.

Принимаем 8 болтов, размещаем их в два ряда с шагом:

S₁ ³ 7 × d_б = 7 × 20 = 140 мм;

S₂ ³ 3.5 × d_б = 3.5 × 20 = 70 мм;

S₃ ³ 3 × d_б = 3 × 20 = 60 мм.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1.         СНиП II-25-80. Деревянные конструкции: Нормы проектирования /Госстрой СССЗ. – М.: Стройиздат, 1983. –31с.

2.         СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия /Госстрой СССР. –М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. –36 с.

3.         Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмассы: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности "Промышленное и гражданское строительство". – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1990. –287 с.

4.         Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник /Под ред. Н.М.Гриня. –К.: Будивельник, 1988. –240 с.

5.         Рекомендации по проектированию панельных конструкций с применением древесины и древесных материалов для производственных зданий / ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.: Стройиздат, 1982. –12 с.

6.         Серия 1.265 – 1. Деревянные панели покрытий общественных зданий. Вып. 3./ ЦНИИЭП учебных зданий. – М., 1979. – 28 с.

7.         ГОСТ 20850 – 84. Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия.

8.         ГОСТ 24454 – 80 Е. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры.

9.         СТ СЭВ 4409 – 83. Единая система проектно-конструкторской документации СЭВ. Чертежи строительные. Правило выполнения чертежей деревянных конструкций.