Деревянные конструкции. Каркас одноэтажного деревянного здания+ Чертежи

деревяшки(мой вариант).dwg

накладка опорного узла
на всю ферму: V=1.03X15=46.95 м
Таблица 1: спецификация древесины на ферму 1
таблица 2: спецификация металла на ферму 1
на всю ферму: M=147.26X15=2210 кг
нагели опорного узла
нагели стыка верхнего пояса
болты конькового узла
промышленного здания
Центральный узел нижнего пояса
Геометрическая схема фермы
Конструктивная схема фермы
Переломный узел (узел 1)
Промежуточный узел 2
Промежуточный узел 3
Промежуточный узел 4
Промежуточный узел 5
Промежуточный узел 6

моя записка.DOC

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Пояснительная записка к курсовому проекту
«Деревянные конструкции»
студент группы 30171
Конструктивная схема здания.
1. Деревянные фермы.
Конструирование и расчет покрытия здания.
1. Конструкция покрытия.
2. Подбор сечения рабочего настила.
3. Подбор сечения стропильных ног.
4. Подбор сечения прогонов
5. Расчет гвоздевого забоя.
Расчет и конструирование элементов ферм.
1. Определение усилий в стержнях ферм.
2. Подбор сечений элементов ферм.
Расчет и конструирование узлов ферм.
1 Опорный узел на натяжных хомутах.
2 Промежуточный узел.
4 Центральный узел нижнего пояса.
Список используемой литературы.
Проектируется одноэтажное здание с несущим деревянным каркасом. Основу каркаса составляют последовательно расположенные рамы образованные двумя колоннами и ригелем. В качестве ригеля используется полигональная деревянная ферма. Колонны жестко закреплены в фундаменте в плоскости рамы и шарнирно в плоскости стены.
Пространственная жесткость здания обеспечивается связями объединяющими отдельные рамы.
Рассмотрим полигональную деревянную ферму.
В фермах различают следующие элементы:
Все элементы фермы в данном проекте выполнены из деревянного бруса за исключением стоек которые выполняются из стального кругляка.
Высота фермы определяется по пролету. Для полигональной фермы:
hф =16Lф– 8-ти панельная ферма
В данном проекте пролет фермы Lф=192 метра
поэтому высота фермы hф=16*192=32 метра
Точки пересечения элементов фермы – узлы. Выделяют несколько характерных узлов:
- Центральный узел нижнего пояса.
Расстояние между соседними узлами нижнего пояса называется длиной панели(lп). В этом проекте рассмотрена равно панельная ферма.
Шагом рам называется расстояние между двух рядом стоящих рам в плоскости стены. В зданиях такого типа он зависит от нагрузок на покрытие и обычно составляет 3.5 до 5 метров. Так как проектируемое здание будет с внутренним отоплением (т.е. покрытие будет утепленное) а снеговая нагрузка будет соответствовать 5-му снеговому району зададим 15 по 4.5 м и крайние по 3.6 м.
Высота здания пролет фермы и ветровой район при назначении шага рам не учитываются.
Конструктивная схема каркаса одноэтажного деревянного здания с полигональной 8-ти панельной фермой и схема размещения связей представлены на рисунке:
– вертикальные связи между фермами. Размещаются так чтобы ни одна ферма не осталась без вертикальных связей что приводит к их расстановке через пролет между рамами а при четном количестве пролетов приходится их устанавливать подряд в двух пролетах (например у одного из торцов здания).
– связи в плоскости верхних поясов ферм. Устанавливаются в торцевых пролетах но если длина здания превосходит 30 м то они устанавливаются и в центральных пролетах по возможности с равным шагом.
– связи в плоскости нижних поясов ферм. Эти связи расставляются так чтобы на виде снизу они проецировались на связи в плоскости верхних поясов ферм.
Связи 1 2 и 3 принято называть ветровыми так как они придавая пространственную жесткость конструкции позволяют наряду с прочими элементами каркаса распределять ветровую нагрузку действующую на торец здания между всеми рамами.
Кроме связей между фермами в каркасе здания выделяют связи между колоннами:
– горизонтальные связи между колоннами.
– связи в плоскости стены между колоннами. Они устанавливаются в крайних от торцов здания пролетах а в зданиях длинна которых превосходит 30 м и в центральных пролетах.
На рисунке изображены также прогоны (4) и стропильные ноги (5) – это элементы покрытия не входящие в структуру связей. Прогоны располагаются вдоль всего здания по узлам верхних поясов ферм. Стропильные ноги укладываются поперек прогонов в плоскости верхних поясов ферм с шагом от 0.8 до 1.2 м в зависимости от величины снеговой нагрузки. В этом курсовом проекте шаг стропильных ног принят равным 09 м.
Рабочий настил рассчитывается на прочность и прогиб. Выполняется из досок. Для обеспечения достаточной жесткости каждая доска опирается как минимум на 3 опоры (имеется двухпролетная неразрезная балка).
Расчет рабочего настила по первой группе предельных состояний.
Первое сочетание нагрузок: постоянная (собственного веса) + временная (снеговая).
Таблица 1. Нагрузки собственного веса.
-х слойный ковер рубероида на битумной мастике
Утеплитель ρ=100 кгсм3
Рабочий настил (t=25 мм)
Обозначения в таблице:
gн – нормативная нагрузка собственного веса;
g - коэффициент надежности по нагрузке собственного веса;
g - расчетная нагрузка собственного веса.
Определим снеговые нагрузки. Снеговой район = 5 P**= 320 кгм2
Далее определяем погонные нагрузки q и P.
q = g * b = 36.5 кгм - расчетная
qн= gн*b=32.5 кгм - нормативная
где b – ширина полосы сбора нагрузки (b = 1 м);
P*= P*** cosa=320*1=320кг м2
P= P** B=320кг м2 - расчетная
Pn= P*0.7=224кг м2 - нормативная
где a - угол наклона кровли к горизонту (cosa 1).
Расчет по прочности:
s= Mmax W = Rизг * mв
W - момент сопротивления рабочего настила;
Rизг - расчетное сопротивление изгибу (Rизг = 130 кгссм²);
mв - температурно-влажностный режим-коэффициент учитывающий работу древесины зависящий от отапливаемости здания (так как здание отапливается mв =1).
Мmax = 0.125(q+ P) * Lnр² = 0.125 * (36.5+ 320) * 0.9² = 36.09 кгс*м
W = b * h² 6 = 1 * 0.0252 6= 1.04*10-4 м³
s = 36.091.04*10-4 =3.46*105 кг м2 Rизг * mв = 130 * 1= 13*105 кг м2
Расчет на жесткость:
f=2.13*( qн+Pn)* L4nр 384EI=1150* Lnр
где f – допустимый прогиб;
E – модуль нормальной упругости (E = 1 * 105 кгсм2);
I=b*t312=1* 0.025312=1.3*10-6 м4
f=2.13*(32.5+224)*0.94 384 1051041.3* 10-6=0.72*10-3м.
50* Lnр=09150=6*10-3
Второе сочетание нагрузок: постоянная (собственного веса) + монтажная.
Мmax = 0.07 * q* Lnр² * + 0.207 * 2 * Pч * Lnр
где Pч –вес человека ( Pч=100кг)
Рр.ч= Pч*g =100*12=120 кгс
где Pр.ч – расчетный вес человека;
g - коэффициент надежности по монтажной нагрузке (g = 1.2).
Mmax = 0.07 * 365 * 092 + 0.207 * 2 * 120 * 1205 = 3932 кгс*см
s = 39.32 1.04*10-4 = 378076 кгсм² Rизг * mв = 130 * 1 =13*105 кгсм2
Прочность обеспечена.
Нормы предписывают выполнять расчет стропильных ног как однопролетную балку.
Расчетный пролет стропильной ноги вычисляется по формуле:
Lоб = d cosa = 2.4 1 = 2.4 м
где d – длина панели фермы (d = 2.4 м).
Собственный вес: qн= gн* c*cosa+ 5=36.5*0.9*1+5=34.75 кгм
q = g * с * cosa + 5*g = 36.5*0.9*1+5*1.1=37.85 кгм
Снеговая нагрузка: P= P* * c*cosa =320*0.9*1=288 кг м
Pn= P*0.7=288*0.7=201.6кг м
Проверка на прочность:
Мmax = 0.125 * (q+ P) * Lоб² = 0.125 * (37.85+ 288) * 2.4² = 234.6 кгс*м
W = b * h² 6 = 7.5 * 12.52 6= 195.31 cм³
s = 234*102 195.31=12*105 кг м2 Rизг * mв = 130 * 1= 13*105 кг м2
Подобранное сечение проверяем на прогиб:
f=5*( qн+Pn)* L4об 384EI=1200* Lоб
I=b*h312=7.5* 12.5312=7813 cм4
f=5*(34.75+201.6)*2404 384 100*1057813=0.13 см
00* Lnр=2.4200=12 см
Прочность обеспечена. Принимаем поперечное сечение стропильной ноги 125*75 мм.
4. Подбор сечения прогона.
Прогон проверяют на прочность и на прогиб.
Подбор сечения прогона.
От собственного веса
qн = gн * d + 15=325*2.4+20=98 кгм
q = g * d + 20*g=36.5*2.4+20*1.1=1096 кгм
P= P* d=320*2.4=768 кг м
Pn= P*0.7=768*0.7=5376 кг м
d – расстояние между прогонами по горизонтали (а = 45м);
Мmax = 112 * (q+ P) * Lпр² = 112 * (1096+768) * 4.5² = 148095 кгс*м
W =2* b * h² 6 =2*6 * 252 6= 10125 см³
s =1480.9510125 =11847 кг см2 Rизг * mв = 130 * 1= 130 кг см2
f=( qн+Pn)* L4пр 384EI1200* Lпр
I=2*b*h312=2*6 25312=15625 cм4
f=(98+537.6)*4.54 384 100*10515625=0.434 см.
00* Lnр =4.82200=241 см.
Принимаем поперечное сечение прогона из двух досок 60*250 мм.
Определяем Q = Mоп 2 a
Находим количество гвоздей n =Q Tгв
Tгв – несущая способность 1-го гвоздя.
Mоп =Мmax = 112 * (q+ P) * Lпр² = 112 * (109.6+768) * 4.5² = 1480.95 кгс*м
Примем диаметр гвоздя dгв= 5.5 мм
Определяем a = 0.2*L – 23 dгв = 0.2 * 4.5 – 23*55*10-4 = 07735 м
n=1480.95 20.7735=79
1 Определение усилий в стержнях фермы
Все вертикальные нагрузки действующие на ферму делятся на постоянные и временные. При определении усилий принимается что все нагрузки приложены к узлам верхнего пояса.
P – узловая нагрузка от действия снега.
G – узловая нагрузка от действия собственного веса.
G =( gпокр + gсв)*а*dcosα; gпокр= g+gоб+gпр
где d – длина панели измеряемая вдоль верхнего пояса фермы;
где ρ–плотность древесины(500 кгм3); γf–коэффицмент(11)
gобр=0075*01*500*110.9=4583 кгм2
gпр=Апрd*ρ*γf ; gпр=0.2*0.1*500*1.11.2=916 кгм2
gпокр=365+458+916=50246
gсв=; gсв==39317 кгм2
G=(50.246+39.317)*10.8= 967.287 кг P=P*10.8= 3456 кг
Расчет выполняется на единичных нагрузках приложенных к половине фермы.
где NG – реальное усилие в стержнях фермы от сил G; NP - реальное усилие от снеговой нагрузки;N – суммарное усилие
Подбираем одно сечение на весь пояс. За основу берем элемент Н3 с Nmax=2683958 кг.
Из условия прочности (1) для центрально растянутого стержня определяем требуемое значение площади ослабленного врубкой сечения
где mв=1 (группа конструкций АI) и mо=08.
При максимальной степени ослабления сечения н.п. врубкой на глубину hвр=14hнп(hнп– высота сеченя н.п.) полная площадь поперечного сечения определяется как
С учетом требования hнп³15bнп (bнп– ширина сечения н.п.) и сортамента пиломатериалов хвойных пород (приложение 4) выбираем сечение н.п. bнпxhнп=200x225 мм при котором Абр=450 см2.
Из условия hвр14hнпзадаемся глубиной врубки в нижний пояс hвр=56 мм (значение hврдолжно быть кратно 05 см) и проверяем прочность ослабленного сечения
(Условие выполняется)
Из условия прочности центрально-сжатого стержня (2) определяем требуемое значение площади ослабленного врубкой сечения
где Rc=140 кгсм2(для изготовления поясов фермы применяется древесина II сорта).
Определяем требуемое значение полной площади поперечного сечения с учетом ослабления сечения в.п. врубкой (hвр=14hвп)
Ширина сечения в.п. bвппринимается равной bнп0 т.е. bвп=bнп=20 см. Требуемое значение высоты сечения в.п. определяем как
С учетом сортамента и требования hвп³bвпназначаем сечение в.п. bвпxhвп=200x200 мм при котором Абр=400 см2.
Вычисляем радиусы инерции сечения ry=rx=0289hвп»00578м. Расчетные длины в.п. в плоскости и из плоскости фермы при установке прогонов в каждом узле в.п. равны между собой lx=ly=dcosa=241»24 м. Определяем гибкости в.п.lxи ly:lx=ly=lxrx=2400578=41522 70
Условие прочности не выполняется! Увеличим сечение в.п.!
Так как максимальная гибкость не превышает 70 коэффициент продольного изгиба вычисляем по формуле
Выполняем проверку устойчивости в.п. по формуле (3) с учетом Ар=Абр
Так как раскосы по длине не имеют ослаблений в виде врубки основной формулой для подбора поперечного сечения является условие устойчивости (3).
Задаемся значением коэффициента продольного изгиба jв пределах от 05 до 07 например j= 05 и определяем требуемое значение площади поперечного сечения раскоса
С учетом сортамента и требования bр=bнп назначаем размеры поперечного сечения опорного раскоса bрxhр=200x175 мм Абр=350 см2.
Расчетные длины опорного раскоса в плоскости фермы принимается равной расстоянию между центрами соединяемых им узлов фермы. В нашем примере lx=ly=3451 м. Радиусы инерции rx =0289*0175=005075 м.
ry = 0289*02=00578 м
Определяем гибкости опорного раскоса:
где [l]=120 – предельная гибкость для сжатого верхнего пояса и опорного раскоса (для промежуточных раскосов [l]=150). Так как lmax 70 определяем j по формуле
Выполняем проверку устойчивости опорного раскоса
(Условие устойчивости выполняется)
С учетом сортамента и требования bр=bнп назначаем размеры поперечного сечения опорного раскоса bрxhр=200x150 мм Абр=300 см2.
. Расчетные длины раскоса в плоскости фермы принимается равной расстоянию между центрами соединяемых им узлов фермы. В нашем примере lx=ly=363 м. Радиусы инерции
ry=0289×hp=0289*02=0.0578 м
rx=0289×bp=0289*015=0.04335 м.
где [l]=120 – предельная гибкость для сжатого верхнего пояса и опорного раскоса (для промежуточных раскосов [l]=150). Так как lmax>70 определяем j по формуле
Задаемся значением коэффициента продольного изгиба jв пределах от 05 до 07 например j= 05 и определяем требуемое значение площади поперечного сечения раскоса:
С учетом сортамента и требования bр=bнп назначаем размеры поперечного сечения опорного раскоса bрxhр=200x125 мм Абр=250 см2.
. Расчетные длины раскоса в плоскости фермы принимается равной расстоянию между центрами соединяемых им узлов фермы. В нашем примере lx=ly=3811 м. Радиусы инерции
rx=0289×hp=0289*02=00578 м
ry=0289×bp=0289*0125=0036123 м.
где [l]=120 – предельная гибкость для сжатого верхнего пояса и опорного раскоса (для промежуточных раскосов [l]=150).
При подборе сечения 200х75 не будет выполнено условие предельной гибкости следовательно с учетом сортамента и требования bр=bнп назначаем размеры поперечного сечения опорного раскоса bрxhр=200x100 мм Абр=200 см2.
Расчетные длины раскоса в плоскости фермы принимается равной расстоянию между центрами соединяемых им узлов фермы. В нашем примере lx=ly=4 м. Радиусы инерции инерции rx =0289*01=00289 м.
Элемент Р(встречный раскос).
В общем случае расчет встречного раскоса производится аналогично расчетам остальных раскосов. По условиям задания сечение встречного раскоса принимается как у раскоса Р4 (200*100мм).
Стойка С1 в отличии от всех остальных работает на сжатие и следовательно выполняется из дарева. Сечение стойки принимается минимально возможным в данных условиях 200*100мм
Определяем требуемое значение площади поперечного сечения стойки:
где Nст – наибольшее растягивающее усилие.
По приложению 6 принимаем сечение стойки:
d=30мм ; Aст=506 см2
d=20мм; Aст=2182 см2
1 Опорный узел на натяжных хомутах
Проверка на смятие опорного вкладыша по плоскости примыкания опорного раскоса.
Пусть раскос примыкает к нижнему поясу под углом 450.
так как 6154 кгсм2 6269 кгсм2 - условие прочности выполняется.
Определение диаметра тяжа.
где Принимаем d=20 мм Ант = 218 см2.
Определение количества двухсрезных нагелей для прикрепления накладок к нижнему поясу.
проверим dнаг.= 20 мм
толщина накладок а = 6dнаг.= 6×2= 12 см
Тс=50×с×dн=50×20×2=2000 кг
Та=80×а×dн=80×125×2=2000 кг
Ти=180×dн2+2а2=180×22+2×1252=10325 кг
но не более Ти=250dн2=250×22=1210 кг.
По конструктивным соображениям подбираем швеллер:
Принимаем ] 30 Wy= 436 см3
(условие прочности выполняется).
Проверка накладок на смятие.
Расчет прочности уголков в торце накладок.
Проверим равнобокий уголок 125X125X8 W=759 см3 I = 294 см4
Проверка опорной подушки на смятие под воздействием опорного давления.
Nопор= 4(967б287 +3456) = 17693148
Требуемая площадь опоры:
Принимаем опорную подушку 200X225мм.
2 Промежуточные узлы фермы.
Промежуточный узел 2.
Сечение сжатого раскоса bPX hp= 175X20 см2 усилие в нем 1273907 кг угол между осями раскоса и верхнего пояса – 4030.
Назначаем глубину врубки раскоса в верхний пояс: . Принимаем hвр = 5 см.
Проводим проверку на смятие верхнего пояса по площадке смятия.
а) Определим размеры площадки смятия:
б) Условие прочности на смятие:
Прочность на смятие не обеспечена. Изменяем конструкцию узла.
Проверяем прочность на смятие в зоне рабочего опирания подушки на верхний пояс. Разность усилий в элементах верхнего пояса примыкающих к узлу составляет 5010 кг.
Прочность на смятие обеспечена.
Проверяем необходимую длину lск.
Промежуточный узел 4.
Сечение сжатого раскоса bPX hp= 15X20 см2 усилие в нем кг угол между осями раскоса и верхнего пояса – 4860.
Назначаем глубину врубки раскоса в верхний пояс: . Принимаем hвр = 56 см.
Прочность на смятие не обеспечена.
Изменяем конструкцию узла.
Промежуточный узел 5.
Сечение сжатого раскоса bPX hp= 200X125 см2 усилие в нем 552911 кг угол между осями раскоса и нижнего пояса – 510.
Промежуточный узел 6.
Сечение сжатого раскоса bPX hp= 20X10 см2 усилие в нем 3858227 кг угол между осями раскоса и нижнего пояса – 5310.
Расчет стыка нижнего пояса
проверим dнаг.= 24 мм
толщина накладок а > 6dнаг.= 6×24= 1416 см a=150 см
Тс=50×с×dн=50×20×24=2880 кг
Та=80×а×dн=80×15×24=2880 кг
Ти=180×dн2+2а2=180×242+2×152=14868 кг
Список используемой литературы:
”Конспект лекций по деревянным конструкциям” Семенов К. В. - 2004 г.
Карлсен “Деревянные и пластмассовые конструкции”.
Кауфман “Деревянные конструкции”.