Производственное отапливаемое здание

Дерево.dwg

Конструкции из дерева и пластмасс
План кровли и ограждающих конструкций.
Продольн. стыкование панелей.Спецификация.
Поперечный разрез. Панель покрытия.
Производственное отапливаемое
ПОПЕРЕЧНЫЙ РАЗРЕЗ (М:100)
ПЛАН КРОВЛИ И ОГРАЖДАЮЩИХ
Утеплитель-минераловатные
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
Cт. уголок 160х160х10

Дерево.doc

Калининградский Государственный
Технический Университет
Кафедра Промышленное и гражданское строительство
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОТАПЛИВАЕМОЕ
по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»
Ограждающие конструкции 5
Расчет ригеля рамы .11
Статический расчет рамы.
Определение усилий в стойках рамы .16
Конструктивный расчет стойки ..17
Расчет опорного узла 19
Расчет карнизного узла ..20
Список используемой литературы 21
ПЗ.КП.КД.КГТУ-08-ССТ-4
Производственное отапливаемое здание
КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА
Пояснительная записка
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 Казань. По статической схеме поперечника оно представляет собой двухшарнирную раму со сплошным ригелем. Пролет рамы по осям 21м. Длина здания – 384м. Высота стойки от верха фундамента на отметке +030 до нижней кромки ригеля - 55м. Шаг рам - 48м.
Материал несущих конструкций – воздушно-сухая сосна II сорта и фанера клееная берёзовая марки ФСФ сорта ВВС.
Кровельное ограждение беспрогонное тёплое. Материал кровли – рубероид.
ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ.
1. РАСЧЕТ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ.
Основные размеры панелей:
длина панели l = 48м
относительная толщина панели h h=160 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 коробчатое 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.
Нижняя фанерная обшивка 0007·700·98
Пароизоляция из одного слоя рубероида
Утеплит.-минераловатн. плиты (g=1 кНм3)
Гидроизоляция –1 слой рубероида
Верхняя фанерная обшивка 0009·700·98
Стыковые бруски 2·0072·0044·500·9815
Дощатый настил (25мм)
слоя рубероида (005·3)
Полная нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначению γn=095 и уклона кровли (α=10°С)
qр=2989· 095·соs 10°=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
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.