К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.

Принятые параметры трехшарнирной рамы

Пролет (L) — 15 м.
Шаг(B) – 3 м.
Уклон ригеля (i)- ¼ .
Высота стойки — 5 метров.
Материал – сосна 2 сорт (с 27).
Район строительства г. Минск.
Ветровой район –
Тип местности –
Класс условия эксплуатации – 1 (A1).

Нагрузки действующие на раму

Постоянная:
- вес кровли, плиты;
- собственный вес рамы.
Временная:
- нагрузка от снега;
- нагрузка от ветра.

Карнизный узел рам на стальных цилиндрических нагелях

	по СНиП	по ТКП	по ТКП ЕН
S-	≥4d	≥4d	≥5d
S1-	≥6d	≥6d	≥6d
S2-	≥3d	≥3d	≥3d
S3-	≥6d	≥6d	≥6d

Методика расчета карнизного узла на стальных цилиндрических нагелях

Определяем предварительно размеры поперечного сечения ригеля и стойки.
Расставляем нагели по одной окружности и проверяем несущую способность нагельного соединения.
Если несущая способность соединения меньше требуемой, то устанавливаем нагели по второй окружности.
В том случае, если несущая способность соединения не обеспечена и после расстановки нагелей по двум и более окружностям (что не рационально) окружностям или необходимо увеличивать поперечное сечение стойки и/или ригеля.
Проверяем принятое сечение в карнизном узле на прочность по ослабленному сечению на прочность.

В соответствии с нормативным документом Республики Беларусь ТКП 45-5.05-146-2009 расчетную несущую способность одного среза нагеля в симметричных соединениях (кН) принимают как наименьшее из найденных значений:

– расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия древесины крайних элементов

где – расчетное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для крайних элементов (МПа);

– толщина крайних элементов;

– коэффициент, учитывающий угол между направлением усилия по отношению к направлению волокон древесины;

d – диаметр нагеля.

– расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия древесины средних элементов

где – расчетное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для средних элементов (МПа);

– толщина средних элементов;

– расчетная несущая способность одного среза из условия изгиба нагеля

где – коэффициент, зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к диаметру нагеля.

В соответствии с нормативным документом Российской Федерации СНиП II-25-80. Расчетную несущую способность одного среза нагеля в симметричных соединениях (кН) принимают как наименьшее из найденных значений:

– расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия древесины крайних элементов

где а – толщина крайних элементов (см);

d – диаметр нагеля (см).

– расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия средних элементов

где c – толщина средних элементов (см).

– расчетная несущая способность одного среза из условия изгиба нагеля

Согласно EN 1995-1-1 расчетную несущую способность одного среза нагеля в симметричных соединениях принимают как наименьшее из найденных значений по приведенным ниже формулам:

– расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия древесины крайних элементов

где – нормативная несущая способность одного среза нагеля (кН);

– нормативное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для крайних элементов (МПа);

– толщина крайних элементов.

– расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия древесины средних элементов

где – нормативное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для средних элементов (МПа);

– толщина средних элементов.

– расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия изгиба нагеля

где – нормативный момент пластической деформации нагеля, определяемый по формуле:

где – нормативное сопротивление растяжению.

– масштабный коэффициент для нормативного сопротивления смятию древесины определяемый по формуле:

– нормативное сопротивление связи выдергиванию.

В вышеприведенных формулах первое слагаемое – несущая способность по теории Джохансена, а второе слагаемое, нормативное сопротивление связи выдергиванию – учёт эффекта нити. Второе слагаемое, учитывающее эффект нити, ограничивается по величине, в процентном отношении от несущей способности по теории Джохансена. Если величина не определена, то расчет можно вести без учета эффекта нити. В нагелях эффект нити отсутствует и, следовательно, принимается равным нулю.

Особенности расчета карнизного узла по СНиП и по ТКП ЕН

СНиП

ТКП ЕН

1. — в расчете учитывается передача только изгибающего момента

2. — методика расчета узла в пособии к СНиП II-25-80 разработана только для нагелей расставленных по одной окружности.

3. — жесткость дана только для нагеля d=20 мм.

4. — не разработана методика определения угловых деформаций соединения.

1. — в расчете учитывается все силовые факторы

2. — расчет допускает расстановку нагелей по одной и двум окружностям (более не рационально) с введением дополнительного коэффициента k=0.85

3. — расчет возможен для любого диаметра нагеля

4. — разработана методика определения угловых деформаций соединения.

Расчет на прочность по СНиП и по ТКП EН

СНиП

ТКП ЕН

Расчет ведется с учетом ослаблений поперечного сечения:

a) — учитываются все ослабления

b) — имеются коэффициенты условия работы

c) — расчет ведется по деформированной схеме

a) — учитываются ослабления в растянутой зоне изгибаемого элемента, а также в сжатой зоне изгибаемого элемента учитываются незаполненные отверстия или заполненные менее плотным материалом.

b) — коэффициенты условия работы отсутствуют

c) — дополнительный момент от продольной силы не учитывается

Исходные данные принятые для сравнения

Изгибающий момент — 154 кНм

Продольное усилие – 63 кН

Поперечная сила — 34 кН

Материал сосна – 1-й сорт (С27).

Класс условия эксплуатации А1 (1-ый).

Нагель (болт) класса прочности 4.6 d=20мм.

Результаты расчетов

№	Нормативный документ	нагели расставлены по одной окружности разрушение								нагели расставлены по двум окружностям
№	Нормативный документ	nнаг, шт.	Rid, кН 1наг.	[Rid], кН 1наг.	Разм.риг.	Разм. ст.	σ, мПа	[σ], кН	Разруш.	nнаг, шт.	Rid, кН 1наг.	[Rid], кН 1наг.	Разм.риг.	Разм. ст.	σ, мПа	[σ], кН	Разруш.
1	ТКП 45-5.05-146-2009	29	20.84	20.5	891*140	289190	0.746	1	нагели	40	18.25	20.5	792*140	279290	0.97	1	элемент
2	ТКП EN 1995-1-1-2009	19	29.98	31.52	792*140	279290	0.591	1	Болт	29	25.72	26.79	759*140	275990	0.658	1	Болт
2	ТКП EN 1995-1-1-2009	21	24.78	25.22	858*140	285890	0.5	1	Нагель	32	20.65	21.43	825*140	282590	0.556	1	Нагель
3	ÑÍèÏ II-25-80	30	17.16	17.22	957*140	295790	0.65	1	нагели	41	17.88	17.22	792*140	279290	0.99	1	нагель

Выводы

Несущая способность одного нагеля рассчитанная по ТКП EN 1995-1-1-2009 (02250) больше, чем по ТКП 45-5.05-146-2009 (02250) и СНиП II-25-80, а требуемое количество нагелей соответственно меньше.
Несущая способность карнизного узла на стальных цилиндрических нагелях расставленных по одной окружности, определяется несущей способностью нагелей (болтов) при расчете по ТКП EN 1995-1-1-2009 (02250), а также ТКП 45-5.05-146-2009 (02250) и СНиП II-25-80..
Несущая способность карнизного узла на стальных цилиндрических нагелях расставленных по двум окружностям, определяется несущей способностью нагелей (болтов) при расчете по ТКП EN 1995-1-1-2009 (02250), а также как несущей способности соединяемых элементов так и нагелей(болтов) при расчете по ТКП 45-5.05-146-2009 (02250) и СНиП II-25-80.
Трудоемкость при проектировании карнизного узла на стальных цилиндрических нагелях по ТКП EN 1995-1-1-2009 (02250) значительно больше, чем по ТКП 45-5.05-146-2009 (02250) и СНиП II-25-80.
При замене нагелей на болты несущая способность одной связи увеличивается на 12.5% а несущая способность соединения возрастает на 12% при расчете согласно ТКП EN 1995-1-1-2009 (02250).

Профессиональное обследование технического состояния зданий и сооружений в кратчайшие сроки от компании «Лаборатория диагностики конструкций».

Техническое задание

Для выполнения экспертизы строительных проектов и прочего обследования строительных конструкций сооружений рекомендуем заполнить бланк технического задания.