Курсовой проект- Расчет ограждающих и несущих конструкций покрытия спортзала

wood.dwg

План расположения прогонов и связей М 1:200
Схема распорной рамы и нагрузок
Расчетная схема разрезного прогона М 1:25
Схема крепления прогонов и бобышки М 1:15
Треугольная распорная система М 1:40
Схема треугольной распорной рамы и нагрузок
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
Кафедра конструкций из дерева и пластмасс
Проектирование треугольной клеедеревянной арки с металлической затяжкой
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Примечания: 1. Материал деревянных элементов - Древесина хвойных пород II сорта
w=12% 2. В клеёном элементе сделать отверстие соответствующее ø30 затяжки с последующей обработкой антисептиком и антипиренами. 3. Склеивание элементов осуществлять клеем ФР12. 4. Сталь С235 ГОСТ 27772-88*. 5. Арматура C240 СТО АСЧМ 8-93*. 6. Гидроизоляция - 2 слоя гидростеклоизола. 7. Сварку стальных деталей выполнять электродами 3 - 42 А. 8. Массы 1 единицы прокатных изделий в спецификации даны на 1 погонный метр.
Спецификация изделий из древесины
Спецификация изделий из металла
Затяжка из арматуры ø28

wood.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Металлических и деревянных конструкций»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)
«Конструкции из дерева и пластмасс»
Тема: «Расчет ограждающих и несущих конструкций покрытия спортзала»
ИГЭС IV-16 Арцев А.В.
Руководитель проекта
Доц. Бойтемиров Ф.А.
(ученое звание степень должность Ф.И.О.)
(дата роспись руководителя)
Проект защищен с оценкой
Расчет прогонов покрытия4
1Порядок определения временных нагрузок4
4Расчетная схема прогона6
5Расчет по первому предельному состоянию6
6Расчет по второму предельному состоянию7
7Расчет крепления бобышки8
Проектирование треугольной распорной системы с затяжкой9
2 Конструктивная схема10
3 Определение усилий в элементах11
4 Подбор сечения и проверка напряжений в расчетных сечениях распорной системы13
5 Подбор сечения затяжки17
Конструкция и расчет узлов17
Список используемой литературы21
Задание по кафедре «Металлические и деревянные конструкции» на выполнение курсового проекта по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс» по теме «Проектирование ограждающих и несущих конструкций покрытия спортзала из деревянных элементов».
Исходные данные см. в таблице 1.
Здание II класса по ответственности коэффициент надежности по назначению γn=1 отапливаемое с температурно-влажностными условиями эксплуатации – А1.
Дата выдачи задания:
Дата сдачи на проверку:
Руководитель курсового проекта:
Расчет прогонов покрытия
1Порядок определения временных нагрузок
Снеговая нагрузка принимается в соответствии со сводом правил СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* и в соответствии с заданием. Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:
Где – коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов принимаемый в соответствии с 105[1] для покрытий с уклоном кровли для однопролетных и двухпролётных зданий от 12-20%. Для α=14 следовательно .
– термический коэффициент принимаемый в соответствии с 1010 [1];
- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие принимаемый в соответствии с 104 [1]; =1;
– вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли принимаемый в соответствии с заданием Sg=120кПа
Нормативная снеговая:
Расчетная снеговая:
Где – коэффициент надежности по снеговой нагрузке; =1.4.
При шаге конструкции В= 36 м используем разрезные прогоны.
Рис. 1. Схема разрезных прогонов
Принимаем сечение прогонов из бруса размером 100x150мм согласно сортамента пиломатериалов (ГОСТ 24454-80) Шаг прогонов b=120м.
Подсчет нагрузки на 1м2 покрытия представлен в табл. 1
Снеговая нагрузка принимается согласно заданию.
Полная нагрузка на 1 пог.м при шаге прогонов – 120м:
Нормативная qн = 1382120 = 166кНм
Расчетная qр= 177120= 213кНм.
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности
Расчетная нагрузка кНм2
Мягкая черепицаRUFLEX 8кгм2
Защитный настил (сплошной) – доска 125x25мм
Рабочий настил 125x50 мм с шагом в осях 300мм
Утеплитель ROCKWOOLLightMAT γ=30кгм3 толщиной 150 мм
Пароизоляция-паронепроницаемая полимерный материал Strotex 110 Pi 70гм2
Прогон 100x150 с шагом в осях 1200мм
Подшивка из досок 25
Итого постоянная нагрузка
Временная нагрузка-снеговая
Итого полная нагрузка
4 Расчетная схема прогона
Рис. 2. Расчетная схема прогона
Расчетное сопротивление древесины изгибу Rи = 13МПа= 1.3кНсм2
Модуль упругости древесины E=10000МПа.
Прогон работает на изгиб.
Геометрические характеристики сечения:
- момент сопротивления
5 Расчет по первому предельному состоянию
Проверка прогона на прочность
Расчетная нагрузка и изгибающий момент при
Сечение удовлетворяет проверке на прочность
6 Расчет по второму предельному состоянию
Проверка прогиба на прогиб.
Относительный прогиб прогона
где – предельный прогиб прогона определяется по СП 20.13330.2011
Запас по прочности составляет
Следовательно принятое сечение прогона удовлетворяет условию прочности.
7 Расчет крепления бобышки
В местах опирания прогона крепят с помощью бобышки – короткий отрезок досок и гвоздей – крепления препятствующие сползанию прогонов по скату в местах опирания верхней кромки несущей конструкции покрытия.
Рассчитывается величина скатной составляющей определяется по формуле:
Определим количество гвоздей работающих несимметрично с d2=03 см и длиной l2= 8 см для крепления бобышек к несущей конструкции покрытия.
Длину защитной части гвоздя в несущей конструкции с учетом длины острия
l0=15d2=150303=045045см
и возможных щелей между бобышкой щ=02 см определяем по формуле:
а=l2-c-l0-щ=8 - 5 - 045 – 02=24 см
Несущая способность гвоздя в 1 шве:
По смятию древесины несущей конструкции:
Расчетная несущая способность гвоздя:
Требуемое количество гвоздей:
Бобышку толщиной 5 см гвоздями диаметром d2=3 мм длиной l2=80 мм по ширине бобышки с расстоянием вдоль волокон (15d2) 45 мм от торцов и с расстоянием (4d2) 12 мм поперек волокон и от кромок. Приму расстояние вдоль волокон 45 мм и поперек волокон 12 мм
Рис. 3. Схема крепления прогонов и бобышки
Проектирование треугольной распорной системы с затяжкой
Запроектировать треугольную распорную систему из клеевидных элементов со стальной затяжкой для покрытия здания спортивного зала.
Здание II уровня ответственности отапливаемое с температурно-влажностными условиями эксплуатации 2 (А1).
Снеговая нагрузка Sg= 120 080кПа
Ограждающие конструкции приняты в виде дощатого настила по брусчатым прогонам.
Пролет распорной системы l=21 20м В=36 м
Каждый клеедеревянный элемент раскреплен из плоскости по середине; материал элементов – древесина хвойных пород 2-го сорта клей марки ФРФ-50. Металлические элементы выполняют из стали ВСтЗпс6.
2 Конструктивная схема
Принимаем треугольную распорную систему из клеедеревянных элементов со стальной затяжкой. Геометрические размеры распорной системы с учетом опирания:
lоп=l-2·015= 197207м
Этой высоте соответствует:
Длина каждого клеедеревянного элемента по осям
Рис. 4. Треугольная распорная система
3 Определение усилий в элементах
Данную систему рассчитываем на два сочетания нагрузок:
Постоянную и временную по всему пролету.
Постоянную нагрузку по всему пролету и временную на половине пролета.
Величины нагрузок приведены в табл. 2
Собственный вес системы найдем по формуле:
Расчетный изгибающий момент в клееном элементе в четверти пролёта:
При первом сочетании нагрузок
При втором сочетании нагрузок
4 Подбор сечения и проверка напряжений в расчетных сечениях распорной системы
Размеры сечения клееных элементов принимаем с учетом фрезерования досок 40х150 мм. Ширина b=135 см высота сечения скомпонована из 16 слоёв досок каждая толщиной 33 мм и составляет h=3316=528см
Опирание клееных элементов в опорных и коньковых узлах проектируем с эксцентриситетом e = 11 см что позволяет уменьшить изгибающий момент на величину N*e
Расчетные изгибающие моменты в четверти пролёта для обоих сочетаний нагрузок:
Клееный элемент проверяем на сжатие с изгибом с учетом ширины сечения коэффициент условия работы при принятой высоте сечения и толщине слоев тогда
Площадь поперечного сечения:
Момент сопротивления:
Коэффициенты учитывающие дополнительный момент при деформации от продольной силы N=H действующей в ключевом сечении арки при обоих сочетаниях нагрузок:
Соответствующие изгибающие моменты из расчета по деформированной схеме:
Максимальные напряжения сжатия при обоих сочетаниях нагрузок
Проверка по напряжениям сжатия выполняется
Проверяем касательные напряжения при максимальной поперечной силе Q1=3391 кН и расчетным сопротивлением скалыванию
Статический момент и момент инерции клееного элемента:
Максимальное касательное напряжение:
Проверку устойчивости плоской формы деформирования сжато-изгибаемого элемента производим с учетом его раскрепления по концам и в трети пролета т.е. через
Максимальный изгибающий момент:
Соответствующая продольная сила:
Соответствующая поперечная сила:
Гибкость клеёного элемента из плоскости Y:
Коэффициент устойчивости из плоского изгиба:
Коэффициент устойчивости элемента при изгибе:
– коэффицент зависящий от формы эпюры изгибающих
моментов на участке .
Устойчивость сжато-изгибаемого элемента с положительным моментом и закрепленной сжатой кромкой:
Следовательно устойчивость плоской формы деформирования клеедеревянного элемента обеспечена.
5 Подбор сечения затяжки
Наибольшее усилие в затяжке H1 = H = 1356 кН.
Требуемая площадь сечения затяжки:
МПа т.к. применяем сталь C235.
Затяжку принимаем в виде одиночного стального прута из стали 28 Aрасч= 6158 см2 что является больше чем Aтреб следовательно требования выполнены.
Для ограничения провисания затяжки в распорной системе предусмотрены подвески из круглой стали 12. Подвески к клеедеревянному элементу крепятся сбоку на винтах а к затяжке – путём пропуска нижних концов подвески с резьбой через отверстие в стяжных муфтах с дальнейшим закреплением гайками на шайбах. Расстояние между подвесками не более 100 диаметров затяжки.
Конструкция и расчет узлов
Опорный узел соединяющий нижний торец клеедеревянного элемента с затяжкой и опорой решаем при помощи стального башмака состоящего из горизонтального опорного листа двух вертикальных боковых фасонок и наклонной упорной диафрагмы. Клеедеревянный элемент упирается торцом в диафрагму и крепится к фасонкам - болтом конструктивно. Конец затяжки с резьбой пропускается через отверстие в конце клееного элемента и закрепляется гайкой на шайбе опертой на уголковую подкладку приваренную к диафрагме башмака.
Торец проверяем на смятие от действия равнодействующей силы:
Эта равнодействующая сила действует под углом к волокнам древесины
Высоту площадки смятия Из условия обеспечения эксцентриситета продольной силы e=11 см и односторонней срезки торца под углом смятия равным 14° определяем по формуле
Площадь солового упора:
Расчетное сопротивление смятию под углом 14°
Коэффицент учтывающий концентрацию напряжений под кромкой диафрагмы башмака (График приложения 20 )
Проверку на смятие торца с учетом концентрации напряжений производим по формуле
– клеедеревянный элемент
– наклонная диафрагма
Рис. 5. Опорный узел
Узел представляет собой наклонные лобовые упоры с парными деревянным накладками сечением 9х19 см на нагельных болтах. Расчет производим на действие максимальной продольной силы кН и поперечной
Площадь смятия лобового упора
( График приложения 20 )
Количество нагельных болтов определяем согласно принятой расчетной схеме работы деревянных накладок. Усилия по каждому вертикальному ряду болтов находим из условия равновесия полунакладок. При расстояние e1=24 см и e1=12 см усилия реакций составят:
Изгибаемые болты диаметром 16 см вызывают в накладках толщиной 9 см смятие поперёк волокон чему соответствует коэффициент смятия
Несущая способность болта на один шов сплачивания:
Наименьшая расчетная несущая способность . Определим кол-во двухсрезных нагельных болтов по 1-му вертикальному ряду:
По 1-му ряду необходимо 2 болта а по второму 2 ряду 1 болт.
Проверяем парные деревянные накладки с моментом сопротивления
На изгиб от действия момента:
– деревянная накладка
Рис. 6. Коньковый узел
Список используемой литературы
Учебник «Конструкции из дерева и пластмасс» Ф.А. Бойтемиров академия 2013
Расчет конструкций из дерева и пластмасс Ф.А. Бойтемиров В.М. Головина Э.М. Улицкая 2-е изд. М. «Академия» 2013 г.
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* М. «Стройиздат» 2016 г.
СП 64.13330.2017 «СниП II-25-80 Деревянные конструкции» М. «Стройиздат» 2017 г.
Примеры расчета ограждающих конструкций В.И. Линьков Е.Т. Серова А.Ю. Ушаков 2013