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

  1. Постоянная:
    • вес кровли, плиты;
    • собственный вес рамы.
  2. Временная:
    • нагрузка от снега;
    • нагрузка от ветра.

Карнизный узел рам на стальных цилиндрических нагелях

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

  1. Определяем предварительно размеры поперечного сечения ригеля и стойки.
  2. Расставляем нагели по одной окружности и проверяем несущую способность нагельного соединения.
  3. Если несущая способность соединения меньше требуемой, то устанавливаем нагели по второй окружности.
  4. 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.
  5. 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 К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. – расчетное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для крайних элементов (МПа); К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. – толщина крайних элементов; К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. – 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 К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– расчетное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для средних элементов (МПа); К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. – толщина средних элементов; – расчетная несущая способность одного среза из условия изгиба нагеля К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– 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 К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где а – толщина крайних элементов (см); d – диаметр нагеля (см). – расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия средних элементов К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где c – толщина средних элементов (см). – расчетная несущая способность одного среза из условия изгиба нагеля К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях., 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 К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– нормативная несущая способность одного среза нагеля (кН); К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– нормативное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для крайних элементов (МПа); К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. – толщина крайних элементов. – расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия смятия древесины средних элементов К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– нормативное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде для средних элементов (МПа); К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– толщина средних элементов. – расчетная несущая способность одного среза нагеля из условия изгиба нагеля К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– нормативный момент пластической деформации нагеля, определяемый по формуле: К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. где К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– нормативное сопротивление растяжению. К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– масштабный коэффициент для нормативного сопротивления смятию древесины определяемый по формуле: К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях.– нормативное сопротивление связи выдергиванию. В вышеприведенных формулах первое слагаемое – несущая способность по теории Джохансена, а второе слагаемое, нормативное сопротивление связи выдергиванию К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. – учёт эффекта нити. Второе слагаемое, учитывающее эффект нити, ограничивается по величине, в процентном отношении от несущей способности по теории Джохансена. Если величина К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. не определена, то расчет можно вести без учета эффекта нити. В нагелях эффект нити отсутствует и, следовательно, К вопросу конструирования карнизного узла клеедощатой деревянной рамы из прямолинейных элементов на стальных цилиндрических нагелях. принимается равным нулю.

Особенности расчета карнизного узла по СНиП и по ТКП ЕН

СНиПТКП 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

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

Расчет ведется с учетом ослаблений поперечного сечения:

a) — учитываются все ослабления       b) — имеются коэффициенты условия работы c) — расчет ведется по деформированной схемеa) — 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 документнагели расставлены по одной окружности разрушениенагели расставлены по двум окружностям
nнаг, шт.Rid, кН 1наг.[Rid], кН 1наг.Разм.риг.Разм. ст.σ, мПа[σ], кНРазруш.nнаг, шт.Rid, кН 1наг.[Rid], кН 1наг.Разм.риг.Разм. ст.σ, мПа[σ], кНРазруш.
1 ТКП 45-5.05-146-20092920.8420.5891*1402*891*900.7461нагели4018.2520.5792*1402*792*900.971элемент
2ТКП EN 1995-1-1-20091929.9831.52792*1402*792*900.5911Болт2925.7226.79759*1402*759*900.6581Болт
2124.7825.22858*1402*858*900.51Нагель3220.6521.43825*1402*825*900.5561Нагель
3ÑÍèÏ II-25-803017.1617.22957*1402*957*900.651нагели4117.8817.22792*1402*792*900.991нагель
 

Выводы

  1. 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.
  2. 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..
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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».