Деревянные стойки

Нагрузки воспринимаемые плоскими несущими конструкциями покрытия (балки, арки покрытия, фермы), передаются на фундамент через стойки или колонны.

В зданиях с деревянными несущими конструкциями покрытия целесообразно применять деревянные стойки, хотя иногда возникает необходимость установки железобетонные или металлические колонны.

Деревянные стойки являются сжатыми или сжато-изгибаемыми несущими конструкциями, опирающимися на фундаменты. Их применяют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытие или перекрытие, в виде стоек подкосных систем, в виде жестко заделанных стоек однопролетных или многопролетных рам.

По конструкции их можно подразделить на стойки клееные и стойки из цельных элементов.

Клееные стойки

Дощатоклееные и клеефанерные стойки являются элементами заводского изготовления.

Рисунок 1 - Дощатоклееные стойки

а) постоянного прямоугольного и квадратного сечения;

б) переменного прямоугольного сечения

Рисунок 2 - Клеефанерные стойки

Клееные стойки могут иметь больше поперечное сечение и высоту до 8-10 м. Для их изготовления используют древесину 2 и 3 сортов. Достоинства таких стоек состоят в их индустриальности, простоте транспортирования и монтажа.

Стойки из цельных элементов

Подразделяются на следующие виды:

1) в виде одиночного бруса или бревна

Рисунок 3 - Стойки из одиночных бревен и брусьев

Такие стойки обладают сравнительно небольшой несущей способностью. Их высота и размер поперечного сечения ограничено сортаментом лесоматериалов.

В этих стойках применяют обычно шарнирное опирание на фундамент.

2) Стойки в виде элементов составного сечения набранного из двух или нескольких брусьев, досок или бревен, соединенных болтами или другими податливыми связями

Рисунок 4 – Составные брусчатые стойки

а) сплошная; б) сквозная с прокладками; 1 – брусья; 2 – болты; 3 - прокладки

Рисунок 5 – Составная стойка из досок

Стойки составного сечения так же имеют высоту, ограниченную сортаментом, однако, их несущая способность может существенно выше по сравнению со стойками из одиночного сечения.

Соединения, применяемые для сплачивания этих стоек (болты, гвозди, шпонки) являются податливыми, что увеличивает гибкость стоек и должно быть учтено при расчете.

Решетчатые стойки

Применяют чаще всего как сжато-изогнутые стойки рам. Они могут быть с параллельными поясами или с одним наклонным поясом. Разновидностью последней являются треугольные стойки.

Рисунок 6 – Решетчатые стойки

а) прямоугольная; б) треугольная

Элементы решетчатых стоек соединяются в узлах на болтах.

Рисунок 7 – Сечение решетчатой стойки

а) пояса из двух ветвей, решетка из одного; б) пояса и решетка из одной ветви

Если решетка выполнена из одной ветви, а пояса – из двух (рис. 7а), то решетка пропускается между ветвями поясов и крепится непосредственно к последним. Если пояса и решетка выполняются одноветвевыми (рис. 7б), то соединение элементов решетки с поясами выполняется встык, и узлы конструируются со стальными накладками на болтах.

Стойки с параллельными поясами могут быть ступенчатыми. В этом случае на более высокий наружный пояс опираются несущие конструкции покрытия, а на внутренний – подкрановые балки.

Расчет стоек

Вычисление усилий в стойках производят с учетом приложенных к стойке нагрузок.

Средние стойки

Средние стойки каркаса здания работают и рассчитываются как центрально сжатые элементы на действие наибольшего сжимающего усилия N от собственного веса всех конструкций покрытия (G) и снеговой нагрузки и снеговой нагрузки (Рсн).

Рисунок 8 – Нагрузки на среднюю стойку

Расчет центрально сжатых средних стоек производят:

а) на прочность

,

где - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

- площадь нетто поперечного сечения элемента;

б) на устойчивость

,

где – коэффициент продольного изгиба;

– расчетная площадь поперечного сечения элемента;

Нагрузки собираются с площади покрытия по плану, приходящейся на одну среднюю стойку ().

Рисунок 9 – Грузовые площади средней и крайней колонн

Крайние стойки

Крайняя стойка находится под действием продольных по отношению к оси стойки нагрузок (G и Рсн), которые собираются с площади и поперечных , и Х. Кроме этого от действия ветра возникает продольная сила .

Рисунок 10 – Нагрузки на крайнюю стойку

G – нагрузка от собственного веса конструкций покрытия;

Рсн – нагрузка от веса снегового покрова;

- вертикальная ветровая нагрузка;

- ветровая нагрузка от ветра слева (напор ветра);

– ветровая нагрузка (отсос) при ветре справа;

Х – горизонтальная сосредоточенная сила, приложенная в точке примыкания ригеля к стойке.

В случае жесткой заделки стоек для однопролетной рамы:

Рисунок 11 – Схема нагрузок при жестком защемлении стоек в фундаменте

где - горизонтальные ветровые нагрузки соответственно от ветра слева и справа, приложенные к стойке в месте примыкания к ней ригеля.

где - высота опорного сечения ригеля или балки.

Влияние сил будет существенно, если ригель на опоре имеет значительную высоту.

В случае шарнирного опирания стойки на фундамент для однопролетной рамы:

 

Рисунок 12 – Схема нагрузок при шарнирном опирании стоек на фундаменте

Для многопролетных рамных конструкций при ветре слева p₂ и w₂, а при ветре справа p₁ и w₂ будут равны нулю.

Крайние стойки рассчитываются как сжато-изгибаемые элементы. Значения продольной силы N и изгибающего момента M принимаются для такого сочетания нагрузок, при котором возникают наибольшие сжимающие напряжения.

Эксцентриситет равен:

Рекомендуется определять как max при следующих сочетаниях нагрузок:

1) 0.9(G + P_c + ветер слева)

2) 0.9(G + P_c + ветер справа)

3) G + P_c

Для стойки, входящей в состав рамы, максимальный изгибающий момент берут как max из вычисленных для случая ветра слева М_л и справа М_пр:

,

где е – эксцентриситет приложения продольной силы N, которая включает наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок G, P_c, P_b – каждая со своим знаком.

Эксцентриситет для стоек с постоянной высотой сечения равен нулю (е = 0), а для стоек с переменной высотой сечения берется как разность между геометрической осью опорного сечения и осью приложения продольной силы.

Расчет сжато – изогнутых крайних стоек производится:

а) на прочность:

б) на устойчивость плоской формы изгиба при отсутствии закрепления или при расчетной длине между точками закрепления l_p > 70b²/n по формуле:

Геометрические характеристики, входящие в формулы, вычисляются в опорном сечении. Из плоскости рамы стойки рассчитывают как центрально сжатый элемент.

Расчет сжатых и сжато-изогнутых составного сечения производится по приведенным выше формулам, однако при вычислении коэффициентов φ и ξ в этих формулах учитывается увеличение гибкости стойки за счет податливости связей, соединяющих ветви. Эта увеличенная гибкость названа приведенной гибкостью λ_n.

Расчет решетчатых стоек можно свести к расчету ферм. При этом ветровая равномерно распределенная нагрузка сводится к сосредоточенным грузам в узлах фермы. Считается, что вертикальные силы G, P_c, P_b воспринимаются только поясами стойки.

Узлы стоек

В верхнем узле, где на стойку опирается несущая конструкция покрытия, стойка испытывает смятие вдоль волокон.

Рисунок 13 – Узел опирания балки на стойку

Этот узел имеет однотипное решение для стоек различных видов.

Опорный узел

Для стоек из цельных элементов и для клееных стоек, работающих на сжатие, опорный узел решается простым упором стойки в стальной башмак, который прикреплен к фундаменту анкерными болтами. Стойки крепят к башмаку болтами, диаметр и число которых определяется по конструктивным соображениям.

В сжато-изгибаемых жестко заделанных стойках узел может быть осуществлен в виде анкерных столиков, прикрепленных к стойке болтами.

Узел воспринимает продольную силу N и изгибающий момент М.

Рисунок 14 – Узел опирания стойки на фундамент

Расчет опорного крепления производят при сочетании нагрузок, вызывающих наибольшее растягивающее усилие N_р в крепежных элементах:

где N и M продольная сила и изгибающий момент в опорном сечении

- учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы,

е – плечо сил N_р и N_е.

По наибольшему значению N_р вычисляют число анкерных болтов, располагаемых с одной стороны стойки.

Сила N воспринимается смятием стойки вдоль волокон.