КР. Раздел 4. Проектирование ригеля поперечной рамы

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»
для профиля «Промышленное и гражданское строительство»
Раздел 4. Проектирование ригеля поперечной рамы (двускатная
дощатоклееная неармированная балка)
4.1. Конструирование балки
В качестве ригеля поперечной рамы принята двускатная дощатоклееная
балка.
Рис.4.1 – Основные параметры балки
Предварительно размеры сечений балки определены в разделе 2
«Компоновка каркаса».
Для конструирования сечений клееных из пакета досок следует:
1) Предварительно назначить ширину сечения балки – b из условия
устойчивости балки (учитывая, что длина расчетного участка, равная
расстоянию между прогонами или ширине панели покрытия –
незначительна) или из условия минимального требуемого размера
площадки опирания вышележащих конструкций кровли (п.8.7 [1]).
2) Определить толщину слоя клееного элемента – слоя исходя из требований
п.7.7 [1].
3) Выбрать доску с подходящими размерами (bдоски и доски) из сортамента
пиломатериалов (ГОСТ 8486-86*).
4) Определить допуски на острожку (фрезерование) досок по пласти и фасада
клееного пакета (ГОСТ 7307-75).
5) Уточнить толщину слоя слоя и ширину сечения балки b с учетом размеров
выбранной доски и допусков на острожку.
6) Рассчитать необходимое количество слоев n для получения необходимой
высоты сечения h.
4-1
Примечание:
Рис.4.2 – Конструирование сечения клееного элемента из пакета досок
Перед склеиванием, но не ранее чем за 12 часов до склейки, доски строгают. Допуск на
острожку досок (толщина сострагиваемого слоя) зависит от породы и влажности
древесины, а также оборудования применяемого для фрезерования.
По пласти доски острожка с одной стороны составляет, как правило, 2…3 мм (см.
Справочные данные > Припуски на механическую обработку > Острожка пласти).
После склеивания досок в пакет строгают фасады пакета (боковые стороны сечения). Так
как при склеивании доски могли сместиться вправо или влево, допуски на острожку
фасадов (клееного пакета) имеют большее значение – 5…7,5 мм с одной стороны (см.
Справочные данные > Припуски на механическую обработку > Острожка клееного
пакета).
На чертежах сечения клееных элементов штрихуются. Направление штриховки
соответствует направлению расположению слоев в клееном элементе, расстояние между
линиями штриховки 2…3 мм.
Высота сечения клееного элемента на чертежах приводится, как показано на рис.4.2, с
указанием толщины слоя и количества слоев. Например, 33х30=990
4-2
4.2. Сбор нагрузок на ригель поперечной рамы
Таблица 4.1 – Нагрузки на ригель поперечной рамы
Нормативная
кН/м2
кН/м
Вид нагрузки
γf
Расчетная
кН/м2
кН/м
Постоянная:
1.Кровля
2.Собственный вес балки γ= кг/м3
ИТОГО:
Временная
1.Снеговая
ВСЕГО:
Распределенная нагрузка (кН/м2) от веса кровли берется из таблицы
уточненных нагрузок на кровлю (панель покрытия или кровля по прогонам).
Собственный вес балки рассчитывают по предварительно назначенным
размерам сечений:
- объем древесины находят умножением площади фасада балки на толщину
балки
V = [Lбалки∙hторц+ Lбалки/2∙(hср–hторц)]∙b (м3);
- умножив объем древесины на объемный вес древесины, находят вес балки
G (кН).
Разделив вес балки на грузовую площадь (площадь покрытия с которой
собирается нагрузка на одну балку) находят распределенную нагрузку на
балку
g = G/А = G/( Lбалки∙B) (кН/м2). B – шаг поперечных рам.
Погонную нагрузку на 1 м длины балки получают умножением
распределенной нагрузки (на 1 м2) на ширину грузовой полосы – шаг балок
(шаг поперечных рам В).
4.3. Статический расчет ригеля
Усилия в сечениях балки определяют обычными методами строительной
механики.
Расчетными сечениями, подлежащими проверке, являются сечения с
максимальными значениями нормальных и касательных напряжений.
Максимальные касательные напряжения действуют в опорном сечении
балки, высота опорного сечения балки
4-3
hоп= hср–i∙L/2
где i – уклон верхнего пояса балки,
L – расчетный пролет балки (по осям).
Максимальная поперечная сила Q = q∙L/2.
Рис.4.3 – Расчетная схема балки, эпюры изгибающего момента, поперечной силы и
нормальных напряжений
Так как и изгибающий момент M и момент сопротивления сечения W
непостоянны по длине балки, нормальные напряжения  имеют
максимальное значение не в середине пролета, а в сечении на расстоянии X
от опоры.
Положение сечения X вычисляют по формуле
Х=L/2∙hоп/hср,
Высота сечения балки в сечении X , равна
hх=hоп+ i∙X.
Изгибающий момент в сечении X равен
.
4-4
4.4. Подбор сечений балки
Для двускатной дощатоклееной балки должны быть выполнены следующие
проверки:
- прочность опорного сечения на действие максимальных касательных
напряжений (п.6.10 [1]);
- прочность сечения Х на действие максимальных нормальных напряжений
(п.6.9 [1]);
- проверка балки по допустимому прогибу (пп. 6.33 - 6.36 [1]);
- устойчивость плоской формы деформирования (п.6.14 [1]).
Рекомендуется следующий порядок подбора сечений.
1) По условию прочности на действие максимальных касательных
напряжений определяется необходимая высота опорного сечения при
предварительно назначенной ширине сечения
,
Rск – расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон при изгибе
клееных элементов.
Рис.4.4 – К определению статического момента сдвигаемой части сечения
2) По прочности на действие максимальных нормальных напряжений
рассчитывают высоту сечения X , определяя при этом уклон i верхнего
пояса балки.
Mx/Wx Rи,
Wx = b∙hx2/6,
Rи – расчетное сопротивление изгибу вдоль волокон с учетом всех
необходимых коэффициентов.
4-5
3) По максимально допустимому прогибу проверяется достаточность высоты
сечения в середине пролета, вычисленной по высоте опорного сечения и
уклону верхнего пояса определенным в предыдущих проверках
f/L  [f/L]
[f/L] – допустимый прогиб (табл. 16 [1]),
f0 – прогиб однопролетной шарнирно опертой балки
k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения;
с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной
силы;
Е – модуль упругости древесины при деформациях вдоль волокон.
4) Проверяется устойчивость плоской формы деформирования (п.4.14 [1])
(проверяется расчетный участок слева от расчетного сечения X).
Длина расчетного участка Lр равна расстоянию между закреплениями сжатой
кромки (верхнего пояса) балки от потери устойчивости – смещения из
вертикальной плоскости.
4.5. Уточнение размеров балки и нагрузок
Если предварительно назначенные параметры балки не удовлетворяют
условиям прочности, устойчивости и жесткости или имеют запас более
допустимого, вносят коррективы в размеры сечений.
По откорректированным сечениям уточняют нагрузку от собственного веса
балки и повторяют проверки.
Прочность, устойчивость и жесткость должны быть не менее допустимых.
В то же время в оптимально запроектированном клееном сечении не должно
быть ни одной лишней доски.
Подбор сечения балки может быть выполнен в электронной таблице –
параметрическим заданием величин, входящих в формулы проверки несущей
способности и жесткости и последующим перебором возможных значений
параметров сечения (ширина b и толщина d склеиваемых досок, уклона
верхнего пояса балки i), увязывая их с сортаментом пиломатериалов.
4-6
Расчет узла опирания ригеля на стойку
Опирание балки на колонну может быть осуществлено через мауэрлатный
брус, который одновременно служит горизонтальной распоркой между
поперечными рамами, или непосредственно на колонну.
Рис.5.1 Опирание балки непосредственно на колонну через центрирующую прокладку (а),
через два мауэрлатных бруса (б) и через один брус (в)
Для выбора способа опирания должны быть определены необходимые
размеры площадки опирания балки из условия смятия древесины поперек
волокон.
Рис.5.1 Схемы опирания балки через мауэрлатный брус (план)
Расчетное сопротивление смятию для балки определяется из табл.3 [1]
поперек волокон в опорных частях.
Для мауэрлатного бруса – по Примечанию 1 к табл.3 [1] для случая смятия
поперек волокон на части длины элемента. В этом случае длиной сминаемого
участка является ширина сечения балки b.
Сминающее усилие равно опорной реакции балки, то есть Nсм=qL/2, где q –
полная погонная нагрузка на балку (постоянная и временная).
Из условия прочности по смятию
4-7
Nсм/Асм Rсм,
находим требуемую площадь смятия
Асм ≥ Nсм/ Rсм,90.
В то же время Асм = bсм∙hсм.
Ширина площадки смятия равна ширине сечения балки bсм = b,
тогда
hсм ≥ Асм/b.
Если требуемая величина длины площадки смятия hсм меньше или равна
ширине бруса по сортаменту с учетом острожки, выполняется опирание
через мауэрлатный брус.
Если ширина двух брусьев недостаточна – выполняют опирание
непосредственно на колонну.
4-8