Проектирование производственного отапливаемого сооружения в г. Псков

Дерево КП.dwg

Конструкции из дерева и пластмасс
План кровли и ограждающих конструкций.
Продольн. стыкование панелей.Спецификация.
Поперечный разрез. Панель покрытия.
Производственное неотапливаемое
ПОПЕРЕЧНЫЙ РАЗРЕЗ (М:100)
ПЛАН КРОВЛИ И ОГРАЖДАЮЩИХ
ПАНЕЛЬ ПОКРЫТИЯ (М:20)
Фанера березовая 1600x1500x9
ПРОДОЛЬНОЕ СТЫКОВАНИЕ
Фанера березовая 1600x1500x7
Доска сосновая 280х36
Стыковой брус 70х44
Cт. уголок 180х180х11
Cт. уголок 140х90х10
Cт. уголок 63х63х4 L=470
Клеефанерная панель покрытия -160
Асбестоцементный волнистый лист
Cт. уголок 160х160х10

Дерево(нов).doc

Калининградский Государственный Технический Университет
Кафедра Промышленного и Гражданского Строительства
Курсовой проект Курсовой проект защищен
Руководитель: Пименов В.А. Руководитель: Пименов В.А.
по дисциплине «Деревянные конструкции»
Пояснительная записка
Нормоконтролер Работу выполнила
студентка гр. 07-СТ-4
ПЗ.КП.КД.КГТУ-07-СТ4
Производственное неотапливаемое здание
КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА
Ограждающие конструкции 5
Расчет ригеля рамы .11
Статический расчет рамы.
2.Определение усилий в стойках рамы .16
Конструктивный расчет стойки ..17
Расчет опорного узла 19
Расчет карнизного узла ..20
Список используемой литературы 21
Двухшарнирные деревянные рамы являются одним из наиболее распространенных типов несущих конструкций. Они нашли широкое применение в большинстве производственных и общественных зданий. Рамы состоят из вертикальных стоек соединенных ригелем что позволяет легко устраивать вертикальные стеновые ограждения и элементы покрытия. Двухшарнирные деревянные рамы бывают как правило однопролетными при пролетах 12-30м. По статической схеме их относят к статически неопределимым рамам имеющим жестко или шарнирно закрепленные стойки.
Наибольшее распространение получили двухшарнирные деревянные рамы с жестко защемленными стойками. Наличие таких стоек выявляет целый ряд достоинств в индустриальности транспортировании и возможности раздельного монтажа стоек и ригелей. Двухшарнирные деревянные рамы с жестко защемленными стойками относятся к рамам заводского изготовления и выполняются как правило дощатоклеенными.
Целью данного курсового проекта является проектирование производственного отапливаемого сооружения в дереве. Проектируемое здание расположено в городе Пскове. По статической схеме поперечника оно представляет собой двухшарнирную раму со сплошным ригелем. Пролет рамы по осям 21м. Длина здания – 42 м. Высота стойки от верха фундамента на отметке +030 до нижней кромки ригеля – 96 м. Шаг рам – 6 м.
Материал несущих конструкций – воздушно-сухая сосна II сорта и фанера клееная берёзовая марки ФСФ сорта ВВС.
Кровельное ограждение беспрогонное холодное. Материал кровли – асбоцементная волнистая.
ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ.
1. РАСЧЕТ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ.
Основные размеры панелей:
длина панели l = 42м
относительная толщина панели h h=140 мм
толщина верхней фанерной обшивки нср=9 мм
толщина нижней фанерной обшивки вср=7 мм
Сечение продольных и поперечных ребер принимаем по сортаменту 150х45мм. После острожки 144х40мм.
Основные расчетные характеристики:
плотность древесины 500 кгм3
плотность фанеры 700 кгм3
модуль упругости фанеры Еф=9000 МПа
модуль упругости древесины Ед=10000 МПа
Геометрические характеристики сечения.
Так как проектируемое здание является отапливаемым то панель покрытия имеет тавровое строение.
а) Расчетная ширина фанерных обшивок
l=4800мм >6·a=6·472=2832мм
a- расстояние между продольными ребрами по осям
bрасч=09·b=09·1500=1350мм
б) Коэффициент привидения
для нижней растянутой
фанерной обшивки nф=EфнEbф
в) Приведенная площадь сечения
Fпр= Fфв+ Fфн· nф+Fp· np
Fпр=9·1350+7·1350·1+144·40·111=27994 мм2
г) Положение нейтральной оси.
Y0=(Fф.в.·y1+Fф.н.·nф.н.·y2+Fр·nр·y3)(Fф.в.+Fф.н.·nф.н.+Fр·nр)=(9·1350·765+7·1350·755+0)(9·1350+7·1350+144·40·111)=587мм
д) Статический момент сечения относительно нейтральной оси
Sпр=y0·Fпр; Sпр=587·27994=16432478 мм2
е) Приведенный момент инерции
Iпр=Ix0=bрас.·bв.з.12+bрас.·bн.з.·nф.н.12+Fф.в.·(y1-y0)2+Fф.н.·nф.н.·(y2+y0)2+ bр·h3р·nр12+Fр·nр·y20=1350·9312+1350·9·(765-587)2+ 1350·7312+7·1350·1·(755+587)2+40·144·111·5872=196·108 мм4
Расчетные и нормативные нагрузки действующие на панель представлены в таблице 1.
Наименование нагрузки
Собственный вес панели.
Гидроизоляция –1 слой рубероида
Верхняя фанерная обшивка 0009·700·98
Стыковые бруски 2·0072·0044·500·9815
Дощатый настил (25мм)
Волнистые асбестоцементные листы
200 - 75 с учетом нахлестки
Полная нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначению γn=095 и уклона кровли (α=30°С)
qр=2989· 095·соs 30°=28 кНм
Проверка панели на прочность.
а) Проверка растянутой нижней фанерной
обшивки на устойчивость
=M·nф.н.Wпр. mф.·Rф.р.
где М=qp·lp28 – расчетный изгибающий момент
mср=06 – коэффициент учитывающий снижение расчетных сопротивлений в стыках фанерной обшивки;
Rф.р.=14 МПа – расчетное сопротивление фанеры растяжению;
Wпр=Iпр(y2+y0)= 196·108(765+587)=1449704 мм2
Wпр– приведенный к фанере момент сопротивления сечения.
s=806·103·11449704·10-3=556 МПа 06·14=84МПа
б) Проверка верхней сжатой фанерной обшивки на устойчивость:
Rф.с.=12 МПа – расчетное сопротивление фанеры сжатию;
jф – коэффициент зависящий от соотношения между ребрами в свету (а=432мм) к толщине фанеры (dфв=9 мм);
Так как аdфв=4329=48 50 то jф=1-(аdфв)25000
Wпр=196·108(765-587)=11011236 мм3=11 011236·106 мм3
s=806·1030539·11 011236·10-3=135 МПа 12 МПа
Устойчивость верхней фанерной стойки обеспечена.
в) Проверка верхней сжатой фанерной обшивки на местный изгиб от
сосредоточенной силы Р=12кН.
где Мрас=Р·а18– расчетный изгибающий момент;
Мрас.=12·04728=00708 кН·м=708 Н·м
W=1·000926=135·10-6 м3
W- момент сопротивления обшивки шириной d=100см
R ф.п.в.= 65МПа – расчетное сопротивление фанеры изгибу поперек волокон.
s=708135·10-6=524 МПа 65·12=78 МПа
Прочность верхней фанерной обшивки обеспечена.
г) Проверка клеевого шва фанерной обшивки на скалывании в месте примыкания ее к ребрам.
t=Q·SпрIпр ·bрас R где
Q= qp·lр2=28·482=672 кН –расчетная поперечная сила
Sпр= Fфв·уфв– приведенный статистический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси.
Sпр=1·135(765-587)=7584 см3=0758·10-4м3
bрас=n·bр- расчетная ширина сечения равная суммарной ширине ребер каркаса
Rск=08 МПа- расчетное сопротивление фанеры скалыванию вдоль волокон наружных слоев.
t=672·103·00758·10-3196·10-4·016=0016 МПа08МПа
Прочность клеевого шва обеспечена.
Определение относительного прогиба фанеры.
flр=5·qн·lр3384·Есрв·Iпр=5·228·103·483384·900·107·196·10-4=
=000186 [fl]=1250=0004
2. РАСЧЕТ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ.
Основные размеры панели:
ширина панели b=15м;
относительная толщина панели h
толщина верхней фанерной обшивки dфв=9 мм;
толщина нижней фанерной обшивки dфн=7 мм
Сечение продольных и поперечных ребер принимаем по сортаменту 150х45мм.
После острожки 144х40мм.
плотность древесины 500кгм3;
плотность фанеры 700кгм3;
модуль упругости фанеры Еф.=9000МПа;
модуль упругости древесины Ед.=10000МП
Так как проектируемое здание является отапливаемым то панель покрытия имеет коробчатое строение.
Расчетные и нормативные нагрузки действующие на стеновую панель представлены в таблице 2.
Ветровая нагрузка (1 район)
qow= Wo·к·с=023·0515·08
к=0515 (для типа местности В и h здания
с=08- аэродинамич. коэфф-т
Полная нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначению γn=095 qр=q· γn=0588·095=0559 кНм
М=0559·4828=161 кН·м
s=161·103·11449704·10-3=111 МПа 06·14=84МПа
jф – коэффициент зависящий от соотношения между ребрами в свету (а=432мм) к толщине фанеры (dфв=10мм);
s=161·1030539·11 011236·10-3=0273 МПа 12 МПа
Q= qp·lр2=0559·482=134 кН –расчетная поперечная сила
t=134·103·00758·10-3196·10-4·016=0003 МПа08МПа
flр=5·qн·lр3384·Есрв·Iпр=5·0526·103·483384·900·107·196·10-4=
=000009 [fl]=1250=0004
Балку проектируем прямоугольного сечения из панелей уложенных плашмя и отстроганных по пластам досок склеенных фенальным водостойким клеем ФР-50.
По конструктивным требованиям ширину балки принимаем b=19см
Доски принимаем по сортименту 200х40мм (после острожки 190х36мм).
Расчетные и нормативные нагрузки действующие на балку представлены в таблице 3.
Собственный вес балки
qсвн=(qн+Sн)1000(Ков·l-1)
qсвн=(0611+1)1000(5·21-1)=0169кНм
Ксв=5-коэффициент собственного веса балки
l=21 м – пролет балки
qн=0611кНм3-нормативная нагрузка от веса покрытия
Расчетная нагрузка действующая на балку с учетом коэффициента надежности по назначению γп=095
q=11228·0.95=10667 кНм
Подбор сечения балки.
Для крайних зон сечения балки принимаем древесину второго сорта с расчетными сопротивлениями Ru = 15 МПа; Rск=15МПа.
Подбираем опорное сечение из условия прочности при скалывании:
-поперечная сила Q=q·l2= 10667·212=112 кН
-требуемая высота опорного сечения
hо.тр.=3·Q2·b·Rск=3·1122·019·15·103=059 м
Принимаем hо.тр.= 0592м (16 слоев)
-высота сечения в середине пролета
h=hо.тр+l2·10=0592+212·10=1612м
Принимаем h=1628м (44 слоя).
Проверка принятого сечения балки.
В балке переменной высоты расчетные сечения где действуют максимальные нормальные напряжения не совпадают с серединой пролета где действует максимальный изгибающий момент. Это объясняется тем что момент сопротивления сечения здесь уменьшается от середины пролета к опорам быстрее чем изгибающий момент.
Расстояние х от опоры до сечения где действуют максимальные нормальные напряжения:
х=l·hо 2·h=21·05922·1628=383м
Величина изгибающего момента в расчетном сечении:
Мх=q·х(l-х)2=10667·383(21-383)2=347 кН·м
Высота расчетного сечения:
hх=hо.тр.+(h- hо.тр )·(2·хl)=0592+(1628-0592)·(2·38321)=097м
Момент сопротивления расчетного сечения:
W= b·h26=019·09726=00298м3
Расчетное сопротивление:
mб – коэффициент условий работы зависящий от высоты сечения.
mсл - коэффициент условий работы зависящий от толщины слоя.
При hсл=36мм mсл=098
R=15·086·098=1264 МПа
Напряжение в расчетном сечении:
s=МxW=347·10300298=1164МПа1264МПа
Прочность принятого сечения балки обеспечена.
Проверим прогиб балки: fl=(f0l·k)·(1+c·(hl)2) где:
qн=8545 кНм - нормативная нагрузка;
I =b·h312 – момент инерции сечения балки в середине пролета.
I= 019·1628312=00683 м4
f0= 5·8545·103·214384·10000·107·00683=00032 м
К=015+085·(h0h) - коэффициент учитывающий переменность сечения.
К=015+085·05921628=0459
С= 154+38·(h0h) - коэффициент учитывающий деформацию сдвига
С= 154+38·05921628=1678
fl=(0003221·0459)·(1+1678 (162821)2)=00004 1300=00033
Проверим устойчивость плоской формы деформирования:
где jм=140·b2·kфlp·h - коэффициент для изгибательных элементов прямоугольного сечения шарнирно закрепленных от смещения из плоскости изгиба и закрепленных от поворота вокруг центральной оси.
кф=1 – коэффициент зависящий от формы эпюры пригибающих моментов на участке lp=15м
jм=140·0192·115·1628=207 > 1
s=347·102207·00298=156 МПа 1264МПа
Устойчивость плоской формы деформирования балки обеспечена.
В результате расчета подобрана балка прямоугольного сечения из пакета досок 200х40мм (после строжки 190х36мм). В середине пролета балка собирается из 44 слоев а на концах – из 16 слоев.
Принятые сечения балки в пролете и на опорах удовлетворяют требованиям прочности жесткости и поперечной устойчивости поскольку при этом соблюдается условие.
СТАТИСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАМЫ.
Для двухшарнирных дощатоклеенных рам характерно действие следующих видов нагрузки - постоянной (собственный вес покрытия) и временной (снеговой и ветровой).
Так как соединение ригеля со стойкой шарнирное то в этом случае стойки воспринимают действующие на ригель вертикальные нагрузки в виде сосредоточенных сил приложенных к верхнему срезу стойки по направлению ее оси.
Конструктивная схема рамы.
Расчетная схема рамы:
Постоянная нагрузка рассматривается в виде:
а) Постоянного расчетного углубления на стойку:
Рстq=(qкрр+qсвп)·(l2)·В где:
qкрр=0753кНм2 – расчетная нагрузка от веса кровли;
qпсв=0186кНм2 – собственный вес балки.
Рстq=(0753+0186)·212·48=473кН
б) Давления от собственного веса стойки
Pстсв=hст·bст·Hст·n·g·gдр где
hст и bст-соответственно высота и ширина сечения стойки
hст=(115)·l=2115=14м
hстbст 5 bст ³hст5=145=028м
Нст=55м -высота стойки.
gдр=500кгм3 -объемный вес древесины:
Рстсв=14·028·55·500·11·98=116кН
в) Расчетного давления от стенового ограждения:
Рстог=qстог·(Нст+Ноп)·В где:
qстог=0454 кНм2-расчетная нагрузка от веса стенового ограждения
Ноп=0592 м-высота опорной части ригеля
Рстог=0454(55+0592)·48=1328 кН
Снеговая нагрузка на покрытие:
Рстсн=Ро·n·(l2)·Bгде:
P0=1кНм2-вес снегового покрова для III снегового района
n=14-коэффициент перегрузки:
Рстсн=1·14·21·482=7056кН
Рств=Рво·n·c·B=023·14·08·48=1236 кНм
W=Pво·n·c·Hp·B= 023·14·08·1628·48=2013 кН
Pво=023кНм2-скоростной ветровой напор
n=14-коэффициент перегрузки
с=08-аэродинаиический коэффициент для активной стороны
Нр=1628м-высота ригеля в середине пролета
Рств=- Рво·n·c·B= -023·14·06·48=0927 кНм
W=- Рво·n·c·Hp·B=-023·14·06·1628·48=-151 кН
c=06 –аэродинамический коэффициент для заветренной стороны.
2. Определение усилий в стойках рамы.
Цель статического расчета двухшарнирной дощатоклеенной рамы заключается в определении усилий (MQ N) от действующих нагрузок в самом напряженном сечении стоек – в опорной части. Рама является однажды статически неопределимой. За лишнее неизвестное принимают продольное усилие Х в ригеле. Неизвестные усилия определяют отдельно от следующих видов загружения:
-от ветровой нагрузки приложенной в уровне ригеля:
Xвриг= -(W-W)2=-(2013-151)2=-0252кН
-от ветровой нагрузки приложенной к стойкам:
Xств=-3·(Нст·(Рств-Рств))16 =-3·55(1236-0927)16=-032кН
-от стенового ограждения:
Xстог=-9·(МстогНст)8 где
Мстог= - Рстог·е; е=hст2+hог2+h1=142+0162+0=078м
Мстог=-1328·078=-1036кН·м
Xстог=-9·10368·55=-212кН
Находим усилия в левой и правой стойках в уровне защемления в фундаменте.
Мл=((W-Xригв-Xств)·Нст+(Рств·Нств)2)·к+Xстог·Нст-Мстог
к=09-коэффициент учитывающий дополнительные сочетания нагрузок:
Мл=[(2013-0252-032)·55+(1236·55)22]·09+212·55-1036= =2923кН·м
Мпр=((W+Xригв+Xств)·Нст+(Рств·Нств)2)·к-Xстог·Нст+Мстог= =[(151+0252+032)·55+(0927·55)22]·09-212·55+1036=207кН·м
Qл=(W-Xригв-Xств+Pств·Hст)·k+Xстог=(2013-0252-032+1236·55)·09+212 =9535кН
Qпр=(W+Xригв+Xств+Pств·Hст)·k-Xстог=(151+0252+032+0927·55)·09-212 =434кН
На обоих стойках продольные силы одинаковы.
N=Nл=Nпр=Pqст+Рстсв+Рстог+Рстсп·к=473+116+1328+706·09=1357 кН
Окончательные расчетные усилия в опорной части стойки принимаем по максимуму (для правой стойки):
КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ СТОЙКИ.
Данный расчет сводится к прочности и устойчивости принятого сечения стойки как сжато-изгибаемого элемента.
Предварительно подбираем сечение стойки (hст bст) исходя из конструктивных требований:
hст= bст ³ hст5=145=028м
Учитывая dg=45мм уточняем высоту сечения стойки:
hст=dg·ng=45·32=1440мм=144м
Геометрические характеристики сечения стойки:
F=hст·bст=144 ·028=04032 м2
б) момент сопротивления сечения относительно оси х:
Wx=bст·hст26=028·1446=00672м3
в) момент инерции сечения относительно оси х:
Ix=hст·bст312=028·144212=004838 м4
s=NрасF+Мрас x·Wx Rc
Rc=mсл·md· Rc=09·095·15=12825 МПа
x=1-(Nрасj·F·Rc)-коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента.
j - коэффициент продольного прогиба (зависит от l)
lx=l0xrx=l0x0289·hcт=22·550289·144=2908
а - коэффициент принимаемый для древесины 08
jx=1-08(2908100)2=0932
x=1-1357·1030932·04032·12825·106=0972
s=1357·10304032+2923·1030972·00672=0784 МПа
Прочность стойки обеспечена.
Проверка сечения стойки на устойчивость из плоскости изгиба
ry=IyF=bст3·hст12·bст·hст=0289·bст
lу=l0yry=l0y0.289·bст=550289·028=7097 >70
jу=Аlу2=3000(7097)2=0596
А- коэффициент принимаемый для древесины 3000:
s=1357·10304032·0596=156МПа Rc=12825Мпа
Устойчивость сечения стойки из плоскости изгиба обеспечена.
Проверка клеевого шва стойки на прочность:
Rск=15МПа-расчетное сопротивление древесины скалыванию
S=bст·h2ст8-статический момент изгибаемой части сечения относительно нейтрального слоя поперечного сечения
S=028·14428=00725 м3
b=06м - расчетная ширина сечения
t=9535·102·007250972·004838·06=001МПа 15МПа
Прочность клеевого шва стойки обеспечена.
В результате расчета принята стойка с поперечным сечением 028х144м составлена из 32 слоев.
РАСЧЕТ ОПОРНОГО УЗЛА.
Так как пролет рамы l=21м то опорный узел стойки жестко защемленной в фундамент решается с помощью установки на стойках стальных траверс для крепления анкерных болтов.
Наибольшие растягивающие усилия возникающие в болтах:
Npасоп=(Рстq+ Рстог+ Рстсв)·n1n
Npасоп=(473+1328+116)111=794 кН
Мрасоп=[(W-Xвриг-Xвст)·Hcт+ Рств·Hcт22+Xогст·Hcт· n1n-Мстог· n1n]·1x
Мрасоп=[(2013-0252-032)·55+ 124·5522+212·55· 111-078· 111]· 10972=3974 кН·м
smax=-Nрасопbст·hн+6· Мрасоп bст·hн2
smin=-Nрасопbст·hн-6· Мрасоп bст·hн2
hн=hст+6·dст=144+6·0045=171-высота сечения стойки на опоре.
smax =-794028·171+6·3974028·1712=013 МПа
smin=-794028·171-6·3974028·1712=-046 МПа
Участки эпюры напряжений равны
С=sma а= hн2-С3=1712+0673=108м
У= hн- С3-S; S=3·dст; У=171-0673+0135=162м
Усилия в анкерных болтах
Z=(Мрасоп- Npасоп·а)у=(3974-794·108)=4601 кН
Площадь поперечного сечения болта
nб- количество анкерных болтов с одной стороны стойки
Rрб- расчетное сопротивление анкерных болтов на растяжение
Fб=4601·1032·16·103=145 см2
Принимаем диаметр анкерных болтов dб=16 мм
Максимальный изгибающий момент в стальной траверсе
Мmax=Z·(lт-bcт2)4=4601·( 0296 - 0282)4=18 кН·м
lт= bcт+ dб=028+0016=0296
Из условия размещения анкерных болтов принимаем уголок траверсы 70х70х7 (ГОСТ 8509-93) с Ix=4298 см4 z0=199см.
Проверяем траверсу на прочность
bуг- ширина полки уголка R-расчетное сопротивление стали уголка.
т=18·102(7- 199)4298=19 кНсм222 кНсм2
Прочность клеевого шва: t=Zbрас·hш Rскср
hш- длина приклейки дополнительных досок
bрас=06·b=06·028=017м – расчетная ширина сечения стойки
Rскср= Rск(1+· hшу)=15(1+0125·032007)=095 МПа – среднее
расчетное сопротивление клеевого шва на скалывание.
t=4601·103017·032=08 МПа 095 МПа
РАСЧЕТ КАРНИЗНОГО УЗЛА.
Карнизный узел в двухшарнирных дошатоклеенных рамах характерен шарнирным примыканием к стойке балки покрытия. В мере опирания ставится обвязочный брус ширину которого находят из условия смятия древесины балки поперек волокон в опорной плоскости:
А=112 кН – опорная реакция балки.
Rсм90=3МПа – расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон.
b=019м – ширина балки.
dоб =112·103019·3·106=0196 м
Высоту обвязочного бруска назначаем: hоб=220мм
Проверяем: hоб как распорки вертикальных связей между стойками при [ l]=200 и при расстоянии между балками В=450см
hобгр=Вl·r=450200·0289=78см hоб=22см
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
Будасов Б.В. Каминский В.П. Строительное черчение: Учеб. Для
вузов –М.: Стройиздат. 1990-464с.
Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет.-Киев: Высшая школа. 1975-
Дарков А.В. и др. Строительная механика. –М. Высшая школа. 1976-
Конструкции из дерева и пластмасс. Примера расчета
конструктирования. – Киев: Высшая школа. 1981 – 392с.
СниП 2.01.07-75. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия –
М. Стройиздат. 1976-59с.
СНиП II-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции.-
М.Стройиздат.1982-65с.