Проектирование деревянной фермы пролетом 12м в г. Хабаровск

Чертеж.dwg

ХГУ; ИТФ; Кафедра ГСиХ
Общественное здание в г. Хабаровск
План кровли на отм. 7.000
спецификация древесины
Деревянные конструкции
План ферм на отм. +4.000
рабочий настил 30мм
гидроизоляционный ковер (1 слоя рубероида)
минераловатная плита 200мм
оценкованный лист 6мм
Болты нормальной прочности класса 4.6 по ГОСТ 1759-7 2. Заводские сварные швы выполнять полуавтоматической сваркой проволокойСв-08 (по ГОСТ 2246-70) диаметр 4 мм 3. Ручная сварка электродом типа Э42 по ГОСТ Э467-75 4. Катет всех монтажных швов k=5 мм 5. Металлические конструкции окрасить на 2 раза масляной краской по грунту 6. Деревянных конструкций - сосна 1 сорта по ГОСТ8486-66* 7. Деревянные конструкции обработываются антисептическими веществами. 8. Район строительства -3
Спецификация дерева на отправочную марку
(размеры в мм; усилия в кН)
Геометрическая схема фермы
Спецификация метолла на отправочную марку
План связей на отм. 7.000

дерево.doc

1.Компоновка конструктивной схемы здания
Конструктивное решение здания:
Пролет здания L = 15 м. длина здания = 30 м.
Температурный режим здания – отапливаемый
Тип фермы – балочная трапециидального очертания решетка раскосная.
Стены кирпичные толщиной 510 мм.
1 Выбор расчетной схемы.
Настил балочного типа опирается шарнирно (передает только опорные реакции)
На настил действуют несколько видов нагрузки:
- постоянная нагрузка –собственный вес настила вес конструкции покрытия
- временно кратковременная нагрузка – снеговая нагрузка вес монтажника
- Постоянные нагрузки на покрытие.
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
- расчетная равномерно распределенная нагрузка на настил
- Временная нагрузка:
п5.7[3]-коэффициент надежности по нагрузке табл.4 [3]- нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 приложение 3. [3]
(район строительства г.Хабаровск)
3 Статический расчет
Производим расчет по правилам строительной механики от каждой нагрузки в отдельности в результате необходимо получить максимальный изгибающий момент. Расчетная схема настила представляет собой многопролетную неразрезную балку загруженную равномерно распределенной нагрузкой (постоянной и временной).
Где - постоянная нагрузка в плоскости х-х
- снеговая нагрузка в плоскости х-х
Где -постоянная нагрузка в плоскости у-у
-снеговая нагрузка в плоскости у-у
) от веса монтажника
4 Выбор сечения настила.
Балка настила загружена статической нагрузкой имеет сплошное сечение
тогда требуемый момент сопротивления определяем из условия прочности:
где Rи = 130 табл. 3 [1]
Принимаем по сортаменту пиломатериалов для деревянных конструкций ;
Геометрические характеристики сечения
Для древесины ребер модуль упругости Едр = 10000 МПа.
5 Проверка настила по первой группе предельных состояний
Прочность по нормальным напряжениям:
х = 994 ·103 Rи = 130 ·103 кНм2; табл.3 [1]
Вывод: прочность по нормальным напряжениям обеспечена.
Прочность от совместного действия моментов в плоскости х-х у-у:
Вывод: прочность от совместного действия моментов в плоскости обеспечена
6 Проверка настила по второй группе предельных состояний
Жесткость балок обеспечивается если выполняется условие:
50 – предельный прогиб в панелях покрытия по (т.16 [3]).
Вывод: жесткость балки обеспечена.
Принимаем неразрезные сплоченные прогоны на гвоздях состоящих из двух рядов досок на ребро соединяемых на гвоздях через 50см. Каждый ряд досок выполняются по принципу консольно-балочный прогон. Стык выполняется в прогоне осуществляется в разбежку.
1 Выбор расчетной схемы
На прогон действуют несколько видов нагрузки:
- постоянная нагрузка –собственный вес прогона вес конструкции покрытия
- временно кратковременная нагрузка – снеговая нагрузка
Производим расчет по правилам строительной механики от каждой нагрузки в отдельности в результате необходимо получить максимальный изгибающий момент. Расчетная схема прогона представляет собой многопролетную балку статически определимую опираемую поэтажно загруженную равномерно распределенной нагрузкой (постоянной и временной).
4 Выбор сечения прогона.
Балка прогона загружена статической нагрузкой имеет сплошное сечение
5 Проверка прогона по первой группе предельных состояний
Где kw =09 табл. 13[1]
х = 10898 ·103 Rи = 130 ·103 кНм2; табл.3 [1]
6 Проверка прогона по второй группе предельных состояний
Система равнопрогибная
Сечение первого пролета необходимо усилить. Опорные реакции на первом пролете на 13% больше остальных опорных реакций. Консольные балки выполняются из брусьев по длине они соединяются врубками. В стыке необходимо установить болты против смещения элемента. Болты затягивать т.к. система равнопрогибная.
Расчет стропильной фермы
Ферма балочного типа опирается шарнирно (передает только опорные реакции)
На стропильную ферму действуют несколько видов нагрузки:
- постоянная нагрузка –собственный вес фермы вес конструкции покрытия опорные моменты от жесткости узлов и т.д.
- временно кратковременная нагрузка – снеговая нагрузка ветровая
Собственный вес шатра
- расчетная равномерно распределенная нагрузка на раму где В = 6м- шаг фермы - коэффициент надежности для производственных зданий. -распределенная нагрузка от веса кровли.
Меняем распределенную на сосредоточенную
Снеговая сосредоточенная нагрузка
Рис.16 Диаграммы усилий от вертикальной единичной нагрузки
При шарнирном сопряжении на ферму передаются усилия от ветровой нагрузки. Ферма несимметричная необходимо определить усилия в стержнях фермы при действии ветра слева и справа.
- Активное давление ветра где
- 06 кнм² п.6.4[3] нормативный скоростной напор ветра
с =08 п.6.6[3] аэродинамический коэффициент учитывающий конфигурацию здания для активного давления ветра
к = 1 п.6.5. [3] коэффициент учитывающий изменение давления ветра по высоте: γf =1.4 п.6.113.
Сосредоточенная сила от активного давления
- высота фермы на опоре.
- Пассивного давление ветра где
- 045 кнм² п.6.4[3] нормативный скоростной напор ветра для Хабаровска
с =06 п.6.6[3] аэродинамический коэффициент учитывающий конфигурацию здания для пассивного давления ветра
Сосредоточенная сила от пассивного давления где - высота фермы на опоре.
Рис.17 Диаграмма усилий от ветровой нагрузки. Ветер справа
3. Статический расчет
Статический расчет фермы производим от каждого вида нагрузки. При расчете определяем усилия в каждом стержне фермы. Расчет фермы производим графически т.е. построение диаграммы Максвелла-Кремоны. (рис.16 рис.17) Результаты расчета сводятся в таблицу усилий.(табл.4)
Расчетные усилия в стержнях ферм
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от снеговой нагрузки
Усилия от ветровой нагрузки Wл
Усилия от ветровой нагрузки Wп
4 Подбор сечений стержней фермы
Стержни фермы рассчитываются как центрально сжатые на устойчивость или как центрально растянутые на прочность.
Расчетная длина сжатого стержня в плоскости фермы и из плоскости:
где l0x(0y) – геометрическая длина стержня (расстояние между точками закрепления от смещения в плоскости x-x (y-y)).
Точками закрепления узлов фермы от поперечного смещения могут являться связи плиты покрытия прогоны и т.п. Расчетная длина стержней заносится в таблицу 5.
В таблице производим расчет максимального усилия растяжения и сжатия в каждом стержне. Подбор сечений сжатых стержней начинается с определения требуемой площади:
где N — расчетное сжимающее усилие действующее в стержне кН (табл.4);
= 14 МПа- расчетное сопротивления древесины сжатию (табл.31)
φ - коэффициент продольного изгиба определяется по п.4.31 в зависимости от гибкости стержня λ. - для древесины
В первом приближении коэффициент φ можно определить по заданной гибкости:
где r – радиус инерции сечения элемента с максимальным размером брутто соответственно относительно осей Х и У
По полученной требуемой площади по сортаменту подбираются подходящие деревянные конструкции с условием Fx ≥ Fтр. Из сортамента выписываются основные геометрические характеристики сечения результаты заносятся в таблицу 5.
Требуемая площадь сечения растянутого стержня определяется из условия прочности по формуле:
где N - расчетное растягивающее усилие действующее в стержне (табл.4) кН; = 10 МПа- расчетное сопротивление древесины растяжение вдоль волокон (табл.31).
По требуемой площади по сортаменту подбирается подходящий профиль с условием Fx ≥ Fтр. Из сортамента выписываются основные геометрические характеристики сечения результаты заносятся в таблицу 5.
По полученным усилиям подбираем сечения растянутых и сжатых стержней производим проверки прочности для сжатых стержней:
для растянутых стержней:
проверка жесткости: λx(y)=lx(y)rx(y)≤[λ]=120(табл.141)
Результаты расчета и проверок приведены в табл. 5
Подбор сечение элементов фермы
Расчетные усилия максимальные кН
Проверка сечений ≤R кПа
5 Конструирование и расчет узлов ферм
Плита рассчитывается как изгибающая балка таврового сечения
Ширина упорной плиты принимаем bпл =150 мм
Определение геометрические характеристики сечения
A1=15 см2; A2=8 см2;
Изгибающий момент равен где q = см
- напряжение смятия древесины в месте упора
Напряжение изгиба в плите равно:
Горизонтальную опорную плиту рассчитывают на изгиб под действием напряжений смятия ее основания как однопролетную балку с двумя консолями.
Размеры плиты принимаем конструктивно
Площадь опорной плиты принимают F=300300=90010² мм².
Фактическое давление под плитой
Определяем толщину плиты из условия
– требуемый момент сопротивления сечения плиты
определяем по 2 участку.
– толщина плиты при ширине полосы в 1см;
-Расчет сварного углового шва
Соединение осуществляем ручной сваркой электродами Э42
марка проволки Св-08А марка стали С-245
Определяем расчетные характеристики сварного углового шва:
Rw¦=180 МПа–табл. 561; gw¦=1 –п. 11.21; gс=11–табл. 61; b¦=07 – табл. 341; Rwz=045Run=045×365=1643 МПа–табл. 31; gwz=1–п. 11.21; gс=11– табл. 61; bz=10 – табл. 341;
разрушение по металлу шва:
разрушение по границе сплавления:
Усилие на шов у обушка и пера одного уголка
Расчетная длина сварного шва определяется по металлу шва:
где k=5 мм – катет сварного шва; n=2 – количество швов;
Принимаем длину сварного шва конструктивно 100мм
Рис. 22. Коньковый узел:
В коньковом узле между концами брусков верхнего пояса установлен металлический вкладыш (рис. 22).
Смятие торца верхнего пояса:
Металлическую стенку вкладыша рассчитывают на изгиб как консольную балку под действием напряжений смятия от упора торца верхнего пояса (рис. 22).
Изгибающий момент консольной части стенки вкладыша шириной 10мм:
Момент в средней части:
Необходимый момент сопротивления равен:
Требуемая толщина вкладыша равна:
Принимаем толщину вкладыша .
Расчет узлового болта.
Узловой болт рассчитываем на изгиб от равнодействующей усилий в раскосах которая определяется графически (рис. 22).
Изгибающий момент в узловом болте равен:
Напряжение изгиба с учетом пластичности:
Требуемый диаметр болта:
Принимаем узловой болт d=30мм.
СНиП II – 25 – 80. Деревянные конструкции. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1989. – 36 с.
СНиП II – 23 – 81. Стальные конструкции. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. – 96 с.
СНиП 2.01.07 – 85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. – 36 с.
Справочник проектировщика промышленных жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно – теоретический. В 2-х т. Т.1 Под ред. А.А.Уманского. – 2-е изд. перераб. и доп. – М: Стр