Проектирование дощатоклееных конструкций покрытия и несущего каркаса одноэтажного промышленного здания Вариант №23

ПЗ.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра металлических и деревянных конструкций
«Основы технологии возведения зданий и специальных сооружений»
Руководитель курсового проекта
(ученое звание ученая степень должность Ф.И.О.)
(дата подпись руководителя)
Курсовой проект защищен с оценкой
(оценка цифрой и прописью)
Председатель аттестационной комиссии
(дата подпись члена комиссии)
Металлических и деревянных конструкций
Конструкции из дерева и пластмасс
НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Тема курсового проекта: «Проектирование дощатоклееных конструкций
покрытия и несущего каркаса одноэтажного промышленного здания»
Исходные данные к курсовому проекту: Место строительства тип конструкции покрытия тип несущих конструкций каркаса здания шаг несущих конструкций пролет несущих конструкций уклон кровли объемный вес утеплителя дополнительные параметры несущих конструкций каркаса здания.
Содержание текстовой части (перечень подлежащих решению задач): Введение – обоснование актуальности темы курсового проекта расчет ограждающих конструкций покрытия расчет несущих конструкций каркаса здания расчет узлов мероприятия по защите конструкций от биологического поражения и пожарной опасности библиографический список
Перечень графического материала: (с указанием обязательных материалов) монтажная схема каркаса здания продольный поперечный разрезы здания конструкция покрытия несущие конструкции здания узлы конструкций спецификация примечания
График выполнения курсового проекта:
Наименование этапа выполнения курсового проекта
Процент выполнения курсового проекта %
Выполнение расчетной части курсового проекта
Выполнение графической части курсового проекта
Оформление пояснительной записки
Загрузка файлов(а) КП в ЛКС
Дата выдачи задания: 09.03.2021
Срок представления КП руководителю – последняя неделя периода теоретического обучения семестра
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.3
РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ.4
РАСЧЕТ ГНУТОКЛЕЕНОЙ РАМЫ КАРКАСА.9
РАСЧЕТ ОПОРНОГО УЗЛА.23
РАСЧЕТ КОНЬКОВОГО УЗЛА26
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК30
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.
Наименование показателей
Конструкция покрытия
Шаг поперечных рам м
Пролет поперечной рамы м
Объемный вес утеплителя кНм3
Высота рамы в карнизном узле м
РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ.
Компоновка рабочего сечения плиты.
Длина клеефанерной плиты:
где мм – шаг поперечных рам в плане;
мм – технологический зазор для стыковки плит покрытия.
Ширина клеефанерной плиты :
где – ширина плиты при гнутоклееной поперечной раме.
Толщина фанерных обшивок принимается равной tф = 8 мм. Сечения продольных ребер – досок согласно сортаменту принимаются 150х40 мм. После четырехстороннего фрезерования габариты составят 142х32 мм.
Расчетный пролет плиты покрытия:
Высота клеефанерной плиты:
Проверка верхней фанерной обшивки на местный изгиб.
Расстояние между ребрами в свету:
Затем определяется изгибающий момент в обшивке шириной 1000 мм по формуле:
где P = 12 кН – вес монтажника с оборудованием с учетом коэффициента надежности по нагрузке равного 12.
Определяется момент сопротивления полосы фанерной обшивки шириной 1000 мм по формуле:
где bn = 1000 мм – ширина рассматриваемой полосы;
tf = 8 мм – толщина фанерного листа обшивки.
Определяются напряжения от изгиба сосредоточенной силой по формуле:
Таблица 1. Сбор нагрузок на плиту покрытия
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности
Расчетная нагрузка кНм2
Продольные ребра каркаса
Поперечные ребра каркаса
Пароизоляционная мембрана
Итого постоянная нагрузка
Временная снеговая нагрузка
Итого полная нагрузка
Полная погонная нагрузка составляет:
Нормативная: qn = 0898 148 = 1329 кНм;
Расчетная: qр = 1159 148 = 1715 кНм.
Определение геометрических характеристик сечения.
Определяется расчетная ширина фанерной обшивки по формуле:
Приведенный момент инерции клеефанерной плиты:
где – коэффициент приведения;
Eдр = 10000 МПа – модуль упругости древесины;
Eф = 9000 МПа – модуль упругости фанерных обшивок.
Приведенный момент сопротивления сечения плиты:
Определяется приведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси по формуле:
Расчет клеефанерной плиты покрытия по I группе предельных состояний.
Определяются максимальный момент и поперечная сила возникающие в плите по формулам:
Выполняется проверка прочности нижней обшивки по формуле:
где - коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки на усовом соединении;
= 21 МПа расчетное сопротивление растяжению вдоль волокон фанеры ФСФ сорта III семислойной толщиной 8 мм;
= 066 - коэффициент длительной прочности соответствующий режиму длительности загружения;
= 1 - коэффициент учитывающий условия эксплуатации.
Выполняется проверка устойчивости верхней обшивки по формуле:
При расстоянии между продольными ребрами с = 440 мм и толщине фанеры tf = 8 мм отношение с tf = 4400 8 = 55 > 50. В этом случае:
Тогда напряжения в сжатой обшивке равны:
Выполняется проверка на скалывание по клеевому шву:
Тогда касательные напряжения определяются по формуле:
Расчет клеефанерной плиты покрытия по II группе предельных состояний.
Расчетный прогиб плиты покрытия определяется по формуле:
где 07 - коэффициент учитывающий снижение жесткости плит со временем.
Предельный прогиб панели определяется по формуле:
Клеефанерная плита покрытия изображена на рисунке 1.1.
Рисунок 1. Клеефанерная плита покрытия.
РАСЧЕТ ГНУТОКЛЕЕНОЙ РАМЫ КАРКАСА.
Определение геометрических размеров рамы.
Определяется расчетный пролет рамы по формуле:
Согласно исходным данным уклон кровли составляет α = 16°. Для такого угла: s cos(16°) = 0961; tg(16°) 0287. В этом случае высота рамы в коньке определяется по формуле:
Радиус изогнутой части рамы принимается равным: Rгн 3 м.
Определяется угол в карнизной гнутой части рамы между осями наклонного ригеля и стойки по формуле:
= 90° + = 90° + 16° = 106°
Максимальный изгибающий момент будет возникать в среднем сечении гнутой части рамы которое является биссектрисой этого угла тогда:
s cos() = 0602; tg() = 1327.
Определяется центральный угол гнутой части рамы в градусах и радианах по формулам:
s cos() = 0799; tg() = 0753.
Определяется длина стойки от опоры до начала гнутой части рамы по формуле:
Определяется длина гнутой части рамы по формуле:
Тогда длина прямолинейной ригельной части рамы определяется по формуле:
Тогда длина полурамы определяется по формуле:
Определение нагрузок на поперечную раму.
Определяется нормативно значение собственного веса рамы по формуле:
где – нормативная нагрузка от покрытия здания;
– характеристика собственного веса рамы;
– снеговая нагрузка.
Таблица 2 Сбор нагрузок на поперечную раму каркаса
Собственный вес покрытия с учетом уклона
Собственный вес рамы
Определяется нормативная и расчетная погонные нагрузки:
Статический расчет поперечной рамы каркаса.
Определяются вертикальные и горизонтальные реакции рамы по формулам:
Определяется максимальный изгибающий момент в раме возникающий в центральном сечении гнутой части. Координаты x и y точки с максимальным моментом определяются по формулам:
Тогда изгибающий момент М и продольная сжимающая сила N в данной точке равны:
Подбор сечения криволинейного участка рамы.
Ширина досок принимается b = 140 мм толщина досок – = 19 мм.
Расчетное сопротивление сжатию и изгибу для сосны II сорта определяется по формуле:
Определяется требуемая высота сечения рамы в месте максимального момента:
Требуемое количество слоев:
принимаем 45 слоев по 19 мм.
Тогда высота изогнутого сечения будет равна:
Определяются геометрические характеристики принятого сечения:
Определяется высота рамы в коньковом сечении из условия: hк> 03hгн:
Тогда количество слоев определяется по формуле: слоев принимаем 15 слоёв: .
Определяется высота рамы в опорном сечении из условия: hоп> 04hгн:
Тогда количество слоев определяется по формуле: слоев принимаем 17 слоёв: .
Окончательно принимаем:
Проверка биссектрисного сечения рамы.
Записываются коэффициенты условий работы к расчетным сопротивлениям:
Расчетное сопротивление сжатию и изгибу для сосны II сорта:
Расчетное сопротивление растяжению для сосны II сорта:
Для элементов переменного по высоте сечения коэффициент φ следует умножить на коэффициент КЖN:
Определяется гибкость элемента по формуле:
Изгибающий момент по деформированной схеме определяется по формуле:
Для криволинейного участка при отношении прочность следует проверять для наружной и внутренней кромки с введением коэффициентов и к расчетному моменту сопротивления :
Расчетные моменты сопротивления с учетом влияния кривизны:
Определяются напряжения по сжатой внутренней кромке:
Напряжение по растянутой наружной кромке:
Условие прочности по сжатию и растяжению удовлетворяется.
Выбранное сечение не задействовано в работе конструкции на 1136% что приводит к перерасходу материала. Требуется перекомпоновать сечение рамы.
Перекомпоновка сечения рамы.
Принимается 43 слой по 19 мм.
Тогда высота изогнутого сечения будет равна:
Геометрические характеристики принятого сечения:
Высота рамы в коньковом сечении hк> 03hгн:
Тогда количество слоев определяется по формуле: слоев принимаем 14 слоев:
Высота рамы в опорном сечении из условия: hоп> 04hгн:
Тогда количество слоев определяется по формуле: слоев принимаем 21 слой:
Коэффициенты условий работы к расчетным сопротивлениям:
Расчетное сопротивление древесины сосны 2 сорта сжатию и изгибу:
Расчетное сопротивление древесины сосны 2 сорта растяжению:
Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы
Рама раскреплена из плоскости:
В покрытии по наружной кромке клеефанерными плитами
По наружной кромке стойки стеновыми панелями
Точку перегиба момента т.е. координаты точки с нулевым моментом находим из уравнения моментов приравнивая его к нулю:
Точка перегиба эпюры моментов соответствует координатам:
Тогда расчетная длина растянутой зоны имеющей раскрепления по наружной кромке определяется по формуле:
Расчетная длина сжатой зоны раскрепленной кромки ригеля определяется по формуле:
Проверку устойчивости плоской формы деформирования производим для двух участков по формуле:
Для сжатого участка находим максимальную высоту сечения из отношения:
Тогда гибкость всего элемента относительно оси y:
Коэффициент продольного изгиба:
Коэффициент для изгибаемых элементов прямоугольного постоянного поперечного сечения шарнирно закрепленных от смещения из плоскости изгиба и закрепленных от поворота вокруг продольной оси в опорных сечениях определяется по формуле:
где коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке lр2
Площадь расчетного сечения:
Расчетный момент сопротивления поперечного сечения:
Показатель степени n=2 так как на данном участке нет раскреплений растянутой зоны. (Рис.2) Находится максимальный момент и соответствующая ему продольная сила на расчетной длине 2851 (м) при этом горизонтальная проекция этой длины определяется по формуле:
Максимальный момент будет в сечении с координатами x2 и y2:
Продольная сила в сечении с координатой x2:
Гибкость всего элемента относительно оси x:
Определяется расчетное сопротивление древесины сжатию по формуле:
Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента определяется по формуле:
Момент по деформируемой схеме:
При расчете элементов переменного по высоте сечения не имеющих раскреплений из плоскости по растянутой кромке или при числе закреплений коэффициенты и следует дополнительно умножать соответственно на коэффициенты и в плоскости yz:
Тогда произведение коэффициентов равно:
Выполняется проверка устойчивости по формуле:
Проверка выполняется.
Производим проверку устойчивости плоской формы деформирования растянутой зоны на расчетной длине где есть раскрепление растянутой зоны. Гибкость элемента определяется по формуле:
Тогда коэффициент продольного изгиба определяется по формуле:
При раскреплении растянутой кромки рамы из плоскости коэффициент необходимо умножить на коэффициент а на коэффициент
Поскольку верхняя кромка рамы раскреплена плитами покрытия и число закреплений m>4 величину следует принимать равной 1 тогда:
где центральный угол в радианах определяющий участок элемента кругового очертания.
Выполняется проверка устойчивости плоской формы деформирования по формуле:
Общая устойчивость плоской формы деформирования полурамы обеспечена с учетом наличия раскреплений по наружному контуру.
Рисунок 2 Гнутоклеёная рама из прямоугольных элементов
РАСЧЕТ ОПОРНОГО УЗЛА.
Вертикальная опорная реакция: ;
Горизонтальная опорная реакция: .
Площадь поперечного сечения в опорном узле:
Определяются напряжения смятия по формуле:
где – расчётное сопротивление смятию вдоль волокон.
Требуемая высота диафрагмы (из расчёта на смятие рамы поперёк волокон от действия распора):
где - расчётное сопротивление смятию поперек волокон местное.
Принимаем высоту диафрагмы .
Рассчитываем опорную вертикальную диафрагму воспринимающую распор на изгиб как балку частично защемленную на опорах с учетом пластического перераспределения моментов.
Требуемый момент сопротивления вертикальной диафрагмы:
где – расчетное сопротивление стали по пределу текучести.
Определяется момент сопротивления по формуле:
Момент сопротивления определяется по формуле:
где толщина диафрагмы. Тогда толщина определяется по формуле:
Предварительно принимаются размеры опорной плиты:
Длина опорной плиты:
Для крепления башмака к фундаменту принимаем анкерные болты d = 20 мм имеющие следующие геометрические характеристики:
Анкерные болты работают на срез от действия распора. Определяется срезающее усилие по формуле:
где 085 – коэффициент учитывающий возможный перекос конструкции при монтаже.
Напряжение среза определим по формуле:
где – расчетное сопротивление срезу болтов.
Условие прочности анкерных болтов выполняется.
Рисунок 3. Опорный узел
РАСЧЕТ КОНЬКОВОГО УЗЛА
Выполняется проверка торца рамы на смятие. Площадь торца рамы в коньке определяется по формуле:
Усилие вызывающее смятие: = H = 2509 кН
Определяется расчетное сопротивление древесины смятию под углом 16°:
Выполняется проверка торца рамы на смятие по формуле:
Выполняется расчет и конструирование конькового узла. Максимальная поперечная сила в коньковом узле возникает при несимметричной временной снеговой равномерно распределенной нагрузке по половине пролета которая воспринимается парными накладками на болтах. Поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке определяется по формуле:
Усилия действующие на болты присоединяющие накладку к поясу определяются по формуле:
где расстояние между первым рядом болтов в узле; расстояние между вторым рядом болтов.
Принимаем отношение расстояний при расстановке нагелей 13 чтобы получить меньшие значения усилий. Определяются усилия во втором ряду узлов:
Принимаются болты диаметром 20 мм. Расчетная несущая способность 1 среза 1 нагеля определяется по формуле:
где толщина крайних элементов равная ; для стальных нагелей диаметром 20 мм.
Несущая способность соединения:
Смятие крайних элементов-накладок при угле смятия 90°:
Смятие среднего элемента рамы при угле смятия 90°– α = 90°–16° = 74°:
где толщина средних элементов равная b.
Расчетная несущая способность соединения – наименьшая из величин – смятие крайних элементов при угле 90O:
Необходимое количество болтов в ближайшем к торцу ряду:
Количество болтов во втором ряду:
Принимается расстояние между цилиндрическими нагелями вдоль волокон: . Принимаем 150 мм.
Ширину накладки принимаем ≥ 10·d = 10·20 = 200 мм согласно сортаменту деревянных элементов примем ширину накладки 250 мм.
Расстояние между болтами поперек волокон:
Расстояние от края накладки до болтов поперек волокон:
Изгибающий момент в накладках:
Определяется момент инерции накладки ослабленной отверстием диаметром 20 мм.
Определяется момент сопротивления накладки по формуле:
Выполняется проверка накладки на изгиб:
где 2 - количество накладок.
Условие выполняется с запас
Рисунок 4 Коньковый узел
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
) СП 64.13330.2017 "Деревянные конструкции
) СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия
) ГОСТ 27751-2014 "Надежность строительных конструкций и оснований".
) ГОСТ 9573-2012 Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные. Технические условия
) ГОСТ 10923-93 Рубероид. Технические условия (с Изменением №1)
) ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород. Размеры.
) Пособие по проектированию деревянных конструкций к СНИП II -25-80
) Проектирование и расчёт конструкций из дерева и пластмасс. Москва МГСУ 2019.
) Конструкции из дерева и пластмасс. Учебник. Филимонов Э.В. Гаппоев М.М. Гуськов И.М. Издательство АСВ 2016 г.

Дерево.dwg

НИУ МГСУ 08.05.01 ИСА 5-62 КР 2020
Кафедра железобетонных и каменных конструкций.
Основы технологии возведения зданий и специальных сооружений.
Проектирование несущих конструкций здания с пространственным покрытием в виде оболочки положительной гауссовой кривизны
Схема армирования колонны К1. Схема армирования контурного бруса Б1. Разрезы А-А
Утеплённая клеефанерная плита покрытия М1:20
Фанерная обшивка - 8
Пароизоляционная мембрана 1 слой
Минеральная вата - 100
Воздушный зазор - 42
Мягкая кровля 3 слоя
Гнутоклеёная рама из прямоугольных элементов Р1 каркаса здания. М1:40
Конструктивная схема расположения несущих элементов покрытия. М1:200
Выборка основных материалов на здание
Спецификация металлических элементов на раму Р1
Спецификация деревянных элементов на раму Р1
Гнутоклееная полурама
Материал деревянных элементов - сосна II сорт
влажность W=12%; 2. Материал стальных изделий сталь С245 ГОСТ 27772-88*; 3. Клей - фенольно-резорциновый ФРФ-50М; 4. Сварку выполнять электродами Э42А; 5. Фанера влагостойкая шлифованная березовая ФСФ сорт III.
НИУ МГСУ 08.05.01 ИСА 5-62 2021
Кафедра металлических и деревянных конструкций.
Проектирование дощатоклееных конструкций покрытия и несущего каркаса одноэтажного промышленного здания
План каркаса здания М1:200; Клеефанерная плита покрытия М1:20; Дощатоклееная полурама из прямоугольных элементов Р1 М1:40; Узел 1 М1:10; Узел 2 М1:10; Спецификации.