Проектирование деревянной арки
Содержание :
1. Исходные данные
2. Конструирование
и расчёт панели покрытия
3. Геометрические параметры оси арки 9
4. Сбор нагрузок
5. Усилия в арке 11
6. Подбор сечения
арке
7. Список использованной
литературы
Запроектировать
трехшарнирную дощатоклееную
Поперечный разрез и план арочного покрытия
Кровля из оцинкованной стали; Плиты покрытия размером 1,2 ´ 6 м;
Гнутоклееная арка 220 ´ 1260
Исходные данные
Арка постоянного
Ограждающая часть покрытия состоит из плит размером 1,5 ´ 6,0 м, укладываемых непосредственно на арки. По плитам устраивается рубероидная кровля.
Устойчивость арок из плоскости обеспечивается продольными деревянными ребрами плит. Продольные ребра плит прикреплены к верхним граням арок, а в коньке и пятах полуарок поставлены продольные элементы с упором в боковые грани арок.
Конструирования и расчета панелей покрытия.
Рассчитываемыми в данном разделе ограждающими конструкциями являются панели покрытия.
Плиты покрытия классифицируются по следующим признакам:
- теплотехническим свойствам (утепленные и неутепленные);
- конструкции кровли (под рулонную кровлю или жесткую с применением волнистых асбестоцементных листов с уклоном 25 – 33%, стального профилированного настила);
- материалом обшивок (с обшивкой из водостойкой фанеры, плоских асбестоцементных листов, листовых материалов на основе пластмасс);
- способу соединения каркаса с обшивкой (на водостойких клеях, в этом случае плита является монолитной конструкцией, либо на шурупах).
В соответствии с данной
классификацией и заданием на проектирование
принимаем следующие параметры
проектируемых ограждающих
- плиты неутепленные, под рулонную кровлю, клеефанерные;
- по табл. 2 СНиП II-25-80 фанера соединяется с деревянным каркасом клеем марки ФР-12 по ТУ 6-05-1748-75;
- ребра из сосновых досок II сорта;
Принимаются размеры плит:
- ширина bп = 1200 мм;
- высота 1/30 … 1/35 пролета - 200 мм;
- длина 6000 мм (в соответствии с шагом несущих конструкций).
Номинальные размеры плиты в плане: 1,18 х 5,98 м.
Обшивка клеефанерной плиты изготавливается из водостойкой фанеры марки ФСФ (ГОСТ 3916-69). Толщина верхней и нижней фанерных обшивок принимается равной 10 мм. Направление наружных волокон слоев фанеры обшивок принимается продольным с целью обеспечения полноценного стыкования листов фанеры на «ус» при склеивании их в виде непрерывной линии. Длина «уса» принимается равной 120 мм.
Каркас панели состоит из сосновых досок II сорта, для которых взяты черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов сечением 50 х 200 мм. После сушки до 12% влажности и четырехстороннего фрезерования для склейки применяются чистые доски сечением 42 х 192 мм.
- Компоновка рабочего сечения панели.
- Расчет основных параметров.
- расчетный пролет панели:
- высота панели с учетом определенных толщин материалов:
- расстояние между ребрами в осях (3 продольных ребра):
1 – боковые трапециевидные бруски;
2 – продольные ребра из досок;
3 – поперечные ребра из досок;
4 – обшивка из фанеры толщиной 10 мм;
5 – пароизоляция толщиной 0,2 мм.
- Таблица нормативных и расчетных нагруз
ок на панель покрытия.
По скомпонованному сечению панели составим таблицу 1 нормативных и расчетных нагрузок на 1 м2 панели.
Значения нагрузок, действующих на панель ограждающей конструкции
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, кН/м2 |
Коэффициент перегрузки |
Расчетная нагрузка, кН/м2 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
Постоянная |
|||
Кровля из руберойда |
0,150 |
1,10 |
0,165 |
Продольные ребра каркаса |
|||
|
0,103 |
1,10 |
0,114 |
Поперечные ребра каркаса |
|||
|
0,054 |
1,10 |
0,060 |
Пароизоляция |
0,02 |
1,20 |
0,024 |
Фанера ФСФ |
|||
dф×gф = 0,010×7,0 |
0,070 |
1,10 |
0,077 |
Итого: постоянная нагрузка |
0,397 |
0,440 | |
Временная |
|||
Снег |
0,5 |
1,60 |
0,8 |
Полная нагрузка: |
0,897 |
1,24 | |
- коэффициент надежности по снеговой нагрузке определяем по п. 5.7 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» из соотношения нормативной постоянной нагрузки покрытия к весу снегового покрова:
- полная нагрузка на 1 пог. м панели:
- нормативная: ;
- расчетная: .
- Расчетные характеристики материалов.
Для семислойной фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной 10 мм по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 находим следующие характеристики:
расчетное сопротивление растяжению Rф.р. = 14 МПа;
расчетное сопротивление скалыванию Rф.ск. = 0,8 МПа;
модуль упругости Еф = 9000 МПа.
Для древесины ребер по табл. 3 СНиП II-25-80:
расчетное сопротивление изгибу Rдр.и. = 13 МПа;
модуль упругости Едр = 10000 МПа.
В соответствии с п. 4.23 СНиП II-25-80 расчет клееных элементов из древесины и фанеры следует выполнять по методу приведенного поперечного сечения. Для этого определим геометрические и физические характеристики такого сечения.
- Геометрические характеристики сечения.
- расчетная ширина фанерной обшивки по 4.25 СНиП II-25-80:
при , тогда ,
где l – пролет плиты l = 6,0 м;
b – полная ширина сечения плиты b = 1,18 м;
a – расстояние между продольными ребрами по осям а = 0,527 м.
Геометрические характеристики панели приводим к древесине ребер.
- приведенная площадь поперечного сечения:
- приведенный статический момент поперечного сечения панели относительно
оси О-О:
- расстояние от оси О-О до нейтральной оси панели х – х:
- расстояние от нейтральной оси панели х – х до наружной грани фанерной обшивки:
- расстояние от нейтральной оси панели х – х до центра тяжести ребер:
- момент инерции фанерной обшивки относительно нейтральной оси панели х – х (без учета момента инерции фанерной обшивки относительно собственной оси):
- момент инерции ребер относительно нейтральной оси панели х – х:
- приведенный к древесине момент инерции панели, преобразуя формулу (40) СНиП II-25-80 определим:
- приведенный к фанере момент инерции, по формуле (40) СНиП II-25-80:
- Проверка панели на прочность.
- максимальный изгибающий момент:
Анализируя и комбинируя формулы (38) и (39) СНиП II-25-80 получаем выражение, позволяющее определить напряжения в растянутой обшивке и выполнить ее проверку на прочность:
- напряжение в продольных ребрах, работающих на изгиб:
В соответствии с п. 4.27 СНиП II-25-80, проверка скалывающих напряжений по клеевому слою между шпонами фанерной обшивки в зоне приклейки продольных ребер каркаса производится по формуле (42) СНиП:
- поперечная сила панели равна ее опорным реакциям
- приведенный статический момент фанерной обшивки относительно нейтральной оси х – х:
- расчетная ширина клеевого соединения:
- касательные напряжения:
Проверка прочности по всем пунктам удовлетворена.
- Проверка панели на прогиб.
qн = 0,897 кН/м = 0,00897 кН/см;
Едр = 10000 МПа = 1000 кН/см2.
- относительный изгиб панели:
1/200 - предельный прогиб в панелях покрытий согласно табл. 16 СНиП II-25-80.
Геометрические размеры оси арки
При расчетном пролете l =36 м и стреле подъема ее f = 18 м радиус арки находим по формуле
r = (l2 + 4f2)/(8f) = (362 + 4×182)/(8×18) = 18 м;
центральный угол дуги полуарки α определяем из выражения:
cos α = (r - f)/r = (18 - 18)/18 = 0
откуда α = 90°. Центральный угол дуги арки 2α =180°, длина дуги арки
S = (πr×2α)/180° = (3,14×18×180°)/180° = 56,52 м.
Координаты точек оси арки y для вычисления моментов M находятся по формуле
где Д = r - f = 18-18 = 0 м и приведены в табл. 1.
№ сеч. |
x |
y |
sinjx |
cosjx |
|
1 |
0 |
0,000 |
1,000 |
0,000 |
2 |
2 |
8,246 |
0,889 |
0,458 |
3 |
4 |
11,314 |
0,778 |
0,629 |
4 |
6 |
13,416 |
0,667 |
0,745 |
5 |
8 |
14,967 |
0,556 |
0,831 |
6 |
10 |
16,125 |
0,444 |
0,896 |
7 |
12 |
16,971 |
0,333 |
0,943 |
8 |
14 |
17,550 |
0,222 |
0,975 |
9 |
16 |
17,889 |
0,111 |
0,994 |
10 |
18 |
18,000 |
0,000 |
1,000 |
11 |
20 |
17,889 |
-0,111 |
0,994 |
12 |
22 |
17,550 |
-0,222 |
0,975 |
13 |
24 |
16,971 |
-0,333 |
0,943 |
14 |
26 |
16,125 |
-0,444 |
0,896 |
15 |
28 |
14,967 |
-0,556 |
0,831 |
16 |
30 |
13,416 |
-0,667 |
0,745 |
17 |
32 |
11,314 |
-0,778 |
0,629 |
18 |
34 |
8,246 |
-0,889 |
0,458 |
19 |
36 |
0,000 |
-1,000 |
0,000 |
Нагрузки
Постоянные расчетные нагрузки на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяются с введением коэффициента перегрузки n в соответствии со СНиП II-6-74, пп. 2.2. Нормативные нагрузки умножаются на коэффициент k = S/l = 56,52/36 = 1,57, учитывающий разницу между длиной дуги арки и ее проекцией.
Вес снегового покрова для III района P0 = 0,5 кН/м2 горизонтальной проекции; коэффициент c1, учитывающий форму покрытия, в соответствии со СНиП II-6-74, табл. 5, п. 5.5 будет равен:
c1 = l/(8f) = 36/(8×18) = 0,25;
принимаем с1=0,4
тогда нормативная равномерно распределенная снеговая нагрузка
Pнсн = P0×c1 =0,5×0,4 = 0,2 кН/м2.
Собственный вес арки в зависимости от нормативного веса кровли и снега определим по формуле прил. 2
gнсв = (gнп + Pнсв)/[1000/(Kсвl) - 1] = (0,723 + 0,2)/[1000/(4×36) - 1] = 0,155 кН/м2.
Отношение нормативного собственного веса покрытия к весу снегового покрова
gн/P0 = 1,127/0,5 = 2,254;
коэффициент перегрузки n = 1,4 (СНиП II-6-74),
Расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия
P1 = P0nc1 = 0,5×1,4×0,4 = 0,28 кН/м2.
Таблица 2
Наименование элемента |
Нормативная нагрузка, кН/м2 |
Коэф. Над. |
Расчетная нагрузка, кН/м2 |
|
Собств. Масса панели |
0,393 |
1,1 |
0,432 |
Рубер. Кровл. |
0,15 |
1,3 |
0,195 |
утеплитель |
0,18 |
1,2 |
0,216 |
Арка |
0,404 |
1,1 |
0,444 |
Снеговая нагр. |
0,5 |
1,6 |
0,8 |
Итого |
2,087 |
При снеговой нагрузке, распределенной по треугольнику, коэффициент c2 = f/l =9/18=0.2 принимаем С2 =2,2
P2 = P0nc2 = 0,5×1,4×2,2 = 1,54 кН/м2.
Расчетные нагрузки, приходящиеся на 1 м горизонтальной проекции арки при шаге арок 4,8 м, находятся:
от собственного веса покрытия по табл. 2
qр = 2,087×6 = 12,52 кН/м;
от снега
P1р = 0,28×6 = 1,68 кН/м;
P2р = 1,54×6 = 9,24 кН/м.
Статический расчет арки
Схемы нагрузок показаны на рис. 3.
Собственный вес арки
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
№ сеч. |
x |
y |
sinjx |
cosjx |
M0x |
Q0x |
Mx |
Qx |
Nx | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
0 |
0,000 |
1,000 |
0,000 |
0 |
225,36 |
0,000 |
-112,680 |
-225,36 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
8,246 |
0,889 |
0,458 |
425,68 |
200,32 |
-503,503 |
-8,389 |
-229,684 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
4 |
11,314 |
0,778 |
0,629 |
801,28 |
175,28 |
-473,549 |
22,530 |
-207,153 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
4 |
6 |
13,416 |
0,667 |
0,745 |
1126,8 |
150,24 |
-384,961 |
36,862 |
-184,147 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
5 |
8 |
14,967 |
0,556 |
0,831 |
1402,24 |
125,2 |
-284,200 |
41,501 |
-163,247 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
6 |
10 |
16,125 |
0,444 |
0,896 |
1627,6 |
100,16 |
-189,310 |
39,644 |
-145,455 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
7 |
12 |
16,971 |
0,333 |
0,943 |
1802,88 |
75,12 |
-109,363 |
33,264 |
-131,276 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
14 |
17,550 |
0,222 |
0,975 |
1928,08 |
50,08 |
-49,446 |
23,788 |
-120,991 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
9 |
16 |
17,889 |
0,111 |
0,994 |
2003,2 |
25,04 |
-12,481 |
12,365 |
-114,765 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
10 |
18 |
18,000 |
0,000 |
1,000 |
2028,24 |
0 |
0,000 |
0,000 |
-112,68 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
11 |
20 |
17,889 |
-0,111 |
0,994 |
2003,2 |
-25,04 |
-12,481 |
-12,365 |
-114,765 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
12 |
22 |
17,550 |
-0,222 |
0,975 |
1928,08 |
-50,08 |
-49,446 |
-23,788 |
-120,991 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
13 |
24 |
16,971 |
-0,333 |
0,943 |
1802,88 |
-75,12 |
-109,363 |
-33,264 |
-131,276 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
14 |
26 |
16,125 |
-0,444 |
0,896 |
1627,6 |
-100,16 |
-189,310 |
-39,644 |
-145,455 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
15 |
28 |
14,967 |
-0,556 |
0,831 |
1402,24 |
-125,2 |
-284,200 |
-41,501 |
-163,247 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
16 |
30 |
13,416 |
-0,667 |
0,745 |
1126,8 |
-150,24 |
-384,961 |
-36,862 |
-184,147 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
17 |
32 |
11,314 |
-0,778 |
0,629 |
801,28 |
-175,28 |
-473,549 |
-22,530 |
-207,153 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
18 |
34 |
8,246 |
-0,889 |
0,458 |
425,68 |
-200,32 |
-503,503 |
8,389 |
-229,684 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
19 |
36 |
0,000 |
-1,000 |
0,000 |
0 |
-225,36 |
0,000 |
112,680 |
-225,36 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Снеговая на пролёт
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
№ сеч. |
x |
y |
sinjx |
cosjx |
M0x |
Q0x |
Mx |
Qx |
Nx | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
0 |
0,000 |
1,000 |
0,000 |
0 |
30,24 |
0,000 |
-15,120 |
-30,24 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
8,246 |
0,889 |
0,458 |
57,12 |
26,88 |
-67,563 |
-1,126 |
-30,8202 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
4 |
11,314 |
0,778 |
0,629 |
107,52 |
23,52 |
-63,543 |
3,023 |
-27,7968 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
4 |
6 |
13,416 |
0,667 |
0,745 |
151,2 |
20,16 |
-51,656 |
4,946 |
-24,7098 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
5 |
8 |
14,967 |
0,556 |
0,831 |
188,16 |
16,8 |
-38,135 |
5,569 |
-21,9053 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
6 |
10 |
16,125 |
0,444 |
0,896 |
218,4 |
13,44 |
-25,403 |
5,320 |
-19,5179 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
7 |
12 |
16,971 |
0,333 |
0,943 |
241,92 |
10,08 |
-14,675 |
4,464 |
-17,6153 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
14 |
17,550 |
0,222 |
0,975 |
258,72 |
6,72 |
-6,635 |
3,192 |
-16,2353 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
9 |
16 |
17,889 |
0,111 |
0,994 |
268,8 |
3,36 |
-1,675 |
1,659 |
-15,3997 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
10 |
18 |
18,000 |
0,000 |
1,000 |
272,16 |
0 |
0,000 |
0,000 |
-15,12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
11 |
20 |
17,889 |
-0,111 |
0,994 |
268,8 |
-3,36 |
-1,675 |
-1,659 |
-15,3997 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
12 |
22 |
17,550 |
-0,222 |
0,975 |
258,72 |
-6,72 |
-6,635 |
-3,192 |
-16,2353 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
13 |
24 |
16,971 |
-0,333 |
0,943 |
241,92 |
-10,08 |
-14,675 |
-4,464 |
-17,6153 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
14 |
26 |
16,125 |
-0,444 |
0,896 |
218,4 |
-13,44 |
-25,403 |
-5,320 |
-19,5179 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
15 |
28 |
14,967 |
-0,556 |
0,831 |
188,16 |
-16,8 |
-38,135 |
-5,569 |
-21,9053 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
16 |
30 |
13,416 |
-0,667 |
0,745 |
151,2 |
-20,16 |
-51,656 |
-4,946 |
-24,7098 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
17 |
32 |
11,314 |
-0,778 |
0,629 |
107,52 |
-23,52 |
-63,543 |
-3,023 |
-27,7968 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
18 |
34 |
8,246 |
-0,889 |
0,458 |
57,12 |
-26,88 |
-67,563 |
1,126 |
-30,8202 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
19 |
36 |
0,000 |
-1,000 |
0,000 |
0 |
-30,24 |
0,000 |
15,120 |
-30,24 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
№ сеч. |
x |
y |
sinjx |
cosjx |
M0x |
Q0x |
Mx |
Qx |
Nx | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
0 |
0,000 |
1,000 |
0,000 |
0 |
22,68 |
0,000 |
-7,560 |
-22,68 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
8,246 |
0,889 |
0,458 |
44,52 |
19,32 |
-17,821 |
2,131 |
-20,6367 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
4 |
11,314 |
0,778 |
0,629 |
87,36 |
15,96 |
1,828 |
4,151 |
-17,1651 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
4 |
6 |
13,416 |
0,667 |
0,745 |
128,52 |
12,6 |
27,092 |
4,351 |
-14,0349 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
5 |
8 |
14,967 |
0,556 |
0,831 |
168 |
9,24 |
54,852 |
3,483 |
-11,4193 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
6 |
10 |
16,125 |
0,444 |
0,896 |
205,8 |
5,88 |
83,899 |
1,907 |
-9,38563 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
7 |
12 |
16,971 |
0,333 |
0,943 |
241,92 |
2,52 |
113,623 |
-0,144 |
-7,96764 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
14 |
17,550 |
0,222 |
0,975 |
276,36 |
-0,84 |
143,683 |
-2,499 |
-7,1843 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
9 |
16 |
17,889 |
0,111 |
0,994 |
309,12 |
-4,2 |
173,883 |
-5,014 |
-7,04652 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
10 |
18 |
18,000 |
0,000 |
1,000 |
136,08 |
-7,56 |
0,000 |
-7,560 |
-7,56 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
11 |
20 |
17,889 |
-0,111 |
0,994 |
120,96 |
-7,56 |
-14,277 |
-6,673 |
-8,35319 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
12 |
22 |
17,550 |
-0,222 |
0,975 |
105,84 |
-7,56 |
-26,837 |
-5,691 |
-9,05097 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
13 |
24 |
16,971 |
-0,333 |
0,943 |
90,72 |
-7,56 |
-37,577 |
-4,608 |
-9,64764 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
14 |
26 |
16,125 |
-0,444 |
0,896 |
75,6 |
-7,56 |
-46,301 |
-3,412 |
-10,1323 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
15 |
28 |
14,967 |
-0,556 |
0,831 |
60,48 |
-7,56 |
-52,668 |
-2,086 |
-10,486 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
16 |
30 |
13,416 |
-0,667 |
0,745 |
45,36 |
-7,56 |
-56,068 |
-0,595 |
-10,6749 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
17 |
32 |
11,314 |
-0,778 |
0,629 |
30,24 |
-7,56 |
-55,292 |
1,128 |
-10,6318 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
18 |
34 |
8,246 |
-0,889 |
0,458 |
15,12 |
-7,56 |
-47,221 |
3,257 |
-10,1834 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
19 |
36 |
0,000 |
-1,000 |
0,000 |
0 |
-7,56 |
0,000 |
7,560 |
-7,56 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Снеговая по треугольнику
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
№ сеч. |
x |
y |
sinjx |
cosjx |
M0x |
Q0x |
Mx |
Qx |
Nx | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
0 |
0,000 |
1,000 |
0,000 |
0,00E+00 |
69,3 |
0,000 |
-13,860 |
-69,3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
8,246 |
0,889 |
0,458 |
120,80 |
51,84667 |
6,512 |
11,432 |
-52,4355 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
4 |
11,314 |
0,778 |
0,629 |
208,76 |
36,44667 |
51,948 |
12,128 |
-37,059 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
4 |
6 |
13,416 |
0,667 |
0,745 |
267,96 |
23,1 |
82,009 |
7,978 |
-25,7306 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
5 |
8 |
14,967 |
0,556 |
0,831 |
302,52 |
11,80667 |
95,087 |
2,117 |
-18,0836 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
6 |
10 |
16,125 |
0,444 |
0,896 |
316,56 |
2,566667 |
93,070 |
-3,861 |
-13,5566 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
7 |
12 |
16,971 |
0,333 |
0,943 |
314,16 |
-4,62 |
78,948 |
-8,976 |
-11,5273 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
14 |
17,550 |
0,222 |
0,975 |
299,44 |
-9,75333 |
56,202 |
-12,589 |
-11,346 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
9 |
16 |
17,889 |
0,111 |
0,994 |
276,52 |
-12,8333 |
28,580 |
-14,294 |
-12,3483 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
10 |
18 |
18,000 |
0,000 |
1,000 |
249,48 |
-13,86 |
0,000 |
-13,860 |
-13,86 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
11 |
20 |
17,889 |
-0,111 |
0,994 |
221,76 |
-13,86 |
-26,175 |
-12,234 |
-15,3142 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
12 |
22 |
17,550 |
-0,222 |
0,975 |
194,04 |
-13,86 |
-49,202 |
-10,433 |
-16,5934 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
13 |
24 |
16,971 |
-0,333 |
0,943 |
166,32 |
-13,86 |
-68,892 |
-8,447 |
-17,6873 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
14 |
26 |
16,125 |
-0,444 |
0,896 |
138,60 |
-13,86 |
-84,886 |
-6,256 |
-18,5759 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
15 |
28 |
14,967 |
-0,556 |
0,831 |
110,88 |
-13,86 |
-96,557 |
-3,824 |
-19,2243 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
16 |
30 |
13,416 |
-0,667 |
0,745 |
83,16 |
-13,86 |
-102,791 |
-1,091 |
-19,5706 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
17 |
32 |
11,314 |
-0,778 |
0,629 |
55,44 |
-13,86 |
-101,368 |
2,068 |
-19,4916 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
18 |
34 |
8,246 |
-0,889 |
0,458 |
27,72 |
-13,86 |
-86,572 |
5,970 |
-18,6696 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
19 |
36 |
0,000 |
-1,000 |
0,000 |
0,00 |
-13,86 |
0,000 |
13,860 |
-13,86 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Эпюры изгибающих моментов в арке от расчетных нагрузок и от их сочетания
Эпюры нормальных (N) и поперечных (Q) сил в арке от сочетания расчетных нагрузок
1 - постоянной (а) и снеговой (б); 2 - постоянной (а) и снеговой (в); 3 - постоянной (а) и снеговой (г)
Подбор сечения арки
Предварительное определение размеров поперечного сечения арок производим по СНиП II-25-80, п. 4.17, формула (28):
N/Fрасч + Mд/Wрасч ≤ Rс.
Приняв h/b = β, получим
h3 - βNh/Rс - 6βM/(ξRс) = 0. (47)
Уравнение (47) приводим к виду
h3 + 3ph + 2q = 0, (48)
где p = -βN/(3Rс);
q = -3βM/(ξRс);
β = 5 ¸ 6;
ξ = 0,5 ¸ 0,8;
Rс - расчетное сопротивление древесины сжатию с учетом коэффициентов условий работы по пп. 3.1 и 3.2 и коэффициентов надежности по назначению конструкций согласно стандарту СТ СЭВ 384-76.
Поскольку q >> p, дискриминант уравнения (48) Д = q2 + p2 > 0 и оно имеет одно действительное и два мнимых решения. Согласно формуле Кардано, действительное решение h = U + V,
где ;
Подбор сечения арки
Учитывая уникальный характер здания по степени ответственности, для изготовления арок принимаем пиломатериал из древесины сосны 1-го сорта толщиной 4,2 см. Коэффициент надежности по назначению γn = 1.
Оптимальная высота поперечного сечения арки находится в пределах (1/40 - 1/50)l = = (1/40 - 1/50)3600 = 90 - 72 см.
Согласно пп. 3.1 и 3.2, при h > 120 см, δсл = 4,2 см и rk/a = 1800/4,2 = 428 < 500 коэффициенты условий работы будут mб = 0,8, mсл = 0,95, mгн = 1; соответственно расчетное сопротивление сжатию и изгибу
Rс = Rи = 0,8×0,95×1,0×16/1,0 = 12,16 МПа.
Для определения поперечных размеров сечения арки пользуемся уравнением (47). Принимаем β = h/b = 5,5; ξ = 0,65 и определяем высоту и ширину сечения арки h = 1260 мм и b = 1260/5,73 ≈ 220 мм.
Принимаем поперечное сечение арки b ´ h = 220 ´ 1260 мм из 30 слоев толщиной 42 мм.
Расчет арки на прочность выполняем в соответствии с указаниями СНиП II-25-80, п. 4.17, формула (28).
Определяем гибкость согласно СНиП II-25-80, пп. 4.4 и 6.25, формула (9):
λ = l0/r = 0,58S/
Согласно п. 6.27, при определении коэффициента ξ вместо N в формулу (30), п. 4.17, СНиП II-25-80 надо поставить N18 = 126,54 кН - сжимающее усилие в ключевом сечении для расчетного сочетания нагрузок:
ξ = 1 - λ2N9/(ARсFбр) = 1 – 89,72×126,54×103/(3000×13,68×2
момент
Mд = M/ξ = 590/0,91 = 648 кН×м;
расчетный момент сопротивления
Wрасч = 6h2/6 = 220×12602/6 = 58,12×106 мм3.
Подставив эти значения в формулу (28) СНиП II-25-80, получим:
N/Fрасч + Mд/Wрасч = 248350/277200 + 648×106/58,212×106 = 0,896+11,13=12,03 < 12,16 МПа,
т.е. прочность сечения достаточна.
Проверим сечение на устойчивость плоской формы деформирования по формуле (33) п. 4.18 СНиП II-25-80.
Покрытие из плит шириной 150 см раскрепляет верхнюю кромку арки по всей длине, откуда
lр = 2×150 см < 140×b2/(hmб) = 140×222/(126×0,8) = 672 принимае 700 см,
т.е. имеет место сплошное раскрепление при положительном моменте сжатой кромки, а при отрицательном - растянутой, следовательно, показатель степени n = 1 в формуле (33), СНиП II-25-80.
Предварительно определяем:
а) коэффициент φМ по формуле (23), п. 4.14, СНиП II-25-80 с введением в знаменатель коэффициента mб согласно п. 4.25 настоящего Пособия:
φМ = 140b2Kф/(lрhmб) = 140×222×1,13/(2826×126×0,8) = 0,27.
Согласно СНиП II-25-80, п. 4.14, к коэффициенту φМ вводим коэффициенты Kжм и Kнм. С учетом подкрепления внешней кромки при m > 4 Kжм = 1
Kнм = 0,142lр/h + 1,76h/lр + 1,4αр = 0,142×2826/126 + 1,76×126/2826 + 1,4×1,57 = 5,46;
φмKнм = 0,27×5,46 = 1,47;
б) коэффициент φ по СНиП II-25-80, п. 4.3, формула (8) для гибкости из плоскости
φ = A/λ2y = 3000[(0,5S/(0,29b)2] = 3000×0,292×222/(0,5×56522) = 0,015.
Согласно СНиП II-25-80, п. 4.18, к коэффициенту φ вводим коэффициент KнN, который при m > 4 равен:
KнN = 0,75 + 0,06(lр/h)2 + 0,6αрlр/h = 0,75 + 0,06(2826/126)2 + 0,6×1,57×2826/126 = 0,015;
φKнN = 0,015×52,1 = 0,7815.
Подставив найденные значения в формулу (33) СНиП II-25-80, получим
N/(FбрφRс) + Mд/(WбрφмRи) = 248,35×103/(277,2×103×0,7815×1
Таким образом, условие устойчивости выполнено и раскрепления внутренней кромки в промежутке между пятой и коньковым шарниром не требуется.
Литература
- Методические указания «Конструирование и расчет несущих деревянных конструкций. Арки», Канн Э.А., Михай Г.Ф., Чиботарь Ф.И., КПИ им.С.Лазо, Кишинев1988г.
- Учебник «Конструкции из дерева и пластмасс», Ю.В. Слицкоухов, Стройиздат, Москва, 1986 г
- СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции».
- СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».
- СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».