Конструирование и расчет однопролетного производственного здания г. Хабаровск

Конструирование и расчет однопролетного производственного здания.dwg

Конструкция прогона ПР-1
Стропильные ноги 50х100
Оцинкованный профнастил
монолитный фундамент
Стальные полосы-анкеры
Металлическая пластина
Спецификация к сборной конструкции
Схема связей М 1:200
Горизонтальные связи
Материал несущих конструций: сосновые
Все металлические элементы
сваркой электродами (Э-42 ГОСТ 9467-75*)
Влажность древесины 8-12%
Сварочные соединения стальных
Технические требования
Защита от загневания-пропитка на
Защита от возгарания- пропитка
Защита от коррозии металлических
Расчет металлических элементов
Обшивка панелей - фанера марки
Утеплитель клеефанерных панелей-
заливочный фенолформальдегидный
пиломатериалы 2-сорта
выполняются из стали марок 09Г2С
элементов производим электродуговой
основе эпоксидной смолы К-153
элементов окраска лаком 2 раза
произведен в соот.со СП 16.13330.2017
( ФР-12 ТУ 6-05-281-14-77).
пенопласт ФРП-1 по ГОСТ 20907-75.
Спецификация на лесоматериалы
Спецификация на металлоизделия
Склеивание элементов фермы и колонн производить на водостойком
фенолформальдегидном клее марки КБ-3.
Все металлические элементы выполнить из стали 09Г2С ГОСТ 380-2005.
Защита от загнивания - пропитка на основе эпоксидной смолы К-153.
Защита от возгорания - пропитка МС 1:1 и ПП.
Защита от коррозии металлических элементов -окраска за 2 раз эмалью
КО 813 ГОСТ 11066-74 по грунтовке ГФ-021 ГОСТ 25129-82*.
Схема связей М 1:200

Таблица.docx

Усилия в стержнях от постоянной и временной нагрузок приведены в табл. 3.2. Они определены умножением усилий от единичной нагрузки на расчетные узловые нагрузки G и S. В той же таблице приведены расчетные усилия в стержнях фермы.
Расчетные усилия в стержнях фермы (кг)
Усилия от единичной нагрузки
Усилия от собств.веса
Усилия от S = 3365 кг

Конструирование и расчет однопролетного производственного здания.doc

Министерство образования и науки РФ
Казанский Государственный Архитектурно-строительный университет
Кафедра металлических конструкций и испытаний сооружений
«Конструкции из дерева и пластмасс»
«Конструирование и расчет однопролетного производственного здания»
Исходные данные .. .. .3
Конструирование и расчет несущих элементов покрытия .. ..3
1. Выбор конструктивной схемы .. .. . 4
2. Расчет настила .. 5
3. Расчет спаренного неразрезного прогона .. 7
Расчет и конструирование основной несущей конструкции 9
1. Выбор конструктивной схемы 10
2. Статический расчет фермы 10
3. Подбор сечения элементов фермы .16
Расчет и конструирование основной стойки каркаса 24
Расчет крепления брусчатой колонны к фундаменту 27
Защита от загнивания . 29
Защита от возгорания .31
Защита деревянных конструкций при транспортировке складировании и хранении 31
Список использованной литературы ..32
Целью выполнения курсового проекта является закрепление углубление и обобщение теоретического материала а также приобретение навыков практического применения методов расчета и конструирования при самостоятельном решении конкретной инженерной задачи.
Задачей курсового проекта является разработка проекта несущих конструкций каркаса здания и покрытия выполненных с использованием древесины.
Схема основной несущей конструкции здания – прирельсовый склад:
Основные размеры здания:
В = 60 м – шаг основных конструкций;
Район строительства – г. Хабаровск
Расчетная нагрузка от веса снегового покрова – 120 кгм2
Нормативная нагрузка от напора скоростного ветра – 38 кгм2;
Тепловой режим здания – теплый;
Сечение стоек каркаса – составная стойка из брусьев;
Тип конструкции покрытия – прогонное покрытие.
Длина здания - 11B = 11×60 = 660 м.
Конструирование и расчет несущих элементов покрытия
В качестве основного несущего элемента утепленного покрытия производственного здания принимаем одинарный настил в виде обрешетки под кровлю из профнастила с жестким утеплителем с температурно-влажностными условиями эксплуатации А2.
Место строительства – г. Хабаровск.
Утеплитель – минеральная вата ROCKWOOL (=150 p=100 кгм3)
Пароизоляция - полиэтиленовая пленка толщиной 02 мм.
Настилы – обрешетка из сосновых досок 3 сорта плотностью ρ =500 кгм3.
Класс ответственности здания II следовательно γn = 095.
1. Выбор конструктивной схемы
Принимаем покрытие с неразрезными спаренными прогонами. Ширина кровли по скату с учетом свеса:
где L - расчетный пролет принимаем L = 187 м;
При четном количестве шагов прогонов nш.пр. = 8 шаг прогонов:
Рис.2.1. Схема утепленного непроветриваемого покрытия по прогонам
- Верхний пояс фермы; 2 - Прогоны 120х150;
– Стропильные ноги 50х100; 4 Обрешетка 50х50; 5 – Листы профнастила;
Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле 10.1 [2]:
где Sg - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли принимаемое в соответствии с п. 10.2 по данным табл. 10.1 [2];
- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие принимаемый в соответствии с п. 10.4 [2].
При уклоне кровли α = 18°53’ коэффициент = 1 согласно прил. Г [2].
Тогда полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия:
S = Sg× = 120×1 = 120 кгм2.
Нормативное значение снеговой нагрузки Sо определяется умножением расчетного значения на коэффициент 07 согласно п. 10.1 [2].
Нагрузки. Согласно СП 64.13330.2011 расчет выполняется на 2 сочетания нагрузок: 1) на равномерно распределенную постоянную и снеговую нагрузку (на прочность и прогиб); 2) на собственный вес и монтажную нагрузку 2хР=100 кг (только на прочность).
Сбор нагрузок на 1 м2 покрытия
Нормативная нагрузка кгм2
Коэффициент надежности
Расчетная нагрузка кгм2
Профнастил С-21 05х1000
Минеральная вата Domrock 015х20
Рис. 2.2. Расчетные схемы настила
а) при первом сочетании нагрузок (постоянная и временная снеговая);
б) при втором сочетании нагрузок (постоянная и сосредоточенная в одном пролете от веса монтажника).
Расчет настила на первое сочетание расчетных нагрузок
Нормальная составляющая действующей нагрузки на полосу настила шириной 1 м равна
q= (g+ scos α)cos α =(179+84·0946)·0946=9211 кгм;
q= (2127+120·0946)·0946= 12751 кгм
где q q- нормативная и расчетная нагрузки.
Настил рассчитываем как двухпролетную балку. Пролеты настила равны 13 м т.е. расстоянию между осями прогонов.
Максимальный изгибающий момент на средней опоре М=0125ql=0125·12751·13= 2694кг·м.
Напряжение = МW= 2694·1008333 = 3233 кгсм где W=5·106 = 8333 см.
=3333 кгсм R·m γ = 130·12095= 1482кгсм.
γ- коэффициент надежности по назначению здания (γ=095 – для II класса).
Проверяем относительный прогиб настила по формуле
fl = 213ql(384EI) = 213·9211·10·130 (384·10·41667) = 000027 [1(150·095)] =0007.
Здесь I = 5·1012 = 41667 см; Е = 10 кгсм; [fl] = 1150 – предельный прогиб настила.
Расчет настила на второе сочетание расчетных нагрузок
Расчетное значение монтажной нагрузки Р = 100·12 = 120 кг.
Принимаем что на 1 м приходится две сосредоточенные нагрузки Р = 120 кг.
Нагрузка от собственного веса настила согласно табл. 1
g = 2127·0946 = 2012 кгм.
Максимальный изгибающий момент в пролете под монтажной нагрузкой найдем по формуле:
М = 007gl+ 0207Pl = 007·2012·13+ 0207·240·1.3 = 6696 кг·м.
= МW= 6696·1008333 = 8036 кгсм R·m·m γ=
0·12·12095 = 19705 кгсм где m- коэффициент породы (табл. 4 [1]); m- коэффициент учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки (табл. 6 [1]).
3. Расчет спаренного неразрезного прогона
Спаренный неразрезной прогон (см. рис. 2.3 а) рассчитывается по схеме многопролетной неразрезной балки с пролетами l0 = В = 60 м на изгиб от действия только нормальной составляющей нагрузки т.к. скатная составляющая воспринимается настилом (В - шаг несущих конструкций).
Рис. 2.3. Схема неразрезного спаренного прогона
а) неразрезной спаренный прогон;
б) эпюра моментов равнопрогибной схемы.
а) подбор сечения прогона по прочности
Нагрузки от покрытия (см. табл. 2.1) на погонный метр прогона:
Ориентировочная нагрузка от собственного веса прогона:
Нормальные составляющие нагрузок:
Расчетный изгибающий момент при равнопрогибном решении прогона (см. рис. 2.3 б):
Требуемый момент сопротивления:
Задаемся шириной сечения досок b1 = 60 мм тогда ширина прогона составит b = 2x60=120 мм.
Требуемая высота сечения прогона:
Принимаем момент сопротивления сечения bxh = 120x150 мм:
Проверка по прочности прогона по нормальным напряжениям производится от действия расчетных нагрузок:
Проверка прочности обеспечена.
б) Проверка прогиба прогона
Момент инерции сечения:
Относительный прогиб прогона:
Жесткость обеспечивается следовательно оставляем принятые размеры прогона составленного из 2 досок сечением 60x150 мм.
в) Расчет стыка досок прогона на гвоздях
Для сплачивания досок прогона в стыках принимаем гвозди d = 5 мм lгв = 120 мм установленные в ряд с каждой стороны стыка (рис. 2.4). По длине доски скрепляются гвоздями в шахматном порядке через 500 мм.
Расстояние стыков от опор в равнопрогибных прогонах:
Расстояние гвоздей стыка от опоры:
Поперечная сила в стыкуемой доске:
Рис. 2.4. Расчетная схема стыка досок прогона
Расчетная несущая способность гвоздя в несимметричном односрезном соединении определяется согласно СП [1]:
- из условия смятия древесины:
) смятие во всех элементах равной толщины а также в более толстых элементах односрезных соединений:
) смятие в более тонких элементах односрезных соединений и в крайних элементах при c > a > 035c:
- из условия изгиба гвоздя:
где с - толщина более толстых элементов односрезных соединений;
а - толщина более тонких элементов односрезных соединений принимаем
kн = 38 принят по интерполяции при а1с = 5056 = 084 согласно СП [1].
Окончательно принимаем 3 шт.
Расчет и конструирование основной несущей конструкции
В качестве основной несущей конструкции принимаем ферму треугольного очертания пролетом L = 19 м для покрытия здания производственного назначения с температурно-влажностными условиями эксплуатации А2.
Пространственная устойчивость покрытия обеспечивается прикрепляемыми к верхнему поясу прогонами и вертикальными связями по стойкам ферм.
Материалы фермы: сосновые доски с влажностью не более 12% и сталь марки 09Г2С. Шаг расстановки ферм B = 60 м.
Класс ответственности здания II γn = 095.
Расчетный пролет ферм: L = 187 м.
Высоту фермы принимаем: .
Уклон верхнего пояса i = 03.
Строительный подъем:
Рис.3.1. Геометрическая схема фермы.
Геометрические размеры элементов фермы без учета строительного подъема:
Длина ската верхнего пояса Ферма четырехпанельная по верхнему поясу трехпанельная по нижнему поясу; скат состоит из двух элементов одинаковой длины; стойка примыкает к верхнему поясу в месте стыка элементов и расположена перпендикулярно к нему. Длина панелей верхнего пояса АБ=БВ=98822=4941мм. Тогда длина стоек
БГ и Б’Г’=4941 x tgα=1691мм. Длины элементов АГ=ГВ=
2. Статический расчет фермы
Нагрузки приходящиеся на 1 м2 плана здания приведены в табл. 3.1.
Подсчет нагрузок на 1 м2 плана здания
Собственный вес фермы
Собственный вес фермы:
Расчетная нагрузка на 1 м горизонтальной проекции верхнего пояса фермы:
Суммарная нагрузка:
Расчетные узловые нагрузки:
постоянная G= g·AB· cos α = 18198·4941·0946 = 851 кг;
снеговая S = Sp·AB·cos α = 720·4941·0.946 = 3365 кг.
Ветровая нагрузка на ферму не учитывается.
Определение расчетных усилий. Продольные усилия в элементах фермы определяем при двух комбинациях нагрузок:
-я комбинация — постоянная нагрузка и снеговая на всем пролете;
-я комбинация — постоянная нагрузка и снеговая на половине пролета.
Рис. 3.2. Расчетная схема фермы
Усилия в стержнях фермы находим построив диаграмму усилий от единичной узловой нагрузки на левой половине фермы. При этом опорные реакции (рис. 3.3):
Определяем усилия от единичной нагрузки в стержнях фермы методом вырезания узлов. Равномерно распределенную нагрузку расположенную на середине пролета приводим к сосредоточенным силам в узлах фермы (рис. 3.3).
Рис. 3.3 Схема фермы
Расчет усилий в элементах фермы производим в ПК ЛИРА-САПР
Рис 3.4 Эпюры продольных сил
Рис. 3.5 Таблица усилий в элементах фермы
3. Подбор сечения элементов фермы.
Подбор сечений элементов фермы. Верхний пояс. Узлы верхнего пояса выполняются с лобовым упором элементов. Расчет элементов ведем по схеме сжато-изгибаемого стержня. Расчетный пролет l = 4941 см. Подбор сечения проводим по расчетным усилиям от 1-й комбинации нагрузок:
продольному усилию в стержне АБ= 19520 кг и изгибающему моменту от внешней местной нагрузки M= (gp + Sp)·cos2α ·l8 = (182+ 720)·09462 · 49428 =246237 кг·см.
Для уменьшения момента от внешней нагрузки M узлы верхнего пояса фермы конструируютcя внецентренно с передачей продольных усилий в стержнях c отрицательным эксцентриситетом благодаря чему в элементах создается разгружающий момент M= N·е. Оптимальную величину эксцентриситета е находим из условия равенства напряжений в сечении элемента по середине и по краям панели
где коэффициентом задаемся ориентировочно = 05.
Эксцентриситет создается в элементах смещением центра площадок смятия в узлах вниз от геометрической оси верхнего пояса на величину е что конструктивно достигается устройством врезок в торцах элементов на глубину 2е от верхней грани. Принимаем эксцентриситеты в узлах верхнего пояса одинаковыми и равными е = 85 см.
Принимаем верхний пояс из бруса шириной b = 20 см. Определяем требуемые минимальные размеры торцовых площадок смятия в узлах фермы:
в опорном и коньковом узлах (смятие древесины происходит под углом α - α 1= 18° 53' – 45' = 18°08' к направлению волокон)
в промежуточном узле (смятие древесины вдоль волокон)
Тогда требуемая высота бруса верхнего пояса фермы:
h= h+ 2е = 84 + 2·8.5 = 254 см; принимаем h = 26 см
откуда r = 0289h = 0289·26 = 751 см.
Проверяем принятое сечение. Геометрические характеристики: F = F6p == 20·26 = 520 см2 Wp = 20·266= 2253 см3 гибкость элемента в плоскости фермы λ = lr = 4941751 = 6579.
Расчетный изгибающий момент
М = M - Ме = 246237 – 19520·85 = 80317 кг·см.
Коэффициент = 1 - 060.
Максимальные нормальные напряжения:
Проверяем принятое сечение на расчетные усилия от 2-й комбинации нагрузок (О = 14338 кг; М = 246237– 14338· 85 = 124364 кг·см) только в середине пролета панели
Устойчивость верхнего пояса из плоскости фермы обеспечена прогонами покрытия.
Растянутые элементы. Расчетные усилия в элементах: АГ - V = 18466 кг; ГГ' — V2 =12311 кг ВГ - D = 6155 кг.
Проектируем растянутые элементы из двух круглых тяжей. Требуемая площадь сечения элемента АГ
F= VR=184662100 = 879 см2.
Требуемый диаметр одного тяжа определяем из формулы
где 08 — коэффициент учитывающий ослабление сечения резьбой; 085 — коэффициент несовместности работы двух стержней.
Требуемая площадь сечения элемента ГГ’
F= VR=123112100 = 586 см2.
Требуемая площадь сечения элемента ВГ
F= DR=61552100 = 293 см2.
Все элементы принимаем из двух стержней следующих диаметров: АГ — d = 30 мм; ГГ' — d = 24 мм; ВГ —d = 18 мм. Для уменьшения провисания элемента ГГ' предусматриваем подвеску из тяжа d = 12 мм. Диаметры петель для присоединения тяжей к промежуточным узлам нижнего пояса по условию равнопрочности принимаем: для АГ — dn =26 см; для ГГ' — dn = 22 см; для ВГ — dn = = 18 см.
Тяжи элемента ГГ' расположены вплотную друг к другу и сварены между собой по длине через 1 м. В других элементах тяжи сводятся вплотную на расстоянии 1 м от промежуточных узлов нижнего пояса.
Стойка БГ. Расчетное усилие D1 = - 4005 кг расчетная длина l= 1691 м.
Принимаем по сортаменту сечение стойки 200x75 мм. Проверяем принятое сечение:
из условия смятия подбалки поперек волокон под торцом стойки
7 кгсм R=18(1+8(8+12)) = 337 кгсм;
на устойчивость в плоскости фермы λ = 1691(0289·7.5) = 7802; φ = 051
Расчет и конструирование узловых соединений. Опорный узел (рис. 6). Расчетные усилия: О= 19520 кг V1 = 18466 кг R = 8433 кг.
Требуемая длина горизонтальной площадки опирания из условия смятия обвязочного бруса поперек волокон при
R=18(1+8(20+12)) = 246 кгсм2 определяется по формуле
см; принимаем l=18 см.
Для создания горизонтальной опорной площадки используем подушку сечением 200х260 мм длиной 550 мм со стеской горизонтальной площадки 180 мм. Подушка врезается в брус верхнего пояса на глубину 90 мм что обеспечивает требуемый эксцентриситет е =(262-9)+92 = 8.5 см и достаточную
Рис. 3.6. Опорный узел: а – конструкция узла; б – сечение траверсы
площадь смятия торца 9 см > h= 75 см.
Проверяем длину подушки по скалыванию вдоль ее длины
Подушка крепится к брусу двумя парами болтов d =18 мм.
Нижний пояс присоединяется к опорному узлу траверсой сваренной из швеллера № 10 со стенкой усиленной листом толщиной 10 мм и листа размером 20х160 мм. Ширина листа обеспечивает требуемый размер высоты площадки смятия торца верхнего пояса (подушки) равный h= 84 см. Траверса рассчитывается на изгиб с расчетным пролетом равным расстоянию между ветвями нижнего пояса lтр = 20+2 (32 + 14) = 30 см.
Геометрические характеристики сечения (рис. 6): площадь сечения
F = 10 + 109 + 32 = 529 см2;
положение центра тяжести
z = SF = (209·51)529 см=202 см;
Момент инерции сечения
I = 224 + 209·298+32·202= 3374 см( 224- момент инерции швеллера с листом);
минимальный момент сопротивления
W = I(h-z) = 3374(66 – 202) = 738 см.
Нормальные напряжения
= МW = 92330738 = 125108 кгсм2 2100 кгсм2.
Проверяем на изгиб лист траверсы при давлении от усилия в нижнем поясе g = 5771 кгсм где 16 см – длина листа траверсы.
Изгибающий момент для полосы среднего участка шириной 1 см при пролете 10 см и защемленных концах
то же для консольного участка вылетом l= 3 см
М = gl2 = 5771·3 2 = 2597 кг·см.
Требуемая толщина плиты
= 117 см . Принимаем 2 см.
Рассчитываем сварные швы для крепления швеллера к листу. Длина траверсы 40 см. Требуемая высота шва
принимаем швы максимально возможной высоты l = 5 мм.
Крепление фермы к обвязочному брусу производится болтами d = 18 мм с помощью уголков 80x8 мм.
Узел нижнего пояса (рис. 7). Расчетные усилия: V1= 18466 кг V2 = 12 311 кг D1 = 4005 кг D2 = 6155 кг. Фасонки в узле выполнены из листовой стали = 10 мм с отверстиями для точеных валиков. Элементы нижнего пояса и раскос крепятся в узле с помощью петель диаметры которых рассчитаны выше. Расчетный пролет валиков lВ = 26 + = 36 см. Расчетный момент в валиках для крепления горизонтальных тяжей (по максимальному усилию)
M = V1· lВ 4 = 18466·36 4 =16619 кг·см.
Требуемый диаметр валиков
dB = 429 см; принимаем dB = 44 мм.
Проверяем принятый диаметр валика
Аналогично подбираем валик для крепления раскоса.
M = D2· lВ 4 = 6155·28 4 =4308.5 кг·см.
dB = 274 см; принимаем dB = 28 мм.
Наименьшая ширина фасонок в месте ослабления отверстиями b= dB + =44 + 880 см.
Принимаем по конструктивным соображениям
bф = 2 15 dB = 3 44 = ~14 см > b
Минимальная длина сварных швов h = 8 мм для крепления петель к тяжам из двух круглых стержней
l= 550 см. Принимаем l= 10 см.
Так как в стойке возникают только сжимающие усилия упираем ее в уголок 125х90х8 мм приваренный к фасонкам и крепим двумя болтами d = 12 мм.
Промежуточный узел верхнего пояса (рис. 8). Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются лобовым упором торцов через площадки смятия высота которых hтр = h - 2е= 26 – 2·8.5 = 9 см что превышает требуемую. Стык в узле перекрывается двумя деревянными накладками сечением 150x75 мм длиной 72 см на болтах d = 12 мм которые обеспечивают жесткость узла из плоскости.
Усилие от стойки передается на верхний пояс через торец упором. Накладки из брусков сечением 75x75 мм длиной 380 мм и болты d = 10 мм принимаются конструктивно.
Коньковый узел (рис. 9). Расчетные усилия: О2 = 18128 кг D2 = 6155 кг. Усилия от одного элемента на другой передаются лобовым упором через дубовый вкладыш сечением 100х100 мм длиной 200 мм. Размеры дубового вкладыша принимаются таким образом чтобы конструкция узла обеспечивала требуемый размер площадок смятия торца вкладыша – 100 мм > 84 мм пересечение линий действия усилий во всех элементах в одной точке с расчетным эксцентриситетом е = 85 мм и размещение траверс для крепления раскосов.
Траверсы устраиваются из швеллера № 8 со стенкой усиленной листом толщиной 8 мм и листа размером 10x100 мм. Расчет их с определением геометрических характеристик сечения производится так же как траверсы в опорном узле. Расчетный изгибающий момент в траверсе
Геометрические характеристики сечения (рис. 10):
F = 4 + 898 + 10 = 23 см;
положение центра тяжести
z = SF = 13·26923 = 152 см;
момент инерции сечения
I = 128 + 13·117+ 10·152= 538 см
где 128 см- момент инерции швеллера с листом;
минимальный момент сопротивления
W= I(h-z) = 538(45-152) = 18 см.
= М W= 2308118 = 128228 2100 кгсм.
Проверяем на изгиб лист траверсы при давлении g = D(10·b) = 6155(10·20) = 3078 кгсм где 10 см – длина листа траверсы.
Принимая концы защемленными определяем изгибающий момент в полосе шириной 1 см среднего участка при пролете 8 см по формуле
М = gl12 = 3078·812 = 16416 кг·см.
Требуемая толщина листа
= 0685 см; принимаем 1 см.
Швеллер и лист свариваются между собой (шов h = 5 мм).
Лист имеет корытообразную форму и является общим для обеих траверс. К нему двумя болтами d = 12 мм крепится дубовый вкладыш и вертикальная подвеска из круглого стержня d = 12 мм.
По аналогии с опорным узлом в коньковом узле используем подушки сечением 200х260 мм длиной 550 мм с врезкой их в брусья верхнего пояса на глубину 90 мм.траверсы — шириной 100 мм обеспечивает необходимый размер площадки смятия торца подушки — 100 мм > h = 84 мм.
Расчет и конструирование основной стойки каркаса
Для определения расчетных усилий в стойке рассматриваем двухшарнирную раму являющуюся основной несущей конструкцией здания вертикальных и горизонтальных (ветровых) нагрузок (рис.10).
Х = ·Н·(q- q) = ·78(148 – 093) = 080 кН
где q= w·k1 c·γ·B = 038·08·058·14·6 = 148кНм;
q= wk2·c·γ·B = 038·05·058·14·6 = 093кНм;
c=08 c= 05 –аэродинамические коэффициенты.
Рис.4.1. Расчетная схема рамы (а) и стойки (б)
Рис.4.2. Составная сплошная брусчатая колонна: 1- брусья 2- болты
N = N+N= 1702 +6731 = 8433 кг.
N- опорная реакция ригеля от веса покрытия; N- опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки.
Задаемся размерами сечения колонны исходя из гибкости λ=120.
Принимаем bh =175 500мм (h1 =250мм).
Собственная масса стойки с учетом принятого сечения:
Постоянная нагрузка на стойку от ригеля равна:
Суммарная постоянная нагрузка:
Временная (снеговая) нагрузка на стойку:
Суммарная вертикальная нагрузка:
Для того чтобы вычислить гибкость составного элемента необходимо
определить гибкость всего элемента относительно оси У-У которая определяется по расчетной длине элемента без учета податливости
Коэффициент приведения гибкости
где nш - расчетное количество швов в элементе; nc - расчетное
количество срезов связей в одном шве на 1м элемента; kc - коэффициент
податливости соединений определяемый по таблице 12[1].
nc = 4 на одном погонном метре шва размещаются 4 болта (2 ряда
болтов с шагом 50 см по длине стойки).
Так как колонна работает на сжатие с изгибом то для болтов
Коэффициент податливости соединений
Гибкость составной колонны
Гибкость колонны превышает допустимую на 45% что меньше 5% поэтому сечение колонны не меняем.
Гибкость составной колонны должна быть не более гибкости
отдельных ветвей определяемый по формуле 13[7]. Определяем момент
инерции брутто поперечных сечений отдельных ветвей относительно
собственных осей параллельных оси У-У:
Площадь брутто сечений колонны
Коэффициент продольного изгиба должен быть определен с учетом
приведенной гибкости:
Расчетное сопротивление древесины второго сорта с учетом особых
Тогда коэффициент составит:
Коэффициент учитывающий податливость связей определяем по табл.13[7]:
Площадь и момент сопротивления нетто:
Проверка прочности сжато-изгибаемой колонны по ослабленному
сечению производится по формуле:
Количество болтов скрепляющих брусья колонны определяется по
где Sбр статический момент сопротивления брутто;
Несущая способность болта d=20 мм определяется по прил. 6 [4] с учетом ветровой нагрузки mн=12:
Принимаем 16 болтов в 2 ряда.
Устойчивость плоской формы деформирования сжато-изгибаемой
колонны проверяется по формуле 33[7]:
Расчет крепления брусчатой колонны к фундаменту
Конструкция крепления колонны к фундаменту приведена на рис. 5.1. Анкерные полосы и металлические накладки принимаем одинаковой толщины: = 8мм тогда размеры сжатой и растянутой зон составят:
Максимальное растягивающее усилие возникающее в анкерной
полове и сжимающее усилие возникающее в основании сжатой ветви
Проверка на смятие сжатой ветви колонны производится по формуле:
Для дальнейших расчетов зададимся углом наклона тяжей к наружной
кромке колонн α = 45о.Тогда растягивающее усилие возникающее в тяжах
Диаметр тяжей из стали марки 09Г2С определяем исходя из расчета на
прочность центрально растянутых элементов по формуле:
где Ry - расчетное сопротивление стали растяжению по пределу текучести
Ry=185МПа; γс-коэффициент условий работы γc=09 по таблице 6 [8].
Требуемый диаметр тяжа определяем по формуле:
Принимаем по сортаменту тяж диаметром 30 мм.
Длину сварного шва прикрепляющего тяги к пластине 7 определяем из
условия работы на срез по металлу шва
где f - коэффициент принимаемый по таблице 34 [8] f =07; kf - катет шва
принимаем kf =5мм; lw - длина шва принимаемая меньше его полной длины
на 10мм; Rwf - расчетное сопротивление угловых швов срезу(условному) по
металлу шва Rwf = 200МПа по таблице 56 для электрода типа Э46А и стали
марки 09Г2С; γwf - коэффициент условий работы шва; γwf =085 [8].
Требуемая длина сварного шва:
Принимаем длину шва по 12 см с каждой стороны.
Определяем количество глухарей необходимых для крепления
анкерных полос и металлических пластин к колонне. Принимаем глухари
диаметром d=20 см длиной l=18см.Несущую способность глухаря
определяем по формулам таблицы 17 [1] с учетом ветровой нагрузки mн=12:
Необходимое количество глухарей:
Принимаем 10 глухарей диаметром 20 мм длиной 180 мм.
Рис.5.1. Узел защемления деревянных колонн без опорной деревянной накладки: 1-стойка;2-тяжи;3- стальные полосы-анкеры;4- равнобокие уголки;5- металлическая пластина;6- гвозди;7-пластина
Защита от загнивания
Защитная обработка и конструктивные меры защиты древесины предусматривают сохранность конструкций при транспортировании хранении и монтаже а также увеличивают их долговечность в процессе эксплуатации.
Конструктивные меры обеспечивают предохранение древесины от непосредственного увлажнения атмосферными осАГками грунтовыми и талыми водами промерзания капиллярного и конденсационного увлажнения.
Деревянные конструкции должны быть открытыми хорошо проветриваемыми по возможности доступными для осмотра о возобновления защитной обработки. Опорные части несущих элементов должны быть не только антисептированы но и защищены тепло- и водоизоляционными материалами.
При эксплуатации несущих конструкций в условиях где возможно выпАГение конденсата на металлических поверхностях следует принимать меры по предохранению древесины от увлажнения в местах контакта с металлом. Для этой цели до постановки металлических деталей на место поверхности контактирующие с древесиной рекомендуется промазывать мастикой («Изол» «Вента» «Лило» Гиссар-1 (ТУ 21-27-89-90) тиоколовой и др.) таким образом чтобы при постановке на место детали плотно прилегали к древесине а мастика выдавливаясь хорошо заполняла зазоры между металлами древесиной при постановке крепежных деталей (уголков болтов и т.п.). Вместо мастик можно использовать прокладки из рулонных гидроизоляционных материалов (изола стеклорубероида гидроизола и др.) эластичные проклАГки и уплотнительные ленты.
Для защиты несущих и ограждающих конструкций от увлажнения должны применяться лакокрасочные материалы тиоколовые мастики и составы на основе эпоксидных смол.
Химическая защита заключается в пропитке их ядовитыми для грибов веществами - антисептиками Они разделяются на две группы водорастворимые (неорганические) и маслянистые (органические).
Водорастворимые: фтористый натрий крем нефтористый натрий а также КФ А ТФБА ББ-32 ХМБ-444 МБ-1 ХМ-3324. Маслянистые: каменноугольные сланцевые масла древесный деготь и т.д.
Тактика защитной обработки конструкций приведена в табл. 5.1.
Условия эксплуатации по [1]
Обрабатываемая поверхность
Поверхность несущих элементов
Нанесение влагозащитного лакокрасочного
Пентафелевая эмаль ПФ-115. Алкидно-карбамидная эмаль МИ-181 Уретаново-алкидная эмаль УРФ№1128
Места соприкасания несущих деревянных элементов с бетоном камнем металлом
Нанесение тиоколовых мастик или герметиков с последующей гидроизоляцией рулонным материалом
Гиоколовая мастика АМ-05; тиоколовые герметики У-30М УТ-32
Деревянные проклАГки и другие несущие элементы соприкасающиеся с бетоном камнем металлом
Пропитка в холодных ваннах с предварительным нагреванием и последующей гидроизоляцией рулонным материалом допускается нанесение паст с последующей гидроизоляцией рулонным материалом
Фтористый натрий технический.
Поверхность дощатой или фанерной обшивки панелей стен покрытий и подвесного потолка внутри помещений
Нанесение влагозащитного лакокрасочного покрытия
Пентафталевая эмаль ПФ-115 алкидно-карбимидная эмаль МИ-181 уретаново-алкидная эмаль УРФ-1128
Наружная поверхность дощатой или фанерной обшивки панелей стен подвергающаяся атмосферному воздействию
Пентафталевая эмаль ПФ-115 перхлорвиниловая эмаль ХВ-5169 поливинилхлорид-ная эмаль ХВ-110 ХВ-1100 ХВ-124 УРФ-1128
Внутренняя поверхность дощатой или фанерной обшивки стен покрытий и подвесного потолка а также наружная поверхность дощатой или фанерной обшивки панелей под рулонным ковром.
Поверхностная обработка
Тетрафторсорбат аммония состав ДСК-И с кремний-фтористым аммонием ХБМ-444
Защита от возгорания
Рекомендуется устраивать подвесной потолок или экран из несгораемых или трудносгораемых материалов так как у фермы нижний пояс – металлический.
Для повышения огнестойкости ограждающих конструкций рекомендуется использовать обшивки и утеплители из несгораемых или трудносгораемых материалов.
Для защиты конструкций от возгорания рекомендуется применить пропиточные и окрасочные составы.
Для глубокой пропитки древесины рекомендуются водорастворимые огнезащитные составы МС 1:1 МС 3:7 ББ-11 МБ-1. Для поверхностной огнезащитной пропитки рекомендуются составы МС и ПП. Обработанная указанными составами древесина относится к группе трудновоспламеняемых материалов.
В качестве огнезащитных покрытий для защиты древесины от возгорания рекомендуются покрытия на основе перхлорвиниловой эмали ХВ-5169 фосфатное ОФП-9 вспучивающееся ВПД.
Защита деревянных конструкций при транспортировке складировании и хранении
При транспортировке конструкций рекомендуется укрывать их водонепроницаемой бумагой или полиэтиленовой пленкой можно применять и гидроизоляционные материалы (пакеты конструкций).
Конструкции как несущие так и ограждающие рекомендуется хранить на базовых складах в закрытых помещениях или под навесом на перегрузочных и приобъектных складах под навесом или на открытых площадках.
Список использованной литературы:
Дымолазов М.А. Шмелев Г.Н. «Конструкции из дерева и пластмасс» (части 1). Методические указания к практическим занятиям КГАСУ 2012 57с.
Дымолазов М.А.Шмелев Г.Н. «Конструкции из дерева и пластмасс» (часть 2). Методические указания к практическим занятиям КГАСУ 2011 56с.
Дымолазов М.А.Шмелев Г.Н. «Конструкции из дерева и пластмасс». Методические указания к выполнению курсовой работы КГАСУ 2011 56с.
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. Под. ред. В.А. Иванова. Киев 1981;
Шмелёв Г. Н. Деревянные конструкции : учеб. пособие для студентов вузов. Казань: КГАСУ 2011. – 172 с.;
Шишкин В.Е. примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс. М. 1974.;
СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80;
СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85;
Сортамент. Уголки равнобокие (ГОСТ 8509-86) 004 [Электронный ресурс]