Решетчатые стойки. Конструкции из дерева и пластмасс

Узловые соединения стержней решетки с двухбрусчатыми поясами выполняются введением их концов в зазоры между брусьями поясов и соединения болтами. Расстановка болтов требует смещения осей стержней от центра узлов. Возникает незначительный эксцентриситет и изгибающий момент в стойках, которым при расчете можно пренебречь.

Пояса стойки рассчитывают: в плоскости стойки (панель пояса) – как внецентренно сжатые от вертикальной и горизонтальной нагрузок; из плоскости – как центрально сжатые от вертикальной нагрузки. При этом расчетная длина ветви: в плоскости стойки равна расстоянию между узлами решетки – длине панели пояса. из плоскости – расстоянию между продольными горизонтальными связями каркаса.

Анкера крепления стойки к фундаменту рассчитывают на максимальное растягивающее усилие в ветвях стойки при действии: минимально возможной вертикальной нагрузки; максимально возможной горизонтальной нагрузки. Конструкция, расчет усилий, подбор сечений – аналогичны дощатоклееным колоннам.

Позволяют значительно увеличить пролеты балок и ферм без увеличения сечения. Чаще всего комбинируются балка и арка. И балка и арка могут быть как сплошностенчатыми, так и сквозными. Балка может быть гнутоклееной. Возможно применение комбинированных систем для усиления.

Балка усиленная гибкой аркой Система распорная, статически неопределимая относительно опорных закреплений. Узлы арки располагают по окружности r=(4f 2 +L 2)/8f. Участки между узлами арки спрямляются. Требуется повышенное внимание к обеспечению устойчивости из плоскости – плоские конструкции компонуются в блоки. Ширина блока B=2…3 м; B 1 =6 м.

При расчете деформаций – площади сжатых элементов определяют с учетом деформаций в узлах: - сумма узловых деформаций для данного стержня. Значения деформаций c в узлах: опирание торец в торец - c =1,5 мм; сжатие поперек волокон - c =3 мм; передача усилия через нагели - c =2 мм.

Балка усиленная аркой сверху Система безраспорная. Внешне статически определимая. Принцип расчета такой же, как балки усиленной аркой снизу. Балка жесткости рассчитывается на растяжение с изгибом.
Висячие системы с балкой жесткости Особое внимание требуется уделять обеспечению устойчивости сжатых пилонов Распорная система Система с двойной цепью Вантовая система Неразрезная трехпролетная балка жесткости

Деревянные стойки могут быть цельнодеревянными, состав­ными, клеедеревянными и решетчатыми.

Цельнодеревянные стойки представляют собой деревянные элементы - брусья, толстые доски или бревна круглого или окан­тованного сечения. Они применяются в виде опор покрытий, на­весов, рабочих площадок, платформ, элементов каркаса деревянных стен ограждений, вертикальных стержней сквозных кон­струкций, опор линий электропередач и связи.

Рис. 5.8. Составные брусчатые стойки:

а - сплошная; б - сквозная с прокладками; в - схема работы; / - брусья; 2 - болты; 3 - прокладки

Размеры цельнодеревянных стоек и их несущая способность ограничены сортаментом лесоматериалов. Длина их не должна превышать 6,4 м, а размеры сечений практически не превышают 20 см. Большие длины и сечения имеют стойки линий электропе­редач, изготовляемые из лесоматериалов, специально предназна­ченных для них.

Стойки из брусьев квадратного сечения и из круглых бревен применяются в основном в тех случаях, когда их концы закреп­ляются шарнирно и на них действуют только сжимающие нагруз­ки. Стойки из брусьев прямоугольного сечения и из толстых досок с шарнирно закрепленными концами применяются в слу­чаях, если на них действуют не только вертикальные сжимающие нагрузки, но и горизонтальные, например ветровая, вызываю­щая в них изгиб, в направлении которой они ставятся больши­ми размерами сечений.

Шарнирно закрепленные стойки применяются также в сквоз­ных конструкциях.

Стойки из бревен круглого сечения , широко применяемые в качестве невысоких опор линий электропередач, имеют заделан­ные опорные и свободные концы и на них действуют вертикаль­ные и горизонтальные нагрузки.

Крепления цельнодеревянных стоек к опорам имеют различ­ную конструкцию. Они могут крепиться к бетонным или железо­бетонным конструкциям при помощи стальных закладных частей. Крепление заделанных опорных концов стоек линий электропе­редач и связи, которые эксплуатируются на открытом воздухе, обычно выполняются с помощью коротких железобетонных стержней, называемых «пасынками», заглубленных в грунт. Стойка крепится к пасынкам так, что ее нижний конец оказыва­ется над поверхностью земли, не контактирует с грунтовой сы­ростью и дольше сопротивляется загниванию.

Расчет цельнодеревянных стоек производится методами и по формулам расчета деревянных элементов. Шарнирно опертые стойки, нагруженные только вертикальной сжимающей нагруз­кой, рассчитываются по формулам (2.5) расчета сжатых элемен­тов на сжатие и устойчивость. Шарнирно опертые стойки, нагруженные вертикальной сжимающей и горизонтальной изги­бающей нагрузками, рассчитываются в направлении действия изгибающей нагрузки на сжатие с изгибом по формуле (2.11), а в другом направлении проверяются на сжатие и устойчивость.

Составные стойки состоят из цельных брусьев или из толстых досок, соединенных по длине болтами или гвоздями. Стержни составных стоек соединяются пластями вплотную или имеют между ними зазоры, выполняемые при помощи коротких доща­тых или брусчатых прокладок. Длины составных стоек, как и цельнодеревянных, не превышают 6,4 м.

Составные стойки применяются тогда, когда несущая способ­ность цельнодеревянных стоек недостаточна для восприятия действующих нагрузок. Эти стойки обычно имеют шарнирно за­крепленные концы и работают, как правило, только на продоль­ные сжимающие силы от вертикальных нагрузок. В направле­нии относительно материальной оси составные стойки могут работать также на сжатие с изгибом и воспринимать дополнитель­но горизонтальные изгибающие нагрузки.

Расчет составных стоек производится на сжатие и устойчи­вость по формуле (2.5) в двух плоскостях. Расчет относительно материальной оси, которая проходит через центры сечений обоих элементов стойки, производится как стойки цельного сечения шириной, равной ширине сечения обоих брусьев..

Расчет стойки относительно свободной оси, проходящей вне сечений брусьев, производится с учетом того, что ее гибкостьсущественно выше, а несущая способность ниже, чем стойки цельного сечения двойной высоты.

Повышенная гибкость стойки относительно свободной оси на­зываетсяприведенной гибкостью λпр и определяется по формуле

Коэффициент приведения гибкос­ти; Кс - коэффициент податливости соединений зависит от отно­шения диаметра болтаd к толщине бруса h1; при отношении d/h1 < 1/7; Кс = 0,2/d2, при d/h1> 1,7;Kc = 1.5/(h1d) прии гвоздевых соединениях Кс = 0,1d 2 ;n ш - число швов плоскостей сдвига; для стойки из двух брусьев без зазоров n ш = 1. Для стойки из двух брусьев с прокладками и зазорамиn ш = 2;l - длина стойки, м; n c - число связей - болтов или гвоздей на дли­не 1 м - гибкость стойки без учета по­датливости соединений; λ 1 - гибкость одного бруса, как шарнир- но закрепленного болтовыми соединениями на длине, равной ша­гу l 1 болтов.

Коэффициент устойчивости φ у определяется в зависимости от гибкости λпр по формулам φ y = 3000/λ 2 или φ y =1- 0,2(λ/100) 2 .

Подбор сечения составных брусчатых стоек производится из условия принятой гибкости относительно материальной оси се­чения, которая не должна превышать допускаемого значения [λ] ≤ 120. При этом требуемая высота прямоугольного сечения h Тр при длине стойкиl определяется из выражения h тр = l/(0,29λ).

Порядок расчета приведен в примере 5.4.

Клеедеревянные стойки (рис. 5.9) являются конструкциями исключительно заводского изготовления. Их формы и размеры могут быть любыми и определяются только назначением, вели­чинами действующих нагрузок, расчетом и не зависят от огра­ничений сортамента досок, применяемых для их склеивания. Раз­меры сечений могут превышать 1 м, а их длины - достигать 10 м. Клеедеревянные стойки могут иметь сечения квадратные и прямоугольные постоянные, переменные и ступенчатые по дли­не.

Рис. 5.9. Клеедеревянные стойки:

а - постоянного квадратного сечення; б - постоянного прямоугольного сече-ння; в - переменного прямоугольного сечення

Возможно также изготовление клеедеревянных стоек кругло­го сечения. Трудоемкость изготовления и стоимость этих стоекзначительно выше, чем цельнодеревянных, но они могут иметь значительно большую несущую способность.

Клеедеревянные стойки постоянного квад­ратного сечения (рис. 5.9, а) имеют размеры сечения, значительно превосходящие реальную ширину досок, и поэтому при их изготовлении доски должны стыковаться не только по пластям, но и по кромках. Они в большинстве случаев приме­няются в качестве внутренних отдельно стоящих элементов кар­каса зданий, несущих значительные нагрузки. Эти стойки имеют как правило, шарнирные закрепления концов. Они работают и рассчитываются на действие только продольных сжимающих сил N от расчетных нагрузок по формуле (2.5), на сжатие и устой­чивость- с учетом коэффициентов условий работы m б и m сл. Крепление этих стоек к опорам осуществляется с помощью за­кладных частей бетона или железобетона, а крепление к ним деревянных перекрытий - с помощью стальных креплений.

Клеедеревянные стойки постоянного пря­моугольного сечения (рис. 5.9, б) применяются в боль­шинстве случаев в качестве вертикальных стоек деревянных на­ружных стен значительной высоты, например торцевых фахвер­ков. Высота их сечений обычно значительно превосходит шири­ну, которая, как правило, принимается не больше ширины склеи­ваемых досок, чтобы избежать склеивания их по кромкам. Стойки обычно имеют шарнирно закрепленные концы и распола­гаются большими размерами сечений в направлении из плос­кости стен. Эти стойки работают и рассчитываются в направле­нии большего размера сеченияhна сжатие с изгибом от дейст­вия сжимающих сил N от вертикальных нагрузок и изгибающего момента М от горизонтальной ветровой нагрузки. Проверка их несущей способности в этом направлении производится по фор­муле (2.11), как деревянных элементов.

В направлении меньшего размера сечения hoэти стойки ра­ботают и рассчитываются только на сжатие и устойчивость по формуле (2.5) при их расчетной длине, равной расстоянию меж­ду их закреплениями вертикальными связями каркаса стен. Крепление этих стоек к опорам и несущим конструкциям вы­полняется аналогично креплению стоек квадратного сечения, од­нако они должны быть рассчитаны также на действие горизон­тального ветрового давления.

Клеедеревянные стойки переменного пря­моугольного сечения (рис. 5.9, в) обычно служат опо­рами основных несущих конструкций покрытий производственных однопролетных зданий значительной высоты. Они имеют жесткое соединение с фундаментом и шарнирное с опорными узлами конструкций покрытия. Сечения этих стоек имеют постоянную по длине ширину Ь и переменную высоту: максимальнуюh- у нижнего опорного конца, где действуют наибольшие усилия, и минимальную h 0 - у верхнего конца, где изгибающие моменты отсутствуют.

Высота сечения верхнего конца стойки определяется в основ­ном требованиями прочности и удобства опирания на него несу­щих конструкций покрытия. Высота сечения нижнего опорного конца определяется условиями предельной допускаемой гибкости стойки, ее несущей способности и конструкции ее жесткого крепления к фундаменту.

В средней части торца нижнего конца стойки рекомендуется делать треугольный вырез. При этом нормальные напряжения сжатия при изгибе концентрируются в крайних зонах торца стойки, увеличивается плечо пары внутренних сил при изгибе и уменьшаются усилия в опорных креплениях. Такие стойки рабо­тают на вертикальную сжимающую силу N,равную опорному давлению несущей конструкции от собственного веса, снега и ве­са самой стойки. Кроме того, на стойку действуют горизон­тальные равномерно распределенные нагрузки от давления или отсоса ветра. Максимальный изгибающий момент М возникает в опорном сечении стойки. Он определяется с учетом того, что сила N действует вдоль условной вертикальной оси стойки с эксцентриситетом относительно опорного сечения е =(h- h 0)/2и что изгибающий момент того же знака возникает от отсоса ветра ω. При этом суммарный изгибающий момент

Поперечная сила, максимальная на опоре, возникает от поло­жительного давления ветра и поэтому Q= ω+l.Отсос ветра на покрытии может не учитываться, поскольку он уменьшает про­дольную силу в стойке. При конструкциях покрытия в виде балок или ферм с жесткими нижними поясами следует учитывать до­полнительное горизонтальное сосредоточенное давление на верх стойки от различной величины ветрового давления и отсоса, рав­ное

Расчет такой стойки в направлении большей высоты сечений в плоскости действия ветровых нагрузок производится на сжатие с изгибом по формуле (2.11). Расчетная длина стойки, как заде­ланной на опоре и имеющей свободный верхний конец, прини­маетсяl р = 2,2l. Если свободный конец стойки шарнирно закреп­лен в плоскости покрытий от горизонтальных смещений, то ее расчетная длина принимается l р =0,8l.Радиус инерции опорного сечения стойки определяется из выражения , где момент инерции / = b(h 3 - а 3)/12, а - высота выреза. Коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения, К ж n = 0,07 + 0,93 h o /h. Коэффициент устойчивости φ=3000 К ж N /λ 2 , Коэф­фициент учета деформаций изгиба стойки при вычислении изги­бающего момента М д =М/ξ, где ξ=1- N/λ 2 /(3000R C A)определя­ется с учетом полного опорного сечения, так как вырез не влияет на деформации стойки.

Расчетное сопротивление древесины 2-го. сорта сжатию при ширине сечения b> 13 см принимается R c = 15 МПа, причем учитываются коэффициенты условий работы m б и m сл. Коэффи­циентm H = 1,2 учитывается кратковременность действия ветро­вой нагрузки.

Стойка проверяется на устойчивость плоской формы деформи­рования, как сжато-изгибаемый элемент переменного сечения по методике норм СНиПа, При этом ее расчетная длина принимает­ся равной расстояниям между ее креплениями вертикальными связями. При этом расчетная длина l 1 , принимается равной расстоянию между закреплениями стойки в этом направлении вертикальными связями.

Проверка опорного конца стойки на скалывание от попереч­ной силы производится по формуле (2.16).

Жесткие крепления опорного конца стойки к фундаменту осуществляются с применением вклеенных анкерных столиков или наклонно вклеенных стержней, клеедеревянных накладок или других соединений.

Жесткое крепление с анкерными столиками (рис. 5.10) состоит из четырех стальных столиков, прикрепленных к крайним зонам стойки болтами, и четырех анкеров из прутковой стали, замоноличенных в бетоне фундамента, притягивающих к нему столики. Это соединение позволяет подтягивать гайки анкеров в процессе эксплуатации здания и при необходимости менять стойки.

Рис. 5.10. Жесткие опиранияклеедеревянных стоек переменного сечения:

а - крепление с анкерными столиками; б - крепление с вклеенными стальными стержнями; 1 - анкерные столики; 2 - анкеры; 3 - болты; 4 - вклеенные арма­турные стержни

Жесткое крепление стойки и фундамента с вклеенными стальными стержнями состоит из двух групп коротких арматурных стержней, вклеенных в древесину крайних зон сечения стойки и замоноличенных внешними концами в анкерных гнездах фунда­мента. Это соединение отличается простотой, небольшой трудоем­костью и жесткостью, но оно не дает возможности замены стойки.

Расчет жестких креплений стойки к фундаменту производит­ся на действие максимальной растягивающей силы N p . Она воз­никает от действия максимального изгибающего момента в опор­ном сечении М д и определяется с учетом продольной силы N по формулеN p = Мд/е - N/2.Здесь е = h- h 0 - плечо пары внутренних сил.

В противоположном креплении при этом возникает сжимаю­щая сила, которая воспринимается лобовым упором торца стой­ки в фундамент.

Расчет жесткого крепления стойки к фундаменту с анкерными столиками заключается в следующем. Требуемое число болтов крепления двух столиков к стойке с учетом их симметричной двухсрезной работы между металлическими накладками опреде­ляется по формуле (3.2).

Требуемое сечение анкеров по нарезке, соединяющих стойку с фундаментом и работающих на растяже­ние, определяется по формуле (3.1)

Нарезки.

Расчет жесткого крепления стойки к фундаменту вклеенными стержнями заключается в определении числа стержней, рабо­тающих на выдергивание растягивающей силой. При этом несу­щая способность стержня определяется в зависимости от его диаметра d, глубины вклеивания в древесину I и расчетного сопротивления скалыванию R CK по формуле (3.4).

Решетчатые стойки (рис. 5.11.) применяют в качестве опор несущих конструкций покрытий и стен деревянных производст­венных зданий в районах, где нет возможности изготовить клеедеревянные стойки. Их высота может достигать 10 м и более. Они состоят обычно из брусьев, соединяемых в узлах болтами. Такие стойки могут иметь прямоугольную форму с дву­мя вертикальными поясами или треугольную с одним вертикаль­ным и другим наклонным поясами.

Рис. 5.11. Решетчатые стойки: а треугольная; б - прямоугольная; в - виды сеченнй

Высота сечения прямоугольных стоек должна быть не менее 1/6 их длины. Высота максимального опорного сечения треуголь­ных стоек должна быть не менее четверти их длины. Прямоуголь­ные стойки проще в изготовлении, поскольку размеры стержней их решетки не меняются по длине, но они имеют два верхних узла, требующих закрепления из плоскости стойки. Треугольные стой­ки более экономичны по расходу древесины и имеют только один верхний узел, но более трудоемки в изготовлении, так как размеры элементов решетки изменяются по их длине.

Пояса решетчатых стоек могут быть двух-иоднобрусчатыми. Двухбрусчатые пояса с короткими прокладками имеют большую жесткость в направлении из плоскостей стойки, а также зазоры, что упрощает крепление к ним решетки из брусьев или изтолстых досок. Однобрусчатые пояса менее трудоемки в изготов­лении, но для крепления к ним стержней решеткитребуются стальные накладки. Решетка этих стоек имеет обычно раскосно-стоечную схему.

Узловые соединения стержней решетки с двухбрусчатыми поясами выполняются обычно путем введения их концов в зазоры между брусьями поясов и соединения их болтами (рис. 5.12.). Условия расстановки болтов требуют некоторого смещения осей стержней с центра узлов. При этом возникает незначительный эксцентриситет усилий, действующих в стержнях решетки, и небольшой изгибающий момент в стойках, которым можно при расчете пренебрегать.

Рис. 5.12. Узлы решетча­тых стоек:

а - верхние; б - опорные; в - промежуточные; / - пояса; 2 - болты; 3-сталь­ная балка; 4 - анкеры; 5 - стальной уголок; 6 - стер­жни решетки; 7 - стальные накладки

Верхний конец прямоугольной стойки выполняется обычно с помощью горизонтальной балки из стальных профилей, которая стальными фасонками и болтами крепится к поясам стойки, на середину длины этой балки опирается несущая конструкция покрытия. Верхний узел треугольной стойки крепится болтовым соединением концов вертикального и наклонного поясов стойки. При этом опорный узел основной несущей конструкции опираетсянепосредственно на торец вертикального пояса. Опорные узлы этих стоек могут также решаться с помощью стальных накладок, анкеруемых в бетоне фундамента.

Расчет решетчатых стоек основывается на том, что они несут как вертикальные N, так и горизонтальные нагрузки ш и с точки зрения расчета являются вертикально стоящими консольными фермами, шарнирно прикрепленными к фундаменту. Стойки меньшей высоты, чем рекомендуемая, должны рассчитываться как сжато-изгибаемые элементы, жестоко прикрепленные к фундаментам и имеющие свободный или шарнирно закрепленный конец.

На эти стойки действует вертикальная сосредоточенная на­грузка от собственного веса вышележащих конструкций и веса снега sи горизонтальные нагрузки от давления w+и отсоса ветра, аналогичные нагрузкам на клеедеревянные стойки перемен­ного сечения, которые условно сосредоточиваются в узлах. От этих нагрузок в стержнях стоек возникает растягивающие или сжимающие силы, которые определяются общими методами строительной механики, например при помощи построения диаг­раммы Максвелла - Кремона. Максимальные усилия возникают в поясах и стержнях решетки, примыкающих к опорному узлу. Усилия в стержнях решетки возникают только от действия гори­зонтальных ветровых нагрузок.

Пояс стойки работает и рассчитывается по прочности и устойчивости при сжатии в двух плоскостях. В плоскости стойки его расчетная длина принимается равной расстоянию между узла­ми. Из плоскости стойки его расчетная длина принимается равной расстоянию между его горизонтальными связями. При этом учиты­вается податливость связей

двухбрусчатого пояса, как при расчете двухбрусчатой составной стойки. Прочность пояса дополнительно проверяется при максимальной растягивающей силе от ветровой нагрузки.

Стержни решетки стойки рассчитываются по прочности и устойчивости при сжатии или по прочности при растяжении с учетом их длины и шарнирного крепления в узлах. Верхняя бал­ка прямоугольной стойки рассчитывается на изгиб от действия сосредоточенной нагрузки в середине ее пролета.

Болтовые соединения элементов решетки с двухбрусчатыми стойками рассчитываются на усилия в этих элементах как двух- срезные,

работающие симметрично под углом к волокнам древесины поясов. Болты стальных накладок стержней решетки рассчитываются как двухсрезные, симметрично работающие вдоль волокон древесины. Болт крепления этих иакладок к одно- брусчатому поясу рассчитывается на разность усилий в примыка­ющих к узлу панелях пояса. Болтовое соединение поясов треу­гольной стойки в верхнем узле работает и рассчитывается как односрезное несимметричное, работающее под углом к волокнам древесины.

Опорные крепления стойки к фундаменту рассчитывается на действие максимальных растягивающих усилий в поясах, примы­кающих к опорам. При двухбрусчатых поясах определяется требуемое число

двухсрезных симметрично работающих болтов, крепящих прокладку к брусьям пояса. Уголковая траверза, опирающаяся на прокладку, рассчитывается на изгиб как балка, опирающаяся на гайки анкерных тяжей и нагруженная реактив­ным давлением торца прокладки. Однобрусчатые пояса могут крепиться к фундаменту с помощью стальных башмаков, болтов и анкеров.

Лекция 9 Стойки.doc

Лекция №9

Деревянные стойки.

Нагрузки воспринимаемые плоскими несущими конструкциями покрытия (балки, арки покрытия, фермы), передаются на фундамент через стойки или колонны.

В зданиях с деревянными несущими конструкциями покрытия целесообразно применять деревянные стойки, хотя иногда возникает необходимость установки железобетонные или металлические колонны.

Деревянные стойки являются сжатыми или сжато-изгибаемыми несущими конструкциями, опирающимися на фундаменты. Их применяют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытие или перекрытие, в виде стоек подкосных систем, в виде жестко заделанных стоек однопролетных или многопролетных рам.

По конструкции их можно подразделить на стойки клееные и стойки из цельных элементов.

Клееные стойки

Дощатоклееные и клеефанерные стойки являются элементами заводского изготовления.

^ Рисунок 1 - Дощатоклееные стойки

а) постоянного прямоугольного и квадратного сечения ;

б) переменного прямоугольного сечения

^ Рисунок 2 - Клеефанерные стойки

Клееные стойки могут иметь больше поперечное сечение и высоту до 8-10 м. Для их изготовления используют древесину 2 и 3 сортов. Достоинства таких стоек состоят в их индустриальности, простоте транспортирования и монтажа.

Стойки из цельных элементов

Подразделяются на следующие виды:

1. 
   в виде одиночного бруса или бревна

^ Рисунок 3 - Стойки из одиночных бревен и брусьев

Такие стойки обладают сравнительно небольшой несущей способностью. Их высота и размер поперечного сечения ограничено сортаментом лесоматериалов.

В этих стойках применяют обычно шарнирное опирание на фундамент.

1. 
   Стойки в виде элементов составного сечения набранного из двух или нескольких брусьев, досок или бревен, соединенных болтами или другими податливыми связями

^ Рисунок 4 – Составные брусчатые стойки

а) сплошная; б) сквозная с прокладками; 1 – брусья; 2 – болты; 3 - прокладки

^ Рисунок 5 – Составная стойка из досок

Стойки составного сечения так же имеют высоту, ограниченную сортаментом, однако, их несущая способность может существенно выше по сравнению со стойками из одиночного сечения.

Соединения, применяемые для сплачивания этих стоек (болты, гвозди, шпонки) являются податливыми, что увеличивает гибкость стоек и должно быть учтено при расчете.

Решетчатые стойки

Применяют чаще всего как сжато-изогнутые стойки рам. Они могут быть с параллельными поясами или с одним наклонным поясом. Разновидностью последней являются треугольные стойки.

^ Рисунок 6 – Решетчатые стойки

а) прямоугольная; б) треугольная

Элементы решетчатых стоек соединяются в узлах на болтах.

^ Рисунок 7 – Сечение решетчатой стойки

а) пояса из двух ветвей, решетка из одного; б) пояса и решетка из одной ветви

Если решетка выполнена из одной ветви, а пояса – из двух (рис. 7а), то решетка пропускается между ветвями поясов и крепится непосредственно к последним. Если пояса и решетка выполняются одноветвевыми (рис. 7б), то соединение элементов решетки с поясами выполняется встык, и узлы конструируются со стальными накладками на болтах.

Стойки с параллельными поясами могут быть ступенчатыми. В этом случае на более высокий наружный пояс опираются несущие конструкции покрытия, а на внутренний – подкрановые балки.

Расчет стоек

Вычисление усилий в стойках производят с учетом приложенных к стойке нагрузок.

^ Средние стойки

Средние стойки каркаса здания работают и рассчитываются как центрально сжатые элементы на действие наибольшего сжимающего усилия N от собственного веса всех конструкций покрытия (G) и снеговой нагрузки и снеговой нагрузки (Рсн ).

^ Рисунок 8 – Нагрузки на среднюю стойку

Расчет центрально сжатых средних стоек производят:

А) на прочность

Где - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

Площадь нетто поперечного сечения элемента;

Б) на устойчивость

,

Где – коэффициент продольного изгиба;

– расчетная площадь поперечного сечения элемента;

Нагрузки собираются с площади покрытия по плану, приходящейся на одну среднюю стойку ().

^ Рисунок 9 – Грузовые площади средней и крайней колонн

Крайние стойки

Крайняя стойка находится под действием продольных по отношению к оси стойки нагрузок (G и Рсн ), которые собираются с площади и поперечных , и Х. Кроме этого от действия ветра возникает продольная сила .

^ Рисунок 10 – Нагрузки на крайнюю стойку

G – нагрузка от собственного веса конструкций покрытия;

Х – горизонтальная сосредоточенная сила, приложенная в точке примыкания ригеля к стойке.

В случае жесткой заделки стоек для однопролетной рамы:

^ Рисунок 11 – Схема нагрузок при жестком защемлении стоек в фундаменте

Где - горизонтальные ветровые нагрузки соответственно от ветра слева и справа, приложенные к стойке в месте примыкания к ней ригеля.

Где - высота опорного сечения ригеля или балки.

Влияние сил будет существенно, если ригель на опоре имеет значительную высоту.

В случае шарнирного опирания стойки на фундамент для однопролетной рамы:

^ Рисунок 12 – Схема нагрузок при шарнирном опирании стоек на фундаменте

Для многопролетных рамных конструкций при ветре слева p 2 и w 2 , а при ветре справа p 1 и w 2 будут равны нулю.

Крайние стойки рассчитываются как сжато-изгибаемые элементы. Значения продольной силы N и изгибающего момента M принимаются для такого сочетания нагрузок, при котором возникают наибольшие сжимающие напряжения.

1) 0.9(G + P c + ветер слева)

2) 0.9(G + P c + ветер справа)

Для стойки, входящей в состав рамы, максимальный изгибающий момент берут как max из вычисленных для случая ветра слева М л и справа М пр:

,

Где е – эксцентриситет приложения продольной силы N, которая включает наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок G, P c , P b – каждая со своим знаком.

Эксцентриситет для стоек с постоянной высотой сечения равен нулю (е = 0), а для стоек с переменной высотой сечения берется как разность между геометрической осью опорного сечения и осью приложения продольной силы.

Расчет сжато – изогнутых крайних стоек производится:

А) на прочность:

Б) на устойчивость плоской формы изгиба при отсутствии закрепления или при расчетной длине между точками закрепления l p > 70b 2 /n по формуле:

Геометрические характеристики, входящие в формулы, вычисляются в опорном сечении. Из плоскости рамы стойки рассчитывают как центрально сжатый элемент.

^ Расчет сжатых и сжато-изогнутых составного сечения производится по приведенным выше формулам, однако при вычислении коэффициентов φ и ξ в этих формулах учитывается увеличение гибкости стойки за счет податливости связей, соединяющих ветви. Эта увеличенная гибкость названа приведенной гибкостью λ n .

^ Расчет решетчатых стоек можно свести к расчету ферм. При этом ветровая равномерно распределенная нагрузка сводится к сосредоточенным грузам в узлах фермы. Считается, что вертикальные силы G, P c , P b воспринимаются только поясами стойки.

Узлы стоек

В верхнем узле, где на стойку опирается несущая конструкция покрытия, стойка испытывает смятие вдоль волокон.

^ Рисунок 13 – Узел опирания балки на стойку

Этот узел имеет однотипное решение для стоек различных видов.

Опорный узел

Для стоек из цельных элементов и для клееных стоек, работающих на сжатие, опорный узел решается простым упором стойки в стальной башмак, который прикреплен к фундаменту анкерными болтами. Стойки крепят к башмаку болтами, диаметр и число которых определяется по конструктивным соображениям.

В сжато-изгибаемых жестко заделанных стойках узел может быть осуществлен в виде анкерных столиков, прикрепленных к стойке болтами.

Узел воспринимает продольную силу N и изгибающий момент М.

^ Рисунок 14 – Узел опирания стойки на фундамент

Расчет опорного крепления производят при сочетании нагрузок, вызывающих наибольшее растягивающее усилие N р в крепежных элементах:

Где N и M продольная сила и изгибающий момент в опорном сечении

Учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы,

Е – плечо сил N р и N е.

По наибольшему значению N р вычисляют число анкерных болтов, располагаемых с одной стороны стойки.

Сила N воспринимается смятием стойки вдоль волокон.

Из распорных плоскостных сквозных деревянных кон­струкций наиболее широко используют арки. За рубе­жом ограниченное применение находят распорные си­стемы треугольного очертания, составленные из ферм с параллельными поясами из цельной или клееной древе­сины, а также сквозные решетчатые трехшарнирные рамы.

При отсутствии базы для производства клееных дере­вянных конструкций или других причин, ограничиваю­щих возможности применения клееных арок, их заменя­ют достаточно индустриальными сквозными арочными конструкциями, наиболее распространенными из которых можно считать трехшарнирные арки из брусчатых ферм.

Распор в таких арках может восприниматься метал-лической затяжкой или непосредственно фундаментами.

Рис. 1. Трехшарнирная арка пролетом 26 м из брусчатых ферм

Пролеты, перекрываемые такими арками, 20 - 40 м. Сое­динения элементов верхних поясов и прикрепления реше­ток в фермах, составляющих арку, выполняют аналогич­но узлам брусчатых ферм. Принципиальным отличием ферм, составляющих сквозные арки, от обычных ферм является то, что в первом случае нижний пояс фермы может работать на сжатие, в то время как во втором нижний пояс всегда работает на растяжение. Вследствие возможности появления в нижнем поясе усилий сжатия необходимо обеспечить устойчивость его из плоскости фермы. Она обеспечивается постановкой вертикальных связей в плоскости стоек, расстояние между связями принимают обычно равным удвоенной длине панели ниж­него пояса.

Отличительной особенностью расчета сквозных арок является необходимость определения усилий в элемен­тах арки при расположении временной нагрузки - снега не только на всем пролете и его половине, но также на четверти и на трех четвертях пролета, поскольку в этих случаях обычно получаются максимальные усилия в эле­ментах решетки арки.

Решетчатые стойки

Решетчатые стойки применяют для придания зда­нию поперечной устойчивости, а также в конструкциях торцовых стен. Решетчатые стойки состоят из двух вет­вей, каждая из которых крепится к фундаменту анкер­ными болтами. Стойки воспринимают вертикальные (вес конструкций покрытия, кровли и т. д.) и горизонтальные (от давления ветра и сил торможения крановой тележ­ки) нагрузки.

Вкапитальных зданиях и сооружениях обычно при­меняют решетчатые стойки с параллельными ветвями (рис. 2, 6) или при наличии мостового крана сту­пенчатого очертания (рис. 2,a) с размещением их внутри здания. Ранее применялись решетчатые стойки треугольного очертания, которые располагались в вида контрфорсов снаружи здания. Отношение расстояния между центрами ветвей в основании решетчатой стойки к ее высоте рекомендуется применять в пределах 1/5 - 1/8.

Рис. 2. Типы решетчатых стоек:

а-с краном; б-без крана.

Каждая ветвь решетчатой стойки может состоять из одного или двух брусьев, составленных в направлении, нормальном к плоскости стойки. При одиночном сечении ветви применяют двойную решетку, охватывающую вет­ви с обеих сторон. Узлы стоек конструируют обычно с внецентренным присоединением элементов решетки к ветвям на болтах. Стойки закрепляют в фундаменты с помощью металлических анкеров из полосовой или круг­лой стали. Конструкция решетчатой стойки высотой 9,24 м приведена на рис. 3.

Стойки рассчитывают на вертикальную и горизон­тальную нагрузки. При расчете на вертикальную нагруз­ку можно считать (пренебрегая продольными деформа­циями ветвей стойки), что нагрузка, приложенная к од­ной ветви, передается непосредственно этой ветвью на фундамент, не вызывая усилии во второй ветви стоики.

Рис.3. Решетчатая стойка высотой 9,24 м

Две стойки, связанные поверху несущей конструкци­ей кровельного покрытия, образуют поперечную раму здания (см. рис. 2, б). В деревянных рамах связь ригелей со стойкой, как правило, принимается шарнир­ной, вследствие чего вертикальная нагрузка, изгибающая ригель, не вызывает в стойках изгибающих моментов. Вследствие этого, при расчете на горизонтальную нагруз­ку следует учитывать взаимную связь стоек с ригелем, решая в общем случае однажды статически неопредели­мую раму, состоящую из двух закрепленных в основа­нии стоек, связанных поверху шарнирно присоединен­ным ригелем.

При определении усилий в элементах решетчатой стойки от действия горизонтальных нагрузок ее рассмат­ривают как консольную ферму, защемленную в фунда­менте. Учитывая значительное расстояние между осями ветвей и обычно одинаковое их сечение, расчет можно вести по формуле

где F нт - площадь нетто сечения одной ветви стойки; N - усилие в нижнем сечении одной ветви стойки ог вертикальной нагрузки; N М = M / h 0 - сжимающее усилие от горизонтальных нагрузок, вызы­вающих изгибающий момент М y основания стойки.

Расчетную длину стойки при определении ее гибко­сти и коэффициента  принимают равной удвоенной дей­ствительной длине (как для консоли).

Податливость связей, соединяющих решетку с ветвя­ми стоек, учитывают введением при вычислении коэффи­циента  приведенной гибкости  пр, считая гибкость от­дельной ветви  1 = 0. Число срезов связей n c (болтов, гвоздей) на один м длины стойки определяют делением числа срезов в узле на длину панели стойки.

Устойчивость отдельной ветви стойки проверяют по формуле

где  i - коэффициент продольного изгиба, определяемый по расчет­ной длине l 1 , равной расстоянию между узлами стойки; F бр - пло­щадь брутто сечения ветви; W бр - момент сопротивления брутто се­чения ветви; М Д = М /  - изгибающий момент в стойке, определяемый по деформированной схеме; М - изгибающий момент у основания стойки .

Расчет элементов стойки из плоскости рамы произ­водят без учета изгибающего момента М, отдельно для каждой ветви стойки по расчетной длине, равной рас­стоянию между пространственными связями, раскрепля­ющими ветви. Если сечение ветви составное, то расчет ведут как для составного центрально-сжатого стержня. Усилия в элементах решетки определяют как в ферме с последующим делением на коэффициент . Анкеры рас­считывают по максимальному растягивающему усилию в ветвях стойки при действии постоянной вертикальной минимально возможной и максимальной горизонтальной нагрузок.

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

В.А. Танаев

ДЕРЕВЯННЫЕ РЕШЕТЧАТЫЕ СТОЙКИ

2-е издание, дополненное и исправленное

в качестве учебного пособия

Хабаровск Издательство ДВГУПС

УДК 624.011.1 (075.8)

ББК Н 55 я73

Рецензенты:

Кафедра «Строительные конструкции» Тихоокеанского государственного университета (заведующий кафедрой кандидат технических наук,

доцент Н. Е. Медведев)

Главный инженер Хабаровского проектно-изыскательского института «Дальжелдорпроект» – филиала ОАО «Росжелдорпроект»

В. И. Ерошенко

Танаев, В.А.

Т 180 Деревянные решетчатые стойки: учеб. пособие / В.А. Танаев. – 2-е изд., доп. и испр. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2012. – 74 с. : ил.

Рассмотрены типы конструкций и принципы проектирования деревянных решетчатых стоек в составе каркаса одноэтажного производственного здания. Основное внимание уделено методике компоновки каркаса, сбору нагрузки и расчету конструкций. Приведен пример проектирования деревянных конструкций поперечной рамы, включая покрытие, ферму, ступенчатую стойку.

Предназначено студентам всех форм обучения, выполняющим курсовой проект по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс».

УДК 624.011.1(075.8)

ББК Н 55 я 73

© ДВГУПС, 2006, 2012

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ВВЕДЕНИЕ

Среди других видов составных стоек деревянные решетчатые стойки обладают наибольшей несущей способностью и могут применяться в качестве опорных конструкций в пролётах зданий и мостовых кранов грузоподъёмностью до 10 т.

Деревянные решетчатые стойки относятся к конструкциям построечного изготовления, которые оказываются эффективными там, где древесина является местным строительным материалом.

На Дальнем Востоке во многих районах древесина является местным строительным материалом, а строительные объекты расположены в удалении от индустриальных центров, где затруднена перевозка заводской продукции.

Поэтому возможность построечного изготовления строительных конструкций из дерева здесь является преимуществом по сравнению с конструкциями заводского изготовления из железобетона, стали или клееной древесины. Особенно это проявляется при строительстве временных и вспомогательных производственных объектов.

Отсюда следует необходимость изучения в курсе «Конструкций из дерева и пластмасс» особенностей компоновки составных решетчатых стоек и их расчётных схем, методики проектирования.

Учебное пособие состоит из двух частей.

В части 1 рассмотрены конструкции решетчатых стоек, методика их расчёта со сбором нагрузок и определением расчётных сочетаний усилий. Подробно рассмотрены расчётные схемы ступенчатой решетчатой стойки для её надкрановой и подкрановой частей и методика подбора поперечных сечений стойки.

В части 2 рассмотрен числовой пример проектирования конструкций одноэтажного производственного здания с мостовыми кранами, включая компоновку поперечной рамы, расчёты несущих конструкций покрытия в виде настила и прогона кровли, стропильной металлодеревянной фермы с подбором сечений поясов и решётки, разработкой узлов фермы, а также расчётом деревянной решетчатой стойки поперечной рамы и элементов её крепления к фундаменту.

При расчёте стропильной фермы используется ПЭВМ.

Все расчёты выполнены с соблюдением международной системы единиц СИ.

В приложении к учебному пособию приведены чертежи со спецификациями материалов крайней стойки, а также двух вариантов промежуточной решетчатой стойки со сквозной и качающейся шатровыми ветвями, сортамент пиломатериалов и геометрические характеристики поперечных сечений круглого лесоматериала.

Изучив учебное пособие, студент имеет возможность самостоятельно освоить проектирование деревянных конструкций, пользуясь литературой, указанной в прилагаемом библиографическом списке.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ЧАСТЬ 1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕШЕТЧАТЫХ СТОЕК

1. КОНСТРУКЦИИ РЕШЕТЧАТЫХ СТОЕК

Решетчатые стойки применяются в составе рам для обеспечения их поперечной устойчивости и жёсткости, а также в торцевых стенах зданий

В капитальных зданиях стойки располагаются внутри здания. В виде контрфорсов треугольного очертания решетчатые стойки устанавливаются снаружи здания.

Ветви стоек состоят из одного или двух окантованных брёвен или брусьев и соединяются между собой брусками решётки на болтах. Угол наклона решётки к горизонту принимается в пределах 45….55°. Стойки воспринимают вертикальную нагрузку от покрытия, снега и кранов, а также горизонтальную – ветровую и торможение тележек кранов. Вверху стойки шарнирно соединяются с фермами или балками покрытия. Фермы (балки) покрытия устанавливаются на опорные брусья и закрепляются с боков накладками (рис. 2, а ), или уголками на болтах (рис. 3). К фундаментам стойки крепятся жёстко при помощи конструкции, состоящей из анкерных болтов, траверс и прокладок (рис. 2,б ).

Поперечная конструкция каркаса с решетчатыми стойками представляет собой раму с жёсткими узлами внизу и шарнирным креплением к ригелю. В зданиях с мостовыми кранами нижняя часть решетчатых стоек конструируется из двух (рис. 4, а , б , в ) или трёх ветвей (рис. 4,г ) и решётки, соединяющей крайние ветви стойки.

Надкрановая часть стойки состоит из одной ветви, которая является продолжением нижней ветви и вместе с ней образует сквозную шатровую ветвь (рис. 4, а , в , г ).

В промежуточных стойках надкрановая часть может быть также в виде самостоятельной качающейся стойки, которая опирается на траверсу решетчатой части (рис. 4, б и прил. 4).

По расходу древесины стойки с качающимися ветвями на 20 % экономичнее стоек, имеющих сквозные шатровые ветви. Однако они несколько сложнее по условиям монтажа.

Верхние ветви в виде качающихся стоек целесообразно применять тогда, когда высота их в 1,5…2 раза больше высоты верхних ветвей крайних стоек (например, при уклоне односкатной к средней стойке кровли, равном 1: 5). В этих случаях поперечная жёсткость рамы мало зависит от схемы закрепления верхней ветви промежуточной стойки, и поэтому могут применяться обе конструктивные схемы промежуточной стойки.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 1. Решетчатые стойки в составе поперечных рам

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 2. Конструкция стойки в зданиях без кранов с опиранием балки покрытия на одну ветвь стойки: а – общий вид;б – узел крепления к фундаменту;1 – дощатоклееная балка;2 – опорный брус;3 – накладка;4 – траверса;5 – анкерные болты;6 – гидроизоляция

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 3. Конструкция стойки в зданиях без кранов с опиранием фермы покрытия на две ветви стойки: 1 – ферма;2 – продольный (опорный) брус;3 – траверса;4 – анкерные болты;5 – прокладка;6 – гидроизоляция

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

com.pdffactory.www version trial Pro pdfFactory with

Рис. 4. Конструкции стоек в зданиях с кранами: а , б – крайние стойки рамы;в , г – промежуточные стойки рамы;1 – шатровая ветвь;2 – подкрановая ветвь;3 – качающаяся стойка;4 – сквозная шатровая ветвь;5 – траверса

При одинаковой высоте надкрановых ветвей крайних и промежуточных стоек поперечная жёсткость рамы при работе на ветровую нагрузку в большей мере зависит от жёсткости верхних ветвей средних колонн. В этом случае применение качающейся стойки нецелесообразно.

Размеры сечения решетчатых стоек определяются соотношением между пролётом здания и пролётом мостового крана, а также жёсткостью поперечной рамы. Из условия жёсткости рекомендуется принимать отношение ширины h 0 к высоте подкрановой ветви, равной 1/5….1/8 для стоек с параллельными ветвями и 1/4…1/6 – для контрфорсов треугольного очертания. Подкрановые ветви стоек обычно располагаются по оси подкрановых путей.

Ветви решетчатых стоек конструируются из двух брёвен диаметром 200…240 мм, окантованных с двух или четырёх сторон и раздвинутых на толщину решётки (100…120 мм). Элементы решётки конструируются из брусков шириной 150 мм.

Соединение решётки с ветвями осуществляется на болтах диаметром 20…25 мм. Расстояние между болтами по длине ветви рекомендуется назначать не более 7 толщин брёвен. В этом случае при расчёте гибкость ветви принимается равной λ y 0 = 0 . Раскосы решётки не крепят-

ся к шатровой ветви (рис. 4, г ). Вертикальная нагрузка от покрытия передаётся этой ветвью непосредственно на фундамент.

Стыки наружных ветвей крайних стоек располагаются в любой панели решетчатой части, кроме верхней. В сквозной шатровой ветви промежуточных стоек в целях более жёсткого защемления ветви стык следует располагать в пределах нижней половины решетчатой части стойки.

Продольная жёсткость каркаса здания обеспечивается установкой между крайними колоннами по длине здания вертикальных крестовых связей в виде раскосов из круглой стали с деревянными распорками.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЁТА РЕШЕТЧАТЫХ СТОЕК

При определении усилий в стойке от вертикальной нагрузки можно считать (пренебрегая продольными деформациями ветвей стойки), что нагрузка, приложенная к одной ветви, передаётся непосредственно этой ветвью на фундамент, не вызывая (через решётку) усилий во второй ветви стойки.

В приближённом расчёте ступенчатых решетчатых стоек принимают, что горизонтальные нагрузки от ветра и торможения, приложенные к нижней (решетчатой) части стойки, не вызывают усилий в верхней оди-

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ночной стойке. Поэтому верхнюю часть стоек с ригелем принято рассчитывать на ветровые нагрузки как самостоятельную раму с защемлёнными стойками постоянного сечения (рис. 5, б ) .

Рис. 5. Расчётные схемы ступенчатых решетчатых стоек: а – исходная схема поперечной рамы;б – расчётная схема надкрановой части рамы на действие ветра и торможения;в – расчётные схемы подкрановых решетчатых стоек

При определении усилий в нижней решетчатой части стойки её рассматривают как консольную ферму, защемлённую в фундаменте и загруженную усилиями от верхней части стоек, а также непосредственно к ней приложенными нагрузками (рис. 5, в ).

При определении крановых нагрузок, действующих на решетчатую часть, считаем, что брусья подкрановой ветви, соединённые между собой болтами с прокладками, работают совместно. Поэтому вертикальное давление D max и горизонтальное тормозное усилиеT max считаем приложенными к центру тяжести сечения ветви.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com