Нормативная масса колонны, длиной: Нк = 400 cм и поперечным сечением: bкhк = 15х15 cм составляет: Gк = 0.515 кН; g = 500 кг/м3 – удельный вес древесины. Грузовая ширина – с учетом карнизных участков покрытия: (17.0 + 0.6)/2 = 8.80 м

Определение ветровой нагрузки по [2, форм. 6]:

wi = gf ωо k ci ℓк, где:

gf = 1.4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке [2, п. 6. 11];

ωо = 0.230 кН/м2 – нормативный скоростной напор ветра для г. Н.Новгород по [2, табл. 5, прил. 5];

k = 0.65 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте до 5 м;

сi – аэродинамический коэффициент [2, прил. 4];

ℓк = 6.0 м – шаг колонн по заданию.

Таблица 7. Ветровые нагрузки на колонну

Учитывая приблизительное равенство коэффициентов се1 и се2 по покрытию, влиянием горизонтальных составляющих ветровой нагрузки пренебрегаем.

4.2. Определение изгибающих моментов в колоннах

Нормальная жесткость ригеля EIр принимается бесконечно большой. Определение значений неизвестных усилий, приложенных в направлениях продольной оси ригеля от ветрового давления:

Максимальный изгибающий момент в опорном сечении колонны от ветрового давления на уровне обреза фундаментов Lк = 350 см:

4.2.1. Расчетные сочетания нагрузок

Возможные сочетания воздействующих на колонну постоянных и временных нагрузок.

1. Постоянная и одна временная (коэффициент сочетания нагрузок: с = 1.0):

a) постоянная + снеговая:

Nа = Nmax =32.843 + 126.720 = 159.563 кН;

Ма = 0

b) постоянная + ветровая:

Nа =33.513 кН;

Ма = Mmax = 485.576 кН∙см

2. Постоянная + снеговая + ветровая (коэффициент сочетания нагрузок: с = 0.9):

Nа =32.843 + 124.312 ∙ 0.9 = 146.891 кН;

Ма = 485.576 ∙ 0.9 = 437.018 кН∙см

4.2.2. Конструктивные параметры колонны

Проверка принятого сечения. Достаточный радиус инерции поперечного сечения:

, где:

mz = 2 – коэффициент приведения длины в плоскости изгиба;

lпр = 120 – ограничение предельной гибкости сжатых и сжато–изгибаемых элементов.

Требуемая высота поперечного сечения колонны:

Расчет аналогично из плоскости изгиба, при m у = 1:

Требуемая ширина поперечного сечения колонны:

Принимаем высоту сечения колонны: hк = 30 см, т.е. h1 = h2 = 15 см ширину сечения: bк = 15 см. Геометрические параметры поперечного сечения:

Материал – сосна 2-го сорта; Rс = Rи = 1,5 кН/см2; Е = 450 кН/см2. Характеристики средств соединения: нагельные пластины НПСТ12Г6к; d = 6 мм; nн = 12; Тн = 1.4 кН; Тс = Тн d = 1.4 ∙ 12 = 16.8 кН; dс = 0.1 см; Dс = 0.2 см.

Расчетное количество нагельных пластин по длине плоскости соединения элементов:

принимаем 10 нагельных пластин.

М = WцRc – виртуальный изгибающий момент возможный при потере устойчивости колонны.

4.5. Конструктивный расчет колонны

Расчет колонны производится при двух сочтаниях нагрузок: Nmax – Mсоотв сочетание 1а; Мmax – Nсоотв сочетание 2. Из двух вариантов 1б и 2 наиболее опасным является последнее, так как при почти одинаковых изгибающих моментах: 1б – Ма =485.576 кНсм, 2 – Ма =437.018 кНсм, продольная сила в сочетании 2 – Nа = 146.891 кН, существенно выше, чем в сочетании 1б – Nа = 33.513 кН; в результате чего увеличивается и напряжение сжатия и величина расчетного изгибающего момента, определяемого с учетом деформационных приращений.

4.5.1. Расчет колонны при сочетании нагрузок 1а (центральное сжатие)

Расчетные усилия: Na = 159.563 кН; Ма = 0. Напряжение от изгибающего момента при таком варианте загружения существенно меньше напряжения от продольного сжатия:

,

т.е., согласно [1, п. 14.17.5], производится расчет колонны как центрально-сжатого стержня.

Поверочный расчет принятого поперечного сечения составных элементов.

Жесткость принятых средств соединения:

;

Деформативность соединения по шву:

;

Смещение составляющих элементов:

;

Смещение в составном стержне (при nc = 5):

;

Параметр mi (для определения коэф-та ki):

;

Коэффициент приведения:

;

Гибкость колонны в плоскости изгиба:

Критическая сила (расчет на устойчивость):

Устойчивость колонны с принятым сечением в плоскости рамного поперечника обеспечена

4.5.2. Расчет колонны при втором сочетании нагрузок (сжатие с изгибом)