Компоновка рамы

2. Компоновка рамы

Конструируемые деревянные трехшарнирные гнутоклееные рамы имеют ступенчатое изменение высоты и постоянную ширину поперечного сечения по длине рамы. Уменьшенную высоту сечения назначаем на расстоянии в плане приблизительно равном четверти пролета от опоры рамы. Уклон наружной кромки прямолинейной части ригеля проектируем равным уклону кровли tga = 0,25 (a = 14°).

Рама состоит из двух полурам заводского изготовления, соединяемых в коньке монтажным стыком с помощью деревянных накладок и стальных болтов.

Полурамы изготавливают путем гнутья и склеивания заготовок в виде многослойного пакета досок.

По СНиП II-3-79* “Нормы проектирования. Строительная теплотехника” устанавливаем, что г.Курган находится в сухой зоне влажности. Тогда температурно-влажностные условия эксплуатации деревянных конструкций внутри неотапливаемого помещения – А1.

Древесина перед склеиванием конструкции, предназначенной для условий эксплуатации А1, должна иметь влажность 8...12%. В соответствии с п.2.6. СНиП II-25-80 для склеивания древесины назначаем синтетический фенольно-резорциновый клей марки ФРФ-50 ( ТУ 6-05-281-17-77).

Склеивание досок по длине производим зубчатым клеевым соединением с вертикальными зубчатыми шипами ГОСТ 19414-79.

Доски в пакете склеиваем по пласти. Перед склеиванием доски каждого слоя фрезеруем с двух пластей по 1-й группе припусков. По условию гнутья в многослойных криволинейных конструкциях отношение радиуса кривизны к толщине доски (r/d) > 150. Для обеспечения возможно меньшего радиуса кривизны криволинейного карнизного узла рамы толщину доски (слоя), получаемую после фрезеровки пластей, принимаем d = 16 мм.

Учитывая минимальный припуск на фрезерование и исходя из сортамента пиломатериалов (ГОСТ 24454-80Е), для получения досок толщиной после фрезеровки 16 мм используем доски-заготовки толщиной 22 мм.

Ширину сечения полурамы проектируем равной ширине одной доски (исключается технологически сложное склеивание досок по ширине). При назначении проектной ширины сечения исходим из сортамента пиломатериалов (ГОСТ 24454-80Е) и учитываем припуск на фрезерование боковых поверхностей конструкции после склеивания. Величина припуска составляет при длине конструкции до 12 м –15 мм, свыше 12 м – 20 мм.

Длина полурамы не превышает 12 м. Припуск на фрезерование ее боковых поверхностей - 15 мм. Проектную ширину сечения полурамы принимаем b = 135 мм. Ширина исходной доски-заготовки равна 150 мм.

Высота сечения полурамы изменяется ступенчато.

Большую высоту сечения полурамы h1 можно принять: при шаге рам 3м

h1 = 1/20 • l; где l – пролет рамы; h1 = 1/20 • 15000 = 750мм

Меньшую высоту сечения полурамы h2 следует принимать в пределах (0,5…0,6) • h1: h2 = 0,5 • 750 = 375мм;

Высота сечений h1, h2 должна быть кратна номинальной (после фрезерования) толщине доски d.

Назначаем: h1 = 752; n = 752/16 = 47 – из 47 досок толщиной d = 16 мм.

h2 = 384; n = 384/16 = 24 – из 24 досок толщиной d = 16 мм.

Принимаем радиус кривизны карнизного узла по внутренней кромке поперечного сечения полурамы r_в = 2500 мм.

Отношение r_в/d = 2500/16 = 156 > 150.

Радиус кривизны по наружной кромке сечения

r_н = r_в + h1 = 2500 + 752 = 3252 мм, то же по центральной оси сечения

r = r_в + 0,5h1 = 2500 + 0,5 • 752 = 2876 мм.

При компоновке поперечного сечения гнутоклееных элементов будем использовать пиломатериалы двух сортов. В крайних зонах на участках длиной равной 0,15 высоты сечения применим более высокопрочные пиломатериалы (2-го сорта), а в средней зоне на 0,7 высоты сечения - менее прочные (3-го сорта).

Для выполнения статического расчета рамы необходимо задаться ее расчетной осью. Все размеры рамы следует привязать к расчетной оси.

e = (h2/2) – (h2 -50)/2 = (384/2) – (384-50)/2 = 25 мм

За расчетную ось рамы принимаем параллельную наружной кромке линию, проходящую через центр тяжести конькового сечения рамы. Расстояние от наружной кромки до расчетной оси: h_р = 384/2 + 25 = 217 мм. Из-за несовпадения расчетной оси рамы с ее центральной осью определяемая статическим расчетом в отдельных сечениях продольная сила N действует с эксцентриситетом относительно оси поперечного сечения, что учитывается в дальнейшем при выполнении конструктивного расчета.

Длину по расчетной оси участка полурамы с высотой сечения h₂ = 384 мм принимаем равной 3000 мм.

Расчетную ось разобьем точками на участки и определим ее геометрические параметры:

- расчетный пролет рамы считаем равным пролету здания, определенному заданием, l = 15000 мм;

- высота рамы по расчетной оси в коньке:

f = Н_к + i(l/2) = 3200 + 0,25(15000/2) = 5075 мм,

Н_к = 3,2м (высота в карнизном узле)

- радиус кривизны расчетной оси в гнутой части полурамы:

r_р = r_н – h_р = 3252 – 217 = 3035 мм;

- величина углов: a = 14°; y = 90°+ a = 90°+ 14° = 104°;

j = 180° – y = 180° – 104° = 76°;

- длина прямолинейной стойки полурамы:

l_ст = l₀₁ = H_к – r_р /tg(y/2) = 3200 – 3035/tg(104°/2) = 810 мм;

- длина дуги гнутой части полурамы:

l_гн = l₁₃ = p • r_р • j /180° = p • 3035 • 76°/180° = 4024 мм;

- длина прямолинейного ригеля полурамы:

l_риг = l₃₈ = (l/2 – r_р • (1 – cosj))/cosa =

= (15000/2 – 3035 • (1 – cos76°))/cos14° = 5354 мм;

- полная длина расчетной оси полурамы:

l_пр = l₀₈ = l_ст + l_гн + l_риг = 810 + 4024 + 5354 = 10188 мм

Координаты x_n, y_n точек расчетной оси (n – номер точки):

x₀ = 0; y₀ = 0;

x₁ = 0; y₁ = l₀₁ = 810 мм;

x₂ = r_р • (1 – Cos(j /2)) = 3035 • (1 – Cos(76°/2)) = 637 мм;

y₂ = l₀₁ + r_p • Sin(j /2) = 810 + 3035 • Sin (76°/2) = 3181 мм;

x₃ = r_p • (1 – Cosj) = 3035 • (1 – Cos76°) = 2306 мм;

y₃ = l₀₁ + r_p • Sinj = 810 + 3035 • Sin76° = 3754 мм;

для точек 4…8 найдем шаг: Dx =(0,5•l – x₃)/5 = (0,5•15000 – 2306)/5 =1039 мм,

тогда координаты точек 4…10 вычислим по формулам:

x_n = x_n-1 + Dx; y_n = H_к + i • x_n;

x₄ = 2306 + 1039 = 3345 мм; y₄ = 3200 + 0,25 • 3345 = 4036 мм;

x₅ = 3345 + 1039 = 4384 мм; y₅ = 3200 + 0,25 • 4384 = 4296 мм;

x₆ = 4384 + 1039 = 5423 мм; y₆ = 3200 + 0,25 • 5423 = 4556 мм;

x₇ = 5423 + 1039 = 6462 мм; y₇ = 3200 + 0,25 • 6462 = 4816 мм;

x₈ = 6462 + 1039 = 7500 мм; y₈ = 3200 + 0,25 • 7500 = 5075 мм;

Результаты вычислений сведены в табл. 1
Координаты точек расчетной оси Таблица 1

№ сечения	0	1	2	3	4	5	6	7	8
xn, мм	0	0	637	2306	3345	4384	5423	6462	7500
yn, мм	0	810	3181	3754	4036	4296	4556	4816	5075