Деревянные стойки. 
Конструкции из дерева и пластмасс

Нагрузки, воспринимаемые плоскими несущими конструкциями покрытия (балками, арками, фермами), передаются на фундамент через стойки (колонны).

В зданиях с деревянными несущими конструкциями покрытия целесообразно применять деревянные стойки, хотя иногда возникает необходимость установки железобетонных или металлических колонн.

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 9.1 — Дощатоклееные стойки.

а — постоянного прямоугольного и квадратного сечения; б — переменного прямоугольного сечения.

Рисунок 9.2 — Клеефанерные стойки Клееные стойки могут иметь большее 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 9.3 — Стойки из одиночных бревен и брусьев Такие стойки обладают сравнительно небольшой несущей способностью. Их высота и размер поперечного сечения ограничены 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 9.4 — Составные брусчатые стойки.

а — сплошная; б — сквозная с прокладками; 1 — брусья; 2 — болты; 3 — прокладки.

Рисунок 9.5 — Составная стойка из досок Стойки составного сечения так же имеют высоту, ограниченную сортаментом, однако, их несущая способность может быть существенно выше по сравнению со стойками из одиночных брусьев (бревен).

Соединения, применяемые для сплачивания этих стоек (болты, гвозди, шпонки) являются податливыми. Податливость увеличивает гибкость стоек и должна быть учтена при расчете.

Решетчатые стойки

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

Рисунок 9.6 — Решетчатые стойки, а — прямоугольная; б — треугольная Элементы решетчатых стоек соединяются в узлах на болтах.

Рисунок 9.7 — 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 (рисунок 9.7а), то решетка пропускается между ветвями поясов и крепится непосредственно к поясам. Если пояса и решетка выполняются одноветвевыми (рисунок 9.7б), 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 ним 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 (Р_сн).

Рисунок 9.8 — 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 грузовой площади покрытия, приходящейся на одну среднюю стойку () в соответствии с рисунком 9.9.

Рисунок 9.9 — Грузовые площади средней и крайней колонн Крайние стойки Крайняя стойка находится под действием продольных по отношению к оси стойки нагрузок (G и Р_сн), которые собираются с площади S_ср и поперечных нагрузок, и Х. Кроме этого от действия ветра возникает продольная сила .

Рисунок 9.10 — Нагрузки на крайнюю стойку.

G — нагрузка от собственного веса конструкций покрытия; Р_сн — 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 однопролетной рамы:

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.

Рисунок 9.11 — Схема нагрузок при жестком защемлении стоек в фундаменте В случае шарнирного опирания стойки на фундамент для однопролетной рамы:

Рисунок 9.12 — Схема нагрузок при шарнирном опирании стоек на фундамент Для многопролетных рамных конструкций при ветре слева P₂ и W₂, а при ветре справа P₁ и W₁ 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. Максимальные значения М и N следует определять при следующих сочетаниях нагрузок:

• 1) 0,9(G + P_cн + ветер слева)
• 2) 0,9(G + P_cн + ветер справа)
• 3) G + P_cн + P_в.

Для стойки, входящей в состав рамы, максимальный изгибающий момент берут как максимальный 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_cн, Р_в — каждая со своим знаком.

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

Расчет сжато-изгибаемых крайних стоек производится:

а) на прочность.

;

Рисунок 9.13 — Определение эксцентриситета для стоек переменной высоты сечения.

е=(h_н — h_в)/2.

б) на устойчивость плоской формы деформирования.

.

Геометрические характеристики, входящие в вышеприведенные формулы, вычисляются для опорного сечения.

Из плоскости рамы стойки рассчитывают как центрально сжатые элементы.

Расчет сжатых и сжато-изгибаемых стоек составного сечения производится по приведенным выше формулам, однако при вычислении коэффициентов ц и о в учитывается увеличение гибкости стойки за счет податливости связей, соединяющих ветви. Эта увеличенная гибкость названа приведенной гибкостью л_nр. Кроме того момент сопротивления сечения умножается на коэффициент k_w как при расчете составных элементов на поперечный изгиб.

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_в воспринимаются только поясами стойки.

Узлы стоек

В верхнем узле, где на стойку опирается несущая конструкция покрытия, стойка испытывает смятие вдоль волокон. Этот узел имеет однотипное решение для стоек различных видов. Принципиальное решение узла показано на рисунке 9.14.

Рисунок 9.14 — Узел опирания балки на стойку.

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 конструктивными требованиями.

В сжато-изгибаемых жестко заделанных стойках узел может быть осуществлен с помощью большого количества вариантов, например, с использованием анкерных столиков, прикрепленных к стойке болтами.

Узел воспринимает продольную силу N и изгибающий момент М.

Рисунок 9.15 — Узел опирания стойки на фундамент [6]: 1 — нижняя часть клеедощатой стойки; 2 — фундамент; 3 — гидроизоляционный слой;4 — стяжные болты; 5 — анкерные болты; 6 — упорный столик анкерного болта.

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;

— коэффициент, учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле.

е — плечо сил N_р и N_е

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