V. Расчет узла сопряжения колонны с фундаментом.

 

Наиболее ответственным в колоннах является жесткий узел крепления к фундаменту. Расчет опорного узла производят для такого сочетания нагрузок, когда в анкерах возникает максимальное усилие. Это возможно при минимальной продольной силе и соответствующем изгибающем моменте. Для получения такой комбинации учитывают только постоянные вертикальные нагрузки с коэффициентом надежности g_x =0,9 (снеговая нагрузка не учитывается).

Подбор сечения анкерных креплений производится в зависимости от величины эксцентриситета «е₀»

 

 

 

М и N – расчетные усилия в колонне;

x - коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы по деформированной схеме, который определяется по формуле (30) [1].

1-й случай: Если е₀<h/d, то все сечение колонны сжато и анкерные крепления ставят конструктивно. При этом суммарная площадь их сечения должна составлять не менее 1% площади пеперечного сечения колонны.

2-й случай: Если е_0>h/d, то сечение колонны сжато не по всей площади. Сжимающие напряжения воспринимаются древесиной колонны, а растягивающее усилие – анкерным креплением. При этом высота сжатой зоны сечения определяется по формуле:

 

 

 

 

Рис.3

а – расстояние от центра тяжести анкерных креплений до ближайшей к ним грани колонны;

h₀ – расстояние от центра тяжести анкерных креплений до сжатой грани колонны.

 

В этом случае возникающее растягивающее усилие можно определить по формуле:

 

 

 

Существует несколько конструктивных решений опорного узла. При выполнении курсового проекта можно рекомендовать к расчету наиболее распространенный вариант жесткого крепления с помощью анкерных полоси клееных накладок.

 

Рис. 4

 

В этом случае необходимо выполнить следующие расчеты:

1 – задавшись шириной анкерной полосы, определяют ее толщину из условия работы на растяжение. Для изготовления анкеров можно принять листовую сталь, например, марки ВСт3кп2, для которой расчетное сопротивление по пределу текучести при толщине проката от 4 до 20 мм R – 225Мпа. Если в результате расчетов требуемая толщина получится меньше 4 мм, то ее принимают из конструктивных соображений;

2 – определив усилия в наклонных тяжах, определяют требуемую площадь их поперечного сечения из условия работы их на растяжение. Расчетное сопротивление тяжей из той же марки стали при диаметреот 12 до 80мм можно принять R – 145 Мпа. Рекомендуемые диаметры тяжей с указанием площадей поперечного сечения даны в приложении;

3 – уголковая траверса, опирающаяся на гайки наклонных тяжей и нагруженная реактивным давлением торца проклидки;

4 – назначают размеры клееных накладок из условия работы их на смятие под уголковой траверсой. Принятая конструкция опорного узла предусматривает размещение наклонных тяжей под углом 45⁰. Исходя из этого проверяют смятие древесины под углом 45⁰ и назначают длину накладок;

5 – проверяют принятую длину накладок на скалывание.

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА ДОЩАТОКЛЕЕНОЙ КОЛОННЫ.

 

Исходные данные: Запроектировать и расчитатьдощатоклееную колонну производственного однопролетного здания с напольным транспортом. Здание с размерами в плане 18х60 будет строиться в городе Курске. Высота до низа несущих конструкций 8 м, шаг колонн 6 м. Покрытие здания с рулонной кровлей по клеефанерным плитам и двускатным дощатоклееным балкам с высотой сечения на опоре 1,2 м. Колонну принять прямоугольного сечения.

Предварительный подбор сечения колонны: Задаемся гибкостью колонны l=100. Предварительные размеры сечения колонны примем:

 

 

Из-за отсутствия досок такой ширины принимаем доски шириной 100 мм и 200 мм с предварительной склейкой их по кромкам в щит. Фактическая ширина с учетом припусков на усушку и механическую обработку (см. раздел 1) составит:

 

b_к = (100 – 10) + (200 – 15) = 275 мм

 

Для изготовления колонн используем сосновые доски 2-го сорта толщиной 40 мм. После двухстороннего фрезерования (острожки) толщина досок составит:

 

t_ф = 40 – 2*3,5 = 33 мм

 

С учетом принятой толщины досок высота сечения колонн будет:

 

h_к = 33 * 19 = 627 мм

 

Сбор нагрузок: Нагрузка от веса покрытия и снеговая нагрузка, действующая на поперечную раму проектируемого здания, уже собраны при расчете клеефанерной плиты покрытия. При этом седует учесть, что коэффициент надежности для снеговой нагрузки следует принимать равным 1,4

Нагрузку от веса балки определим по формуле:

 

 

Нагрузка от собственного веса колонны:

 

Р_С.К. = h_k * b_k * H * r = 0,627 * 0,275 * 8 * 500 = 689,7 кг = 6,9 кН

 

Вертикальные нагрузки, действующие на поперечную раму, можно свести в таблицу.

 

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, КН/м2
1. Постоянная
- вес кровли	0,15	1,3	0,18
- собственный вес плит	0,2	1,1	0,22
- вес утеплителя	0,15	1,2	0,18
2. Собственный вес балок	0,12	1,1	0,13
3. Собственный вес колонн (в кН)	6,9	1,1	7,59
4. Временная
- снеговая	0,70	1,4	0,98

По карте прил. 5 [2] г. Курск относится ко второму ветровому району и, значит нормативное значение ветрового давления принимаем u₀ = 0,30 кН/м². Для типа местности «С» находим значение коэффициента к = 0,4.

По приложению 4 [2] определяем аэродинамический коэффициент для наветренной и подветренной стороны здания:

- для наветренной С_е = +0,8

- для подветренной при и при принимаем С_е3 = - 0,5.

Коэффициент надежности для ветровой нагрузки определяем по п. 6.11 [2]. Расчетные значения погонной ветровой нагрузки для активного и пассивного давления:

 

W⁺ = 0,38 * 0,4 * 0,8 * 1,4 * 6 * = 1,02 (кН/м)

W^- = 0,38 * 0,4 * (-0,5) * 1,4 * 6 = - 0,64 (кН/м)

 

Ветровая нагрузка, передаваемая от покрытия, расположенного вне колонны:

 

W⁺ = w⁺ * h_оп = 1,02 * 1,2 = 1,22 (кН)

W^- = w^- * h_оп = 0,64 * 1,2 = 0,77 (кН)

 

Определение расчетных усилий: Рама один раз статически неопределимая система. За неизвестное принимаем продольное усилие «Х» в ригеле, которое определяем для каждого вида загружения отдельно:

- от ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля

 

Х_w = 0,5 * (W⁺ - W ^-) = 0,5 * (1,22 – 0,77) = 0,23 кН

 

- от ветровой нагрузки на стены:

 

 

Изгибающие моменты в заделке стоек:

 

 

 

Продольные силы в заделке стоек:

 

 

Таким образом, расчетные усилия для расчета колонны составят: М = 36 кНм и N = 99,4 кН