|
| |
  |
Перейти на главную Журналы  Рнс. 62. Металлодеревянная структура: й -САема; б -узлы; / - верхний пояс; 2 -раскосы; 3 - башмак верхних узлов; 4 стойки; 5 - нижний пояс; 6 - башмак нижних узлов образуют различные по форме ячейки. Поясные сетки связываются между собой пространственно-расположенными элементами, образуя жесткую пространственную конструкцию. Структурные конструкции широко применяются благодаря про-странственности работы, снижению строительной высоты, унификации стержней и узлов, индустриальности изготовления, сборно-разборности и т.п. Вместе с тем деревянные и пластмассовые структуры вследствие малых размеров сечений элементов обладают малой огнестойкостью. В последнее время создано много различных видов структур. Здесь приведены только те, которые обладают значительными преимуществами перед остальными. Металлодеревянная структура, ъкотоо верхняя сетка и раскосы между сетками состоят из деревянных брусков, а нижняя    Рис 63 Сплошностенчатая структура нз балок с волнистой фанерной стенкой; а-общий вид; б - узел; / -пояса нз брусков; 2 - балка с фанерной стенкой; 3 - та-рельчатая шайба; 4 - стяжной болт Рис. 64. Металлодеревянная ортогональная сборно-разборная структура: а -схема; б - узлы; /-плита покрытия; 2 - стойки; 3 - раскосы; 4 - элементы нижнего пояса; 5 - башмак     Рис. 65. Структура из пластмассовых пирамидальных элементов: а -схема; б - узлы; / - пира, мидальный элемент; 2 - сталь. ные ТЯЖИ; .? -утолщение в ви. де пояса: 4-болты; 5-башмак)" 5 -шайба; 7 - пористая резина сетка и стойки - из стальных тяжей. Узловые соединения деревянных сжатых элементов выполняют в виде лобовых упоров, стальные тяжи крепят к сварным башмакам (рис. 62). Деревянная ортогональная структура скомпонована из наклонно установленных фанерных балок с плоской или волнистой стенкой, объединенных по верхним и нилшим поясам перпендикулярно расположенными связями из брусьев. Пояса балок со связью в месте пересечения соединяют стальными шайбами, расположенными сверху и снизу (рис. 63). Металлодеревянное структурное покрытие состоит из верхнего и нижнего поясов и решетки. Верхними поясами служат фанерные плиты с деревянным каркасом. Нижний пояс и раскосы как растянутые элементы выполнены из круглой стали, а сжатые стойки - из дерева. Элементы в узлах крепят с помощью стальных деталей (рис. 64). Структурная конструкция с применением пластмасс [1] состоит из пирамидальных или седловидных стеклопластиковых элементов, связанных в уровне нижней сетки болтами, а вершины пирамид соединены мелсду собой металлическими тяжами (рис. 65). Структурные конструкции как системы многократно статически неопределимые рассчитывают по дискретной модели с использованием ЭВА\ по программам, реализующим метод конечных элементов, например «Супер», «Лира». Пример 7. Купол покрытия Спроектировать и рассчитать несущие конструкции покрытия над зданием цирка в Туле с температурно-влажностными условиями эксплуатации А1. Здание в плане имеет форму шестнадцатигранного многоугольника с диаметром описанного круга D„= 30 м. Ограждающие конструкции покрытия- фанерные плиты трапециевидной формы с деревянным каркасом. Класс ответственности здания 1, Y„= 1- Материалы элементов купола - древесина, сосна 2-го сорта с влажностью 9 % (ГОСТ 8486-86 Е), сталь ВстЗпс 6-1 (ТУ 14-1-3023-80). Выбор конструктивной схемы. Купол покрытия проектируем ребристым, состоящим из арок кругового очертания и поперечных связей. Верхнее кольцо стальное, нижнее - железобетонное (рис. 57, а). Ребра купола выполняем клееными. Каждая пара ребер образует трехшарнирную арку. Геометрические характеристики купола. Расстояние между осями ребер по нижнему кольцу В = пО/т = 3,14 - 30/16 = 5,89 м. Стрела подъема арки / = D/6 = 30/6 = 5 м. Радиус кривизны оси арки R = Dg/ (8/) + 2 = = 30V(8 • 5) + 5/2 = 25 м. Центральный угол: sin ф/2 = Dj{2R) = = 30 /(2 - 25) = 0,6; ф = 72 °44. Длина дуги арки s = 2я/?ф / 360 °= 2 X X 3,14 - 25 • 73 =447360°= 32,16 м. Статический расчет арки. Постоянную нагрузку от покрытия вычисляем в табл. 55. Таблица 55. Нагрузки от покрытия
Снеговая нагрузка [20]: s„ = 1 кН/м, распределенная по всему куполу; (Xj = (8/) = 30/(8 5) = О 75; с учетом сдувания ветром [13] Xi = 0,75 (0,85- - О,1у) = 0,75 (0,85 -0,1 -5) =0,262; неравномерная нагрузка на одной сто- роне купола (наибольшая ордината над опорой арки) 1X2 = 0(0/2/ sin Р = = 2,4(). 1 = 2,4 (прил. 12); при g«/So = 0,44/1 = 0,44, Y/=1.6; Pi = 1 X X 0,262 - 1,6 = 0,418 кН/м2; = 1 2,4 - 1,6 = 3,84 кН/м. Нагрузку от собственного веса ребер определяем по формуле (1): 0,44 + 3,84/2 = 0,322 кН/м2; : 0,322 - 1,1 = 0,36 кН/м. Sc. в - 1000/(4 . 30)- Наибольшие ординаты треугольной нагрузки: g = (0,52 + 0,36) X X 5,89 - 32,16/30 = 5,52 кН/м; р= 0,418 - 5,89 = 2,46 кН/м; 3,84Х X 5,89 = 22,62 кН/м. Опорные реакции и усилия в арке купола определяем по табл. 2 (прил. 1U) при следующих сочетаниях нагрузок: а) постоянная g и снеговая рх по всему пролету арки; б) постоянная g по всему пролету и снеговая р на половине пролета; в) постоянная g по всему пролету и снеговая р на половине пролета. Сочетание «а*: Уд= = 5,52 • 30/4 = 41,4 кН; = 5,52-302/(24.5)= = 41,4 кН; VJp = Vbp = 2,46 • 30/4 = 18,45 кН; = 2,46 • 302/(24 • 5) = = 18,45 кН; 1/gp = 41,4 + 18,45 = 59,85 кН; Я, 59,85 кН. При х = = 0,2г /V-lg, =0,005 (5,52 + 2,46) . 302 = 35,91 кН-м. Сочетание « Ag= Bg 1в=41,4 кН; Я„=41,4кН; 1/ = 5-2,46 х X 30/24 = 15,38 кН; Увр = 2,46 • 30/24 = 3,08 кН; = 2,46 • 302/(48-5)= ..... " " ""g+p =0,005 . 5,52 . 302 -1-0,0105 . 2,46 . 30 = :9,23 кН. При х = 0,2г = 48,09 кН.м. Сочетание «в»: Vj = V= 41,4 кН; = 41,4 кН; 1„ = 5 . 22,62 х X 30/24 = 141,38 кН; Igp = 22,62-30/24 = 28,28 кН; = 22,62.302/(48.5)= = 84,82 кН. При X = 0,2г Л1 р = 0,005 - 5,52 - 30 + 0,0105 - 22,52 - 302 = 238,6 кН-м; при х = 0,75 /И =0,0044 - 5,52 • 302 - 0,0056-22,62-302 = = -92,15 кН-м. Расчетным будет сочетание «в», при котором изгибающие моменты наибольшие. Для этого сочетания нагрузок вычисляем нормальные и поперечные силы. В опорном шарнире: х = 0; (/ = 0; фо== ф/2= 36°52; sin фо= 0,6; cos фо= 0,8. По формулам (90) определяем Ло= (41,4 + 141,38) - 0,6 + + (41,4 + 84,82) • 0,8= 210,65 кН; Qo= (41,4 + 141,38) - 0,8 ~ (41,4+ + 84,82) • 0,6=70,49 кН. В сечении с наибольшими изгибающими моментами при «2= 0,2 / = = 0,2 • 30 = 6 м, г/2= 0,665 / = 0,665 • 5 = 3,325 м, sin ф2= 0,36, cos ф = = О,933 5,52 + 3,31 22,62+ 13,57 9 + 141,do --5- 41,4- при хз = 0,75/= 0,75 - 30= 22,5 cos фз = 0,954 + {41,4 + 84,82) . 0,933 = 175,45 кН; м, (/з = 0,77 5 = 3,85 0,36 + sin Фз = 0,3, /Уз = 41,4 - 5,52 + 2,76 + 28,281 -0,3+ (41,4 +84,82) - 0,954 = 140,09 кН. . В ключевом шарнире С: Л= Я = 41,4 + 84,82 = 126,22 кН; Q ,,= - Kg = = -28,2Я кН. Конструктивный расчет. Высота сечения h = 1/35 = 3000/35 = 85, 7 см с учетом компоновки сечения из досок толщиной 3,3 см /г = 3,3 • 27 = = 89,1 см (табл. 54); b = 18 см (из монтажных условий в 1.1). Геометрические характеристики поперечного сечения: F = 18 • 89,1 = 1604 см: Г = 18 • 89,12/6 = 23816 см; S = 18 - 89,12/8 = 17862 см! о = 175,45/1604 + 26629/23816 = /= 18 • 89,Р/12 = 1061022 см* = 1,227кН/ см2= 12,27 МПа < Rmm = 15 • 875 - 1 = 13,12 МПа, где 1 = 0,58 • 3 2,17 / (0,289 • 89,1) = 72,44; ф = 3000/72,442 = 0,572; 126,22 = - 1,312.0,572. 1604 --0.104 =-0.896 (формула (23)); /Ид = 23860/0,896 = 26629 кН-м (формула (22)). Прочность сечения на опоре по касательным напряжениям определяем по формуле (24): 70,49 • 17862 1061022 где g = 1 - o;572.i;312Ti604 18 . 0,825 210.65 = 0,08 кН/см2 = 0,825. :0,8 МПа<Яек== 1,5 МПа, Устойчивость плоской формы деформирования обеспечиваем постановкой поперечных связей по верхней кромке арок через 300 см. При сочетаниях нагрузок «а» и «б» верхняя кромка левой и правой полуарок будет сжата, а при сочетании «в» верхняя кромка левой полуарки сжата, а правой -• растянута. Проверяем по формуле (26) для сочетания «в»: в левой полуарке 175.45 / J6629 V 0 242 <I 0,91 1604 •1,312+\2,19-23816- 1,312 / -U.4<. где Фл1= 140 - 182 - 1,13/(300 - 89,1 - 0,875 • 1) = 2,19; = 3000/(0.289 • 18)= = 57,7; фу = 3000/57,72 = 0,91; (=1-для постоянного по длине арки поперечного сечения; niv = nM= Ь поскольку растянутая кромка арки не раскреплена связями; в правой полуарке 140.09 , 0284,6 0,031 - 27,29 1604 - 1,312+-0,409 - 3,558 - 23816 - 1,312 " где Мд= 9215/0,896 = 10284,6 кН - см; Ху (s/2) / (0,289 Ь) = 1608 / (0,289 X X 18) = 309; ф(,= 3000/3092= 0,031 (см. табл. 10). 14062& 140 . 182 . 1,13/(1608 . 89,1 .0,875) = 0,409 (формула (17)); (S/2) hm = 1 + [0,75 + 0,06 (1608/89,1)2 + 0,6 • 0,646 . 1608/89,1 - 1] - 1 =27,29 (формула (27)); /д = 1 + [0,142 - 1608/89,1 + 1,76 - 89,1/1608 + 1,4 • 0,646 - - 1] - 1 = 3,558 (формула (18)). Арки купола в ключе опираем на многоугольное стальное кольцо. Диаметр описанного круга определяем из условия размещения опорных башмаков арок купола, габариты которых составляют около 30 см. Длина окружности кольца s = am = 30 • 16 = 480 см, откуда 0= 480/я = 153 см. Принимаем D = 160 см, а = 31,4 см (рис. 58). Проверяем кольцо на устойчивость по формуле (121): /4 . 3,14\2.06 10* 126,22 4 2 - 0,195 31,42 откуда 4 = 25,15 см*, где а = (180° - 22°30)/2 = 78°45; ( = 22°30 - центральный угол сектора кольца. Принимаем из условий опирания узла [№ 30 с 4= (ГОСТ 8240-72 *). Узлы опирания арок принимаем по рис. 35. = 360716 322,51 Глава X КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ 10.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ При возведении каркасных зданий и сооружений применение древесины ограничивалось из-за размеров поперечных сечений элементов и сложности их соединения. Поэтому здания возводились одноэтажными, а сооружения, например башни,- небольшой высоты. С появлением клееной древесины и изготовлением в заводских условиях конструкций необходимых размеров как по сечению, так и по длине значительно расширилась возможность создания зданий и сооружений с большими пролетами и высотой. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
