Расчет деревянных элементов цельного сечения на центральное растяжение, центральное сжатие.

Расчет деревянных элементов цельного сечения на центральное растяжение, центральное сжатие.

Центральное растяжение.

Деревянные элементы, работающие на центральное растяжение, рассчитывают по наиболее ослабленному сечению:

Коэффициент  учитывает концентрацию напряжений, которые возникают в местах ослаблений. При определении  необходимо учитывать волокнистую структуру древесины.

Древесина работает на растяжение пластично.

Центральное сжатие.

Пластические свойства древесины при центральном сжатии проявляются значительно сильнее, чем при растяжении, поэтому при расчете на прочность ослабление учитывают только в рассчитываемом сечении, а при расчете на устойчивость, особо учитывают зону работы древесины, в которой модуль упругости нельзя считать постоянным, и принимают во внимание невозможность обеспечения при защемлении элемента угла поворота, равного нулю.

Расчет на прочность производят по формуле:

N – действующее в элементе усилие;

F _нт – площадь нетто в рассчитываемом сечении.

Расчет на прочность необходим главным образом для коротких стержней, для которых условно длина .

№6. Области применения конструкций из дерева и пластмасс. Преимущества и недостатки древесины, фанеры, пластмасс как конструкционных материалов.

Деревянные конструкции.

Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.

Деревянные строительные конструкции являются надежными, легкими и долговечными. На основе клееных деревянных конструкций сооружаются здания с покрытиями как малых, так и больших пролетов. Из цельных лесоматериалов строятся небольшие жилые дома, общественные и производственные здания.

Деревянные конструкции применяют в покрытиях сельскохозяйственных зданий. В ограждающих частях отапливаемых зданий при этом хорошо используется малая теплопроводность сухой древесины поперек волокон.

Достоинства:

- легкий и прочный материал, особенно в направлении вдоль ее волокон, где действуют наибольшие усилия от внешних нагрузок;

- древесина – микропористый материал с хорошими теплоизоляционными и санитарно-гигиеническими свойствами;

- древесина – мало твердый материал и легко обрабатывается, что облегчает и упрощает изготовление конструкций;

- древесина стойко выдерживает ударные и циклические нагрузки.

Недостатки:

- при неправильном применении и эксплуатации, в результате длительного увлажнения они разрушаются гниением;

- деревянные конструкции являются сгораемыми.

Пластмассы.

В строительстве применяют в составе элементов несущих и ограждающих строительных конструкций.

Из наиболее прочных стеклопластиков выполняют основные элементы несущих строительных конструкций. Прозрачные стеклопластики используют в качестве светопрозрачных элементов ограждающих конструкций зданий. Сверхлегкие пенопласты применяют в средних слоях легких ограждений покрытий и стен. Прочные, тонкие воздухо - и водонепроницаемые ткани используют в пневматических и тентовых покрытиях. Из полимерных пленок осуществляют временные покрытия закрытого грунта.

Достоинства:

- малая плотность;

- химическая стойкость в некоторых агрессивных средах;

- водостойки;

- не подвергаются гниению.

Недостатки:

- малая жесткость и, следовательно, повышенная деформативность;

- сгораемость;

- малая поверхностная твердрсть, что ведет к легкой повреждаемости конструкций;

-ползучесть и старение в процессе эксплуатации ведут к повышению прогибов и уменьшению прозрачности ограждающих конструкци

Лобовая врубка на упор

При малом угле наклона примыкания верхнего пояса к нижнему приме­нение лобовой врубки нецелесообразно. С уменьшением угла увеличивает­ся усилие скалывания и, поэтому более надежным решением узла является лобовая врубка на упор. В лобовом упоре торец верхнего пояса полным сво­им сечением упирается в опорный вкладыш. Опорный вкладыш передает вертикальную составляющую N на подкладку и опорную подушку, а гори­зонтальную составляющую - нижнему поясу через металлические натяж­ные хомуты, деревянные накладки и нагели.

Лобовая врубка на упор имеет ряд преимуществ. Благодаря развитой площади смятия опорного вкладыша несущая способность по смятию зна­чительно больше, чем лобовой врубке, отсутствие площадки скалывания и отсутствие ослаблений врубкой повышает надежность соединения.

Существенным недостатком этого вида соединения является повышен­ный расход металла и трудоемкость.

Деревянные рамы

Рамы являются одним из основных классов несущих дер.конструкций.По статич.схеме дер.рамы могут быть статически определимыми и однократно статически неопределимыми.

Трехшарнирная рама является статически определимой и  предусматривает шарниры на фундаментах и тре­тьего шарнира в коньке, где стыкуются несущие элементы поперечника. Ос­новными несущими элементами такого вида поперечника является полура­мы или полуарки. Они бывают бесподкосными и могут иметь от 2х до 4 подкосов.

Элементы этих рам имеют прямоугольные клееедеревянные сечения постоянной

ширины и переменной, а в подкосах постоянной высоты.

Основные виды клеедеревянных трехшарнирных рам

1)гнутоклееная рама состоит из двух полурам г-образной формы прямоугольного переменного по высоте сечения, изогнутых при изготовлении в зоне будущего карниза.

Достоиства

-состоит из двух элементов, которые соединяются всего тремя узлами.

-переменная высота сечения – максимальная в зоне выгиба, где действуют максимальные моменты и минимальная где моменты отсутствуют.

Недостатки

- транспортирование на значительные расстояния габаритных элементов представляет собой очень трудоемкий процесс.

- технология изготовления гнутых элементов сложна и трудоемка и требует

повышенного расхода древесины и клея.

2)ломаноклееная рама

Имеет жесткий стык на зубчатых щипах, состоит из двух полурам.

Достоиства

-состоит из двух элементов, которые соединяются всего тремя узлами.

-малотрудоемка при монтаже, отличается простотой изготовления

-клеедеревянная трехшарнирная четырехподкосная рама

Состоит из двух стоек, двух полуригелей, переменной высоты сечения и четырех подкосов постоянного сечения, соединяющих стойки с ригелем. Подкосы уменьшают изгибающие моменты в стойках.

Недостатки.

Большее чем в вышеперечисленных число элементов а следовательно большая трудоемкость при сборке и монтаже.

3)клеедеревянная трехшарнирная двухподкосная рама

Состоит из двух стоек, двух полуригелей, переменной высоты сечения и двух

Подкосов постоянного сечения.

Подкосы уменьшают изгибающие моменты в стойках

Недостатки.

Наличие растягивающих усилий в карнизных узлах, для восприятия которых необходимо применение метал.креплений и винтов..

4)клеедеревянная трехшарнирная с опорными подкосами рама

Конструкция аналогична подкосным системам.

Недостатки.

Работа стоек на растяжение и изгиб от ветровой нагрузки., что усложняет конструкцию и узловых креплений.

5)клеедеревянная трехшарнирная с наружными раскосами рама

Отличается от других только расположением раскосовснаружи. Раскосы работают на растяжение и не уменьшают внутреннего пространства помешения.

Двухшарнирные рамы с жесткими опорными узлами являются один раз статически неопределимыми и предусматривают шарнирное соеди­нение несущей конструкции покрытия с колоннами. Преимуществом этой схемы являются отсутствие изгибающих моментов в шарнирных соединениях ригеля со стойками. Колонны, которые мо­гут быть железобетонными, металлическими или деревянными, должны быть жестко защемлены в фундаментах. Это жесткое соединение восприни­мает изгибающие моменты и поперечную силу от горизонтальных усилий, действующих в плоскости рамы. Колонны в этом случае частично воспри­нимают и продольные усилия в зданиях.

Двухшарнирные рамы с шарнирами на фундаментах. В этом случае конструкция рамы любого профиля, прямолинейного, криволинейного, или ломаного очертания должна быть неразрезной с жесткими соединениями в местах переломов. Поскольку габариты таких конструкций значительны и вызывают затрудне­ния, как при изготовлении или сборке, так и при монтаже, эта схема менее предпочтительна.

 

17. Обеспечение пространственной жесткости и устойчивости плоских конструкций из дерева и пластмасс. Расчет связевой системы.

Каркасы зданий, посредством узловых соединений несущих и опорных конструкций, должны обеспечивать пространственную работу и передачу усилий от всех видов нагрузок и воздействия, в том числе монтажных и слу­чайных, на фундамент. Элементы конструкций здания, их размещение и со­единение между собой должны обеспечивать надежное восприятие внеш­них сил любого направления. При этом необходимо так компоновать каркас, чтобы усилие различных направлений были бы кратчайшим путем доведе­ны до фундамента. Невозможность создания достаточно жестких узлов со­единения элементов каркаса зданий, заставляет использовать связевые эле­менты, обеспечивающие геометрическую неизменяемость каркаса. Геомет­рическая неизменяемость обеспечивает работу отдельных конструкций в соответствии с расчетной схемой, принятой на стадии проектирования, а при качественном изготовлении и монтаже конструкций, обеспечивает на­дежность здания и сооружения, при выполнении соответствующих требова­ний по условиям эксплуатации.

Каркасы зданий с применением деревянных конструкций проектируют­ся таким образом, чтобы несущая способность (прочность и жесткость) по­перек здания обеспечивалась поперечными рамами, а вдоль здания продоль­ными элементами каркаса (прогоны, подстропильные балки, связевые эле­менты). Связи в виде диагональных или крестовых элементов применяются в случае использования в качестве ограждающих конструкций сборных плит покрытия и панелей стен на деревянном каркасе, т.к. податливость их креплений к несущим конструкциям не гарантирует жесткости каркаса. При использовании в качестве ограждающих конструкций деревянных на­стилов по покрытию и обшивке стен досками, то от связевых элементов можно отказаться, если направление досок диагональное и они прибивают­ся во всех местах пересечения с несущими конструкциями и прогонами. Для малых пролетов достаточно одинарного диагонального настила. Для больших пролетов необходим двойной настил с взаимно перпендику­лярным направлением досок каждого слоя.

Для небольших зданий общая устойчивость обеспечивается обшивкой стен и досками в диагональном направлении, а покрытия, в целях экономии, можно накрывать широкими досками в продольном направлении, но при ус­ловии крепления их двумя гвоздями в каждом пересечении с балками или стропилами. Гвозди должны быть смещены к краям досок в соответствии с требуемой расстановкой, чтобы плечо этих гвоздей было максимальным. Это позволит получить достаточно жесткое соединение настила с несущи­ми конструкциями и обеспечит геометрическую неизменяемость покрытия.

Поперечную устойчивость каркасных зданий с применением индустри­альных несущих и ограждающих конструкций обеспечивают поперечные рамы, которые по расчетной схеме рассматриваются как двух и трехшарнирные.

Двухшарнирные рамы, как правило предусматривают шарнирное соеди­нение несущей конструкции покрытия с колоннами. Колонны, которые мо­гут быть железобетонными, металлическими или деревянными, должны быть жестко защемлены в фундаментах. Это жесткое соединение восприни­мает изгибающие моменты и поперечную силу от горизонтальных усилий, действующих в плоскости рамы. Колонны в этом случае частично воспри­нимают и продольные усилия в зданиях. Встречаются двухшарнирные рамы с шарнирами на фундаментах. В этом случае конструкция рамы любого профиля, прямолинейного, криволинейного, или ломаного очертания должна быть неразрезной с жесткими соединениями в местах переломов. Поскольку габариты таких конструкций значительны и вызывают затрудне­ния, как при изготовлении или сборке, так и при монтаже, эта схема менее предпочтительна.

Трехшарнирная рама предусматривает шарниры на фундаментах и тре­тьего шарнира в коньке, где стыкуются несущие элементы поперечника. Ос­новными несущими элементами такого вида поперечника является полура­мы или полуарки.

Продольная устойчивость каркаса здания обеспечивает связевая систе­ма. Связевая система состоит из связевых блоков и продольных элементов (прогоны стен и покрытия, ребра панелей стен и плит покрытия, распорки обеспечивающими устойчивость несущих конструкций из плоскости де­формирования). Связевый блок состоит из двух, рядом стоящих поперечных рам, связанных между собой треугольной решеткой из деревянных элемен­тов или крестовых стальных стержней, работающих попеременно на растя­жение при том или другом направлении нагрузки. Расстояние между связе-выми блоками не более 30 м.

В плоскости стен или покрытия связевый блок представляет собой фер­му с параллельными поясами, где поясами фермы являются несущие эле­менты каркаса. Раскосы этой узловой фермы крепятся к несущим элемен­там каркаса рядом с верхней кромкой, таким образом, что верхняя грань связей была на 50-100 мм ниже плоскости покрытия.

У трехшарнирных распорных конструкций, где эпюра изгибающих мо­ментов меняет знак по длине полуарок или полурам при необходимости, выявленной на стадии расчета, дополнительно раскрепляется и нижняя сжатая кромка.

У двухшарнирных рам с ригелем в виде фермы, связевой блок решается в виде связей по колоннам и связей по верхнему поясу ферм. Для треуголь­ных и сегментных ферм других связей не рекомендуется. Для шпренгель-ных систем, а также ферм, ось нижнего пояса которых ниже отметок опор, устанавливаются вертикальные связи покрытия по стойкам ферм (рис. 9.33). Для большей надежности их следует устанавливать попарно и в пре­делах связевой системы. Также вертикальные связи покрытия рекомендуют­ся при возможности действия нагрузок на нижний пояс конструкций (на, тормозная сила тельфера при подвеске к балкам или фермам). При­менение трапецевидных ферм ^требует установки вертикальных связей по­крытия по опорным стойкам ферм. Опорные зоны высоких балок так же требуют раскрепления их верхней части.

Расчет связевой системы производится на горизонтальные уси­лия, действующие вдоль здания равномерно по всему пролету. Они склады­ваются из внешних силовых воздействий (ветра, сейсмики, тормозных уси­лий тельфера и др.) и внутренних усилий, возникающих при воздействии вертикальных нагрузок, вследствии отклонения от вертикали при монтаже, погиби из плоскости.

Нагрузка прикладывается узловая, при этом расстояние между узлами раскосов принимают в соответствии с требованиями по гибкости пояса не­сущей конструкции из плоскости деформирования от вертикальной нагруз­ки. Нагрузка на узел принимается Р = (#_г + #_ш )• s, где #_г - интенсивность горизонтальной внешней нагрузки; s - расстояние между узлами; #_ш - ин­тенсивность горизонтальной нагрузки от внутренних усилий, которая опре­деляется по формуле

 

 

где #_в - внешняя интенсивность вертикальной нагрузки; 2 - количество связевых ферм на длине 30 м; п - количество несущих конструкций в части здания длиной не более 30 м; К- величина в % от расчетной вертикальной

нагрузки, 3% для ферм, однопролетных балок и пологих арок 1, 5% для трехшарнирных рам и высоких арок.

Расчет связевых ферм производится в предпосылке шарнирности узлов крепления раскосов без учета податливости соединений, в предположении центральной передачи усилий с осью верхнего пояса ферм или осью балок, арок. При определении горизонтальных нагрузок от ветра, внутренних уси­лий и усилий торможения тельфера к суммарным значениям вводится коэф­фициент сочетания нагрузок, равный 0, 9.

Для совместной работы пары колонн, воспринимающих опорные реак­ции связевых ферм, предусматривают вертикальные связи. Эти связи могут быть раскосными из древесины или крестовыми из металлических стерж­ней.

Пространственная жесткость зданий дополнительно обеспечивается фа­хверком торца, который воспринимает значительную долю ветровых нагру­зок, встроенными сооружениями. При этом должно удовлетворяться требо­вание, чтобы низ стоек стоек фахверка, эстакад и т.д. был жестко закреплен, а верх давал возможность свободного вертикального перемещения несущих конструкций покрытия от временных нагрузок.

При строительстве зданий с кирпичными стенами, высота продольных стен должна обеспечивать равномерный уклон верхнего пояса. При пере­крытиях трапециевидными фермами стена должна быть высотой до отметки верха опорной стойки фермы. Торцевые стены должны повторять профиль несущей конструкции и заключаться параметром, возможно с уступами вы­сотой не более 50 см выше отметки кровли, во избежание снеговых мешков. В этом случае ветровые нагрузки воспринимаются кирпичными стенами, толщина которых и конструкция принимаются исходя также и из расчета на ветровые нагрузки. Общая устойчивость покрытия не требует связевых форм и обеспечивается продольными неразрезными прогонами, закреплен­ными в кирпичную кладку торцов рис. 9.34. Однако, такое решение реко­мендуется для зданий длиной до 20 м. В зданиях свыше двадцати метров, следует создавать связевой блок из двух ферм, по правилам, изложенном выше. Усилия для расчета раскосов и узлов подбирается аналогично, без учета ветровой нагрузки.

 

Расчет арок

Основными нагрузками для арки являются: постоянная нагрузка, вес снега и ветер. Для пологих арок расчетным сочетаниям нагрузок являются два варианта: постоянная и временная (снег) по всему пролету, постоянная по всему пролету и временная на одной половине пролета. Ветровую на­грузку в расчете можно не учитывать. Для высоких стрельчатых треуголь­ных арок наиболее неблагоприятным сочетанием является постоянная по всему пролету и временная (снег, ветер) с одной стороны пролета. Для складских зданий, оборудованных подвесным подъемно - транспортным оборудованием рассматриваются также нагрузки от максимальной грузо­подъемности и веса оборудования. Схема нагрузок в зависимости от геоме­трии арок следует принимать в соответствии приложениям 3 и 4 (2).

Усилия от дух или более временных нагрузок, умножается на коэффициент сочетания нагрузок, равный 0, 9. Затем определяются геомет­рические параметры арки, необходимые при расчете. По длине пролета ар­ка разбивается на ряд сечений и вычисляются координаты этих сечений (х, у). По общеизвестным правилам строительной механики в каждом сечении при различных видах загружения вычисляются: изгибающий момент, нор­мальная и поперечная сила.

Расчетные усилия принимаются от наиболее невыгодного сочетания на­грузок.

Дальнейший ход расчета арки следующий:

1. Принимаются размеры поперечного сечения арки, исходя из сорта­мента пиломатериала, с учетом припуска на механическую обработку. Для принятого сечения вычисляются F, W, J.

Заданное сечение арки рассчитывается на прочность как сжато-изги­баемый элемент

3. Расчет на устойчивость в плоскости кривизны производится по фор­муле центрально-сжатого элемента, если отношение напряжений от изгиба к напряжениям от сжатия меньше 0, 1;

4. Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производит­ся по формуле

Расчет рамы.

5. Расчет узловых соединений. Древесина проверяется на смятие. В опорных узлах сечение и сварные швы металлических деталей определя­ется в соответствии со СНиП 11-23-81 " Стальные конструкции. Нормы про­ектирования". Болтовые соединения накладок в ключевом шарнире опреде­ляются от поперечной силы при односторонней максимальной снеговой на­грузки и ветра с той же стороны.

Расчет арок из прямолинейных элементов.

Особенности конструкции арки заключается во внецентренном прило­жении нормальной силы сжатия в узлах. Благодаря такому решению умень­шается изгибающий момент от поперечной нагрузки за счет изгибающего момента с обратным знаком от нормальной силы сжатия М= M_q- Ne

Полурама, так же как и полуарка, представляет собой сжатоизгибаемый элемент, расчет на прочность и устойчивость в плоскости кривизны осуще­ствляется аналогично. Отличие заключается только в том, что при опреде­лении нормальных напряжений на наружной и внутренней кромки криволи­нейного участка с малым радиусом полурам момент сопротивления сечения корректируется на коэффициенты К_гн и К_гв.

При отношении высоты сечения h к радиусу кривизны центральной оси

Устойчивость плоской фермы деформирования трехшарнирных гнутоклеенных рам проверяется аналогично аркам. Расчетная длина сжатоизгиба-емого элемента при этом принимается равной длине осевой линии полура­мы.

Расчет деревянных элементов цельного сечения на центральное растяжение, центральное сжатие.

Центральное растяжение.

Деревянные элементы, работающие на центральное растяжение, рассчитывают по наиболее ослабленному сечению:

Коэффициент  учитывает концентрацию напряжений, которые возникают в местах ослаблений. При определении  необходимо учитывать волокнистую структуру древесины.

Древесина работает на растяжение пластично.

Центральное сжатие.

Пластические свойства древесины при центральном сжатии проявляются значительно сильнее, чем при растяжении, поэтому при расчете на прочность ослабление учитывают только в рассчитываемом сечении, а при расчете на устойчивость, особо учитывают зону работы древесины, в которой модуль упругости нельзя считать постоянным, и принимают во внимание невозможность обеспечения при защемлении элемента угла поворота, равного нулю.

Расчет на прочность производят по формуле:

N – действующее в элементе усилие;

F _нт – площадь нетто в рассчитываемом сечении.

Расчет на прочность необходим главным образом для коротких стержней, для которых условно длина .

№6. Области применения конструкций из дерева и пластмасс. Преимущества и недостатки древесины, фанеры, пластмасс как конструкционных материалов.

Деревянные конструкции.

Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.

Деревянные строительные конструкции являются надежными, легкими и долговечными. На основе клееных деревянных конструкций сооружаются здания с покрытиями как малых, так и больших пролетов. Из цельных лесоматериалов строятся небольшие жилые дома, общественные и производственные здания.

Деревянные конструкции применяют в покрытиях сельскохозяйственных зданий. В ограждающих частях отапливаемых зданий при этом хорошо используется малая теплопроводность сухой древесины поперек волокон.

Достоинства:

- легкий и прочный материал, особенно в направлении вдоль ее волокон, где действуют наибольшие усилия от внешних нагрузок;

- древесина – микропористый материал с хорошими теплоизоляционными и санитарно-гигиеническими свойствами;

- древесина – мало твердый материал и легко обрабатывается, что облегчает и упрощает изготовление конструкций;

- древесина стойко выдерживает ударные и циклические нагрузки.

Недостатки:

- при неправильном применении и эксплуатации, в результате длительного увлажнения они разрушаются гниением;

- деревянные конструкции являются сгораемыми.

Пластмассы.

В строительстве применяют в составе элементов несущих и ограждающих строительных конструкций.

Из наиболее прочных стеклопластиков выполняют основные элементы несущих строительных конструкций. Прозрачные стеклопластики используют в качестве светопрозрачных элементов ограждающих конструкций зданий. Сверхлегкие пенопласты применяют в средних слоях легких ограждений покрытий и стен. Прочные, тонкие воздухо - и водонепроницаемые ткани используют в пневматических и тентовых покрытиях. Из полимерных пленок осуществляют временные покрытия закрытого грунта.

Достоинства:

- малая плотность;

- химическая стойкость в некоторых агрессивных средах;

- водостойки;

- не подвергаются гниению.

Недостатки:

- малая жесткость и, следовательно, повышенная деформативность;

- сгораемость;

- малая поверхностная твердрсть, что ведет к легкой повреждаемости конструкций;

-ползучесть и старение в процессе эксплуатации ведут к повышению прогибов и уменьшению прозрачности ограждающих конструкци

1234567Следующая ⇒

Поделиться: