Деревянный каркас одноэтажного промышленного здания

дерево курсовая.dwg

Исходные данные для разработки технологической карты на производство земляных работ
1. Исходные данные о земляном сооружении
Рис. 1. Схема сооружения в осях
- обозначение фундамента стаканного типа под колонну
Количество фундаментов n = 121 шт.
Защитный косой настил из досок 16 х 100 мм
Рабочий настил из досок 22 х 150 мм
зазор между досками 30 мм
Mmax = 0125·(G + S)·B·l
Mmax = 007·q·l² + 021·P·l
Схема фермы расположение прогонов
Деталь 1. Упорная плита
Геометрическая схема фермы
Деталь 2. Металлический вкладыш
План связей по нижнему поясу фермна отм. +7200
Деревянный каркас одноэтажного промышленого здания
Фасад в осях 1 - 5. Разрез 1 - 1 nПлан на отм. +1000nПлан связей по нижнему поясу фермна отм. +7200
Узел Аn2 - 2 М 1 : 20
стропильная нога 50х150
Основная поперечная рама М 1 : 20
Узел Бn3 - 3 М 1 : 20
верхний пояс фермы 200х400
Узел Д. Вид АnСтеновая панель не показана
Геом. схема фермы.n Основная поперечная рама. nУзлы А Б В Г Д. Детали 1 2n
Сечение нижнего пояса
рабочий настил из домок 22х150 зазор между досками 30
рубероид марки РКМ-350Б на битумной мастике - 1 слой
рубероид марки РПМ-300А на битумной мастике - 2 слоя
защитный настил из досок 16х100
стропильные ноги 50х150 с шагом 15 м
прогоны - брус 250х250
металлодеревянная ферма пролетом 180 м
соединительная планка t=8
Узел ЕnУсиление уголка
реставрации памятников
НИИ СПЕЦПРОЕКТРЕСТАВРАЦИЯ
здания вокзала железнодорожной
станции "Новый Петергоф".
Проект организации реставрации
Типовое решение выносных

дерево курсовая вован.doc

.Санкт–Петербургский государственный архитектурно–строительный
Кафедра конструкций из дерева и пластмасс
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ НА ТЕМУ
ДЕРЕВЯННЫЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНОГО
ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
студент группы 1 – п – 5
Пролет здания: 180 м
Отметка низа ригеля: + 7200 м
Район строительства: III (18 кПа = 180 кгсм2)
Режим эксплуатации: Б–1
Степень ответственности здания: II
Стойка (колонна): клеедосчатая
Основная несущая конструкция покрытия: металлодеревянная ферма
Крыша: рабочий настил
План. Схема поперечника здания
Расчет и конструирование крыши
Крыша состоит из основных несущих конструкций и кровельного покрытия.
Основная несущая конструкция – металлодеревянная ферма пролетом 180
м. Верхние пояса и сжатые элементы решетки выполнены из древесины. Для
нижних поясов и растянутых элементов решетки применяют стальные профили
Кровельное покрытие – это непосредственно кровельный ковер и набор
элементов обеспечивающих нормальную эксплуатацию крыши.
Двойные настилы применяют в качестве основания под холодные рулонные
Нижний рабочий настил выполняют из обзольных досок толщиной 19 – 25
мм. Длина досок рабочего настила должна быть не менее двух шагов прогона.
Верхний защитный настил делается из узких и тонких досок толщиной в
заготовке 16 мм и шириной 60 – 100 мм. Настилается он под углом в 30 – 45º
к рабочему настилу и плотно сшивается к ним гвоздями. Перед наклейкой
рулонной кровли доски защитного настила строгают поэтому их толщина в деле
принимается равной 13 мм. Защитный настил обеспечивает повышенную жесткость
основания под кровлю и пространственную жесткость покрытия в плоскости
1. Расчет элементов покрытия.
Рулонная кровля по настилам из досок.
Покрытие состоит из двойного дощато–гвоздевого настила по прогонам.
Материал кровельного ковра – рубероид. Здание неутепленное. Режим
эксплуатации Б–1 – внутри неотапливаемых помещений в сухой зоне.
Применяем построечную конструкцию покрытия: по прогонам укладываем
два настила досок: нижний настил – разряженный рабочий верхний настил –
сплошной защитный под двухслойный рулонный ковер на горячей мастике.
Предварительно проектируем защитный настил (опалубку) под рулонную
кровлю из досок 16 х 100 мм рабочий настил – из досок 22 х 150 мм
уложенных с промежутком в 30 мм. Рабочий настил укладывается по стропильным
ногам которые опираются на прогоны. Защитный настил укладываем под углом
Материал древесина сосна 3 сорта. Плотность при режиме эксплуатации
Б–1 = 500 кгм3. ([2] табл. прил. 3)
Для верхнего слоя кровельного ковра принимаем рубероид марки
РКМ–350Б – рубероид кровельный с крупнозернистой посыпкой. Площадь с рулона
м2 масса рулона 25 кг.
Для двух нижних слоев кровельного ковра принимаем рубероид марки
РПМ–300А – рубероид подкладочный с односторонней мелкозернистой посыпкой.
Площадь с рулона 20 м2 масса рулона 20 кг.
Для склеивания слоев рубероида применяем горячую мастику. Расход
мастики при трехслойном рубероиде составляет 77 кгм2 покрытия.
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике
слоя РПМ–300А: [pic]
–хслойная мастика: 77 кгм2
Сумма: 25 + 20 + 77 = 122 кгм2
С учетом нахлеста слоев рубероида увеличиваем полученное значение
Итого: 122 · 125 = 1525 кгм2.
Нагрузка на рабочий настил кНм2
Коэффициент γf определяется по [1] табл. 1
Элемент Нормативная Коэффициент Расчетная
нагрузка надеж–ности по нагрузка
Трехслойная рубероидная 0153 13 0199
кровля на горячей мастике
Защитный настил из досок 0080 11 0088
([2] табл. прил. 3 для
Рабочий настил из досок 0093 11 0102
х150 мм с расстоянием
между осями досок 180 мм
Итого вес покрытия G 0326 0389
(постоянная нагрузка)
Снеговая нагрузка S 126 180
Нормативное значение снеговой нагрузки: SН = 180 · 07 = 126 кНм2
Дощатый настил под мягкую кровлю целесообразно конструировать
рассчитывать как двух пролетную неразрезную шарнирно–опертую балку.
Расчетную ширину настила условно принимают равной 1 м. Пролет составляет
м т. е. расстоянию между стропильными ногами.
В соответствии с требованиями [2] настил покрытия рассчитывают на два
основных сочетания нагрузок:
) постоянную и временную от снега (расчет на прочность и прогиб);
) постоянную и временную от сосредоточенного груза в 1 кН с
умножением на коэффициент перегрузки n = 12 (расчет только на прочность).
Первое сочетание соответствует периоду нормальной эксплуатации
конструкции. Здесь рассматривают равномерно распределенную постоянную
нагрузку от собственного веса конструкции и временную от снега.
Условие прочности настила обеспечивается при
Mmax1 – максимальный изгибающий момент от действия равномерно
распределенных расчетных нагрузок от снега и собственного веса
Wрасч – расчетный момент сопротивления настила из досок толщиной h и
шириной расчетного сечения
Ru – расчетное сопротивление изгибу. Для элементов настила под кровлю
из древесины 3 сорта принимаем Ru = 13 МПа ([2] п. 3.1. прим. 5)
Максимальный изгибающий момент М возникает в сечении над средней
опорой и определяется выражением:
Gрасч – расчетная постоянная нагрузка от собственного веса
Sрасч – расчетная временная нагрузка от снега
В – ширина нагрузочной площадки В = 10 м
l – пролет – расстояние между стропильными ногами l = 15 м
Расчетный момент сопротивления
b – ширина расчетного сечения
h – толщина досок настила
Расчетная схема и эпюра моментов
кровельных настилов на период эксплуатации
Условие жесткости (проверка по прогибу) с учетом двухпролетной схемы
изгибаемого элемента загруженного равномерно распределенной нагрузкой:
f – максимальный прогиб в неразрезном изгибаемом элементе от действия
равномерно распределенных нормативных нагрузок от снега и собственной массы
E – модуль упругости древесины вдоль волокон
Е = 1000 кНсм2 ([2] п. 3.5.)
Расчетный момент инерции настила
b – ширина расчетного сечения;
Проверка на прочность:
Проверка на жесткость
fu = 112 см – предельный вертикальный прогиб настила получен
интерполяцией ([2] табл. 19)
Второе сочетание соответствует периоду монтажа или ремонта. Здесь
рассматривают равномерно распределенную постоянную нагрузку от собственного
веса конструкции и сосредоточенную монтажную нагрузку Р = 10 кН
учитывающей вес человека с инструментом.
При двойном настиле (рабочем и защитном) при расчете настила на
второе сочетание расчетных нагрузок сосредоточенную монтажную нагрузку
распределяем на ширину 500 мм рабочего настила.
Наиболее невыгодное приложение нагрузок во втором сочетании – это
равномерное распределение нагрузки от собственной массы по всей длине и
сосредоточенный груз на расстоянии х = 0432·l от крайней опоры.
Расчетное значение монтажной нагрузки Р = 10 · 12 = 12 кН
– коэффициент перегрузки
кровельных настилов на период монтажа
Мmax2 – максимальный изгибающий момент возникает в сечении в точке
приложении сосредоточенной силы и определяется выражением:
g – нагрузка от собственного веса настила на 500 мм
Р – величина сосредоточенной силы Р = 12 кН
Окончательно принимаем рабочий настил:
– защитный настил из досок 16 х 100 мм уложенных вплотную встык;
– рабочий настил из досок 22 х 150 мм уложенных с промежутком в 30 мм.
2. Расчет стропильных ног
Стропильные ноги проектируем из досок 50 х 150 мм поставленных на
ребро с шагом 15 м. Материал древесина сосна 2 сорта. Нагрузку на
стропильную ногу определяем по таблице:
Нагрузка на стропильную ногу кНм2
х 150 мм с расстоянием
Собственный вес стропильной0025 11 0028
ноги сечением 5 х 15 см
установленных через 15 м
Итого вес покрытия G2 0351 0417
Нормативное значение снеговой нагрузки: SН = 180 · 07 = 126 кНм
Погонная нагрузка на 1 погонный метр:
постоянная: qН = 0351 · 15 = 0527 кНпог.м.
qР = 0417 · 15 = 0626 кНпог.м.
временная (снеговая) SН = 126 · 09511 · 15 = 1798 кНпог.м.
SР = 180 · 09511 · 15 = 2568 кНпог.м.
Нагрузки перпендикулярные скату:
постоянная: qхпН = 0527 · 09511 = 0501 кНпог.м.
qхпР = 0626 · 09511 = 0595 кНпог.м.
постоянная и снеговая
qхп.снН = qхпН + SН · cosα = 0501 + 1798 · 09511 = 2211
qхп.снР = qхпP + SP · cosα = 0595 + 2568 · 09511 = 3037
В плане расстояние между прогонами составляет 2225 м поэтому
расстояние между ними по оси стропильной ноги: [pic]
Максимальный момент в стропильной ноге:
Момент сопротивления сечения стропильной ноги из доски 5 х 15 см:
mn и mB – коэффициенты по [2] табл. 4 5.
Сечение стропильной ноги можно уменьшить до высоты h
Сечение подобрано верно.
Окончательно принимает стропильные ноги сечением 50 х 150 мм.
Прогоны воспринимают нагрузки от настилов или обрешетки и передают их
на верхние кромки несущих конструкций (здесь ферма) и поперечные стены
– разрезные однопролетные из бревен или брусьев;
– консольно–балочные из брусьев;
– неразрезные многопролетные спаренные из досок.
Разрезные однопролетные прогоны работают и рассчитываются на
прочность и жесткость:
– при вертикальном положении – по схеме плоскоизогнутых элементов
– при наклоном расположении – по схеме элементов работающих на косой
Рис. 1. Расположение поперечных сечений прогонов:
а – вертикальное положение сечения
б – наклонное положение сечения
Сопряжение разрезных прогонов осуществляется над верхними кромками
основных несущих конструкций различными способами: с помощью косого
прируба впритык с накладками или щекового прируба в полдерева.
Предварительно принимаем прогон из бруса сечением 250 х 250 мм.
Материал древесина сосна 2 сорта.
cos 18º = 0951 sin 18º = 0309
Нагрузка на 1 погонный метр прогона кНпог.м
нагрузка надежности по нагрузка
Трехслойная рубероидная 0359 13 0466
53 · 10 · 2345 = 0359
Защитный настил из досок 0188 11 0207
· 10 · 0016 · 2345 =
Рабочий настил из досок 0218 11 0240
Собственный вес стропильной0058 11 0064
Собственный вес прогонов 0313 11 0344
· 0250 · 0250 · 10 =
Итого вес покрытия G2 1136 – 1321
Снеговая нагрузка S 2810 – 4014
Принимаем схему разрезного прогона. Прогоны устанавливаются по скату
наклонно поэтому испытывают действие скатной составляющей и работает на
косой изгиб. Применение составного прогона из спаренных досок нежелательно
ввиду стремления его под действием скатной составляющей к расслоению.
Опираются прогоны непосредственно на ферму. Расстояние между стропильными
ногами составляет 15 м. Шаг ферм 60 м.
Необходимо выполнение условий:
Проверка прочности по нормальным напряжениям
Проверка по второй группе предельных состояний – по прогибу
Определяем внутренние усилия:
– максимальный изгибающий момент относительно оси у
– максимальный изгибающий момент относительно оси z
Определяем основные геометрические характеристики сечения
b – ширина сечение b = 250 см
h – высота сечения h = 250 см
– моменты сопротивления
Определяем максимальный прогиб прогона:
Условие выполнено. Сечение подобрано неверно.
Окончательно принимаем прогоны в виде бруса сечением 250 х 250 см.
Расчет и конструирование
основной несущей конструкции
Ферма представляет собой систему стержней шарнирно соединенных в
узлах и работающих в основном на продольные усилия.
Рассчитывают фермы на следующие сочетания нагрузок:
– постоянная и временная нагрузки распределенные по всему пролету для
определения наибольших усилий в элементах поясов ферм;
– постоянная нагрузка распределенная по всему пролету временная – на
половину фермы для определения усилий в элементах решетки
Ветровая нагрузка не учитывается.
Здание II уровня ответственности неотапливаемое
Температурно–влажностные условия эксплуатации Б1
Район строительства по снеговой нагрузке – III
Древесина – сосна 2 сорта.
Металл – сталь класса А–III.
2. Конструирование схема
Очертание фермы – треугольная. Треугольные фермы применяют для
кровель из материалов требующих значительного уклона. Отношение высоты
фермы к пролету при металлическом нижнем поясом принимают 16.
Решетка в треугольной ферме для повышения индустриальности их
изготовления должна состоять из минимального числа элементов. Поэтому
проектируем четырехпанельную (по верхнему поясу) ферму.
Тип верхнего пояса – разрезной.
Стержни центрированы в узлах.
Ферму выполняем металлодеревянную.
Верхний пояс в ней и сжатые элементы решетки из древесины.
Для нижних поясов и растянутых элементов решетки применяют стальные
профили чаще угловые.
Пролет фермы 18000 мм
Расчетный пролет фермы 17800 мм.
Расчетная высота фермы [pic]
Тангенс угла наклона верхнего пояса к горизонту [pic] Угол наклона верхнего
пояса к горизонту α = 18º cos 18º = 0951
Длина верхнего пояса фермы [pic]
Длина панелей нижнего пояса [pic]
Длина раскосов: lраск = 4690 мм
Геометрическая схема фермы
Отличительной особенностью треугольной фермы является то что при
загружении временной нагрузкой половины пролета решетка на незагруженной
половине не работает. Поэтому расчетные усилия во всех элементах ферм
получаются про снеговой нагрузке на всем пролете ([4] стр. 302).
Разгружающий эффект ветровой нагрузки на ферму не учитывается.
3. Определение узловых нагрузок и усилий в стержнях фермы
Величина нагрузки по всему пролету
S = 18 · 60 = 108 кНм
кПа – значение снеговой нагрузки для III района строительства
м – шаг треугольных ферм
Условные сосредоточенные нагрузки в узлах верхнего пояса фермы:
Р = 108 · 2225 · 2 = 48 кН
Вид нагрузки Нормативная Коэффициент Расчетная
кНм нагрузке γf кНм
Собственный вес покрытия:
– 3–хслойная рубероидная
кровля 2154 13 2800
– защитный настил из досок 1128 11 1241
– рабочий настил из досок 1308 11 1440
– стропильные ноги 1348 11 1383
– прогоны 1878 11 2066
13 · 60 = 1878 782 – 793
Собственный вес фермы: 116 11 128
Постоянная 898 – 921
Временная снеговая 756 – 1080
Собственный вес фермы определяем по формуле:
КС.В. – коэффициент собственного веса металлодеревянной фермы
треугольного очертания пролетом 180 м. КС.В. = 3875
Для подбора размеров поперечных сечений стержней фермы необходимо
использовать только загружение на весь пролет. Таким образом мы имеем
одинаковый характер нагружения – равномерно–распределенную нагрузку по
всему пролету фермы которое отличается лишь численным значением. Так
постоянная нагрузка g = 921 кНм в 1173 раз меньше временной снеговой s =
8 кНм. Поэтому достаточно методом сечений и вырезания узлов определить
усилия в стержнях фермы только от снеговой нагрузки. Усилия в стержнях от
действия постоянной нагрузки получим поделив усилия в соответствующих
Определение усилий в стержнях фермы от снеговой нагрузки s = 108 кНм
– 24 – N1 · sin18º = 0
N2 – N1 · cos18º = 0
– 48 · cos18º + N4 · cos54º = 0
– 48 · 0951 + N4 · 0588 = 0
– 456 = – N4 · 0588
– N3 + 233 – 48 · sin18º – N4 ·
– N3 + 233 – 48 · 0309 – 776 ·
– N3 + 233 – 148 – 628 = 0
– 48 – N5 + (1554 · cos72º) ·
– N5 = – 2 · 1554 · 0309 +
Определение усилий в стержнях фермы от постоянной нагрузки g = 921 кНм
Продольные усилия N кН в стержнях фермы
Наименование Обозначение От постоянной От снеговой Действие всех
элемента нагрузки нагрузки нагрузок
g = 921 кНм g = 108 кНм (сумма)
на всем пролете на всем пролете
Верхний пояс АС – 1990 – 2330 – 4320
CD – 1325 – 1554 – 2879
DE – 1325 – 1554 – 2879
EB – 1990 – 2330 – 4320
Нижний пояс AF 1890 2216 4106
Стойка DF 410 480 890
Раскосы CF –662 –776 –1438
4. Подбор сечения элементов фермы
Подбор сечения панелей верхнего пояса
Кроме продольных усилий в панелях возникают изгибающие моменты и
В качестве расчетной рассматриваем приопорную панель АС при действии
снеговой нагрузки на всем пролете. Максимальное усилие в стержнях верхнего
пояса возникает в стержне АС. Предварительный подбор сечения ведем с учетом
максимального усилия N = 4320 кН.
Изначально принимаем верхний пояс в виде клееного разрезного бруса
прямоугольного поперечного сечения 200 х 400 см где высота сечения
скомпонована из 8 слоев досок толщиной 50 см после фрезерования досок
сечением 60 х 200 см.
Площадь сечения принятого верхнего пояса:
A = b · h = 200 · 400 = 8000 см2.
Момент сопротивления сечения
Предусматриваем разгружающий момент в верхнем поясе за счет
введенного эксцентриситета е = 100 см что не превышает 14 высоты
Изгибающий момент в более напряженной приопорной панели
lн – длина горизонтальной проекции которая составляет 4450 м
Наибольшее значение поперечной силы
Гибкость элемента цельного сечения ([2] п. 4.4.)
l0 – расчетная длина элемента
– коэффициент = 10 ([2] п. 4.21) – шарнирно закрепленные концы
Коэффициент учитывающий дополнительный момент ([2] п. 4.17.)
φ – коэффициент продольного изгиба определяемый по [2] п. 4.3.
Т. к. гибкость элемента λ = 41 ≤ 70 то используем формулу
а – коэффициент а = 08 для древесины.
Изгибающий момент с учетом деформации изгиба
Проверяем нормальные напряжения в приопорной панели верхнего пояса
Проверяем напряжение в сечении верхнего пояса при максимальном
изгибающем моменте и соответствующем продольном усилии N = 2879 кН.
Максимальный изгибающий момент
[pic] Радиус инерции
Проверяем нормальные напряжения
Проверяем касательные напряжения
S – статический момент
h0 – высота поперечного сечения панели верхнего пояса по концам
Условие выполнено. Оставляем сечение 200 х 400 см.
Проверяем устойчивость плоской формы деформированного сжатоизгибаемого
верхнего пояса фермы с учетом раскрепления его через каждые 235 м
(расстояние между прогонами). Проверка выполняется по [2] п. 4.18.
N – максимальная продольная сила N = 4320 кН
φ – коэффициент продольного изгиба определяемый по [2] формула 8
А – коэффициент для древесины А = 3000
Rc – расчетное сопротивление сжатию. Rс = 15 МПа ([2] п. 3.1. № 1
Aбр – площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на
участке lp. Aбр = 800 см2
МД – изгибающий момент соответствующий продольной силе N
φm – коэффициент определяемый по [2] п. 4.14.
lp – расстояние между опорными сечениями элемента lp = 235 см
b – ширина поперечного сечения b = 200 см
h – максимальная высота поперечного сечения на участке lp h = 400 см
kф – коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на
участке lp определяется по [2] прил. 4 табл. 2 kф = 113
RИ – расчетное сопротивление изгибу. RИ = 16 МПа ([2] п. 3.1. прим.
Wбр – максимальный момент сопротивления на участке lp Wбр = 5330 см3
n = 2 – для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости
n = 1 – для элементов с этими закреплениями
Устойчивость обеспечена
Подбор сечения нижнего пояса
Сечение нижнего пояса фермы подбираем по наибольшему растягивающему
усилию в элементе N = 4106 кН.
Требуемая площадь поперечного сечения
γc = 095 – коэффициент условия работы
Ry = 235 кНсм2 – расчетное сопротивление стали С235 растяжению
Принимаем сечение из двух неравнополочных стальных уголков 100 х 63 х
площадью 959 см2. Общая площадь двух уголков A = 1918 см2
Подбор сечения раскосов
Сечения двух раскосов принимаем одинаковыми. Длина раскоса 469 см.
Продольное усилие N = 1438 кН.
Ширину сечения принимаем как и для верхнего пояса – 200 см.
изначально высоту примем h = 20 см (4 доски по 50 см).
A = b · h = 200 · 200 = 4000 см2
– коэффициент = 10 ([2] п. 4.21)
Т. к. гибкость элемента λ = 81 > 70 то используем формулу
А – коэффициент А = 3000 для древесины.
Нормальное напряжение сжатия
Подбор сечения стоек
Подбираем площадь сечения растянутых стоек из стальной арматуры
класса А–1 с резьбой по концам.
Максимальное растягивающее усилие в центральной стойки N = 890 кН.
Требуемая площадь сечения по нарезке:
– коэффициент учитывающий ослабление стержня резьбой
R = 225 МПа = 225 кНсм2 – расчетное сопротивление арматурной стали
Принимаем стержень диаметром 30 мм и площадью сечения брутто 7065
см2 а по резьбе площадь нетто 506 см2.
5. Конструирование и расчет узлов фермы
Усилия в верхнем поясе: N1 = – 4320 кН (стержень сжат)
Усилие в нижнем поясе: N2 = 4106 кН
Опорная реакция: RA = 96 (снег) + 818 (собств. вес) = 1774 кН
Опорный узел выполняем из листовой стали марки ВСт3кп2–1 по ТУ
–1–3023–80. ([5] стр. 160). В опорном узле верхний пояс упирается в
стальной башмак состоящий из наклонной диафрагмы приваренной к
вертикальным боковым фасонкам. Снизу фасонки приварены к опорной плите.
Толщину фасонок принимаем 10 мм. Толщину ребер жесткости под упорную плиту
Верхний пояс крепится болтами нижний пояс крепится сварными швами.
Высота упорной плиты для создания принятого эксцентриситета в опорном
узле должна составлять:
hуп = hв.п. – 2 · е = 400 – 2 · 100 = 200 см
Ширина упорной плиты принимается по ширине сечения верхнего пояса
Напряжение смятия древесины в месте упора верхнего пояса в плиту:
[pic]([2] табл. 3 п. 1.в)
Принимаем пролет упорной плиты равным расстоянию между вертикальными
листами в осях lуп = 200 + 2 · 05 = 210 см.
Изгибающий момент в полосе 10 см при пролете 210 см (между осями
ребер) рассчитывается как балка с защемленными концами:
Необходимая толщина плиты
[pic] принимаем толщину 34 мм по [8]
Ry = 22 кНсм2 – расчетное сопротивление стали С235 при толщине
проката от 20 до 40 мм. ([7] табл. 51)
Находим длину подкрепляющих ребер из условия необходимой суммарной
длины сварных швов передающих усилие от верхнего пояса через упорную плиту
и ребра на фасонки узла при hшв = 6 мм.
Согласно [7] п. 11.2 сварные соединения с угловыми швами при
действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез по двум
– по металлу границы сплавления
N – действующее усилие
f и z – коэффициенты принимаемые при сварке элементов из стали с
пределом текучести до 530 МПа по [7] табл. 34* f = 07 и z = 10
kf – высота катета шва
lw – расчетная длина шва принимаемая меньше его полной длины на 10 мм
γwf и γwz – коэффициенты условий работы шва в зависимости от
климатического района в нашем случае γwf = 10 γwz = 10.
γС – коэффициент условий работы в нашем случае γС =10.
Rwf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по
Rwun – нормативное сопротивление металла шва Rwun = 410 МПа ([7]
γwn – коэффициент надежности по материалу шва принимаем 125 так как
Rwun 490 МПа ([7] табл. 3 прим. 3)
Rwz – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по
металлу границы сплавления
Run – временное сопротивление стали разрыву принимаемое равным
минимальному значению В по государственным стандартам и техническим
условиям на сталь. Run = 360 МПа
Откуда требуемая длина шва
Принимаем длину шва в 57 + 1 = 58 см. Устанавливаем 3 ребра жесткости
под упорную плиту для передачи усилий через сварные швы. Требуемая длина
ребер составляет [pic]см. Принимаем длину 100 см. Толщина ребер 10 см.
Проверяем подобранные элементы (упорную плиту и ребра жесткости) на
их совместный изгиб как однопролетную балку на двух защемленных опорах
пролетом lуп = 200 см от нагрузки [pic] (b – ширина упорной плиты b =
0 см). Поперечное сечение балки для расчета принимаем тавровым.
Геометрические характеристики сечения:
Площадь поперечного сечения тавровой формы:
Fт.ф. = 70 · 34 + 100 · 10 = 238 + 100 = 338 см2
Статический момент поперечного сечения относительно оси х1 – х1:
Sx1 = A · zц.т. = 70 · 34 · 117 + 100 · 10 · 50 = 2785 + 500 =
Расстояние от оси х1 – х1 до центра тяжести сечения:
у1 = 134 – 97 = 37 см
Момент инерции сечения относительно оси
Момент сопротивления
Максимальные напряжения изгибу:
Горизонтальная опорная плита.
Опорную плиту рассчитывают на изгиб под действием напряжений смятия ее
основания как однопролетную балку с двумя консолями.
Необходимая площадь опорной плиты из условия смятия обвязочного бруса
Rсм90 = 03 кНсм2 – расчетное сопротивление смятию поперек волокон
местное в опорных частях конструкций лобовых врубках и узловых примыканий
элементов ([2] табл.3 п.4.а)
Ширину принимаем bоп = 200 см
Длину опорной плиты принимаем lоп = 500 см.
Площадь опорной плиты Fоп = 200 · 500 = 1000 см2
При изгибе возникает реактивное давление от обвязочного бруса:
Определяем изгибающий момент в полосе плиты шириной 1 см пролетом l
считая опоры защемленными:
[pic] принимаем толщину 32 мм по [8]
Сварные швы прикрепления поясных уголков к вертикальным фасонкам в
опорном узле. Продольное усилие в нижнем поясе N = 4106 кН
Усилие на шов у обушка одного уголка
Усилие на шов у пера одного уголка
Требуемая длина шва у обушка уголка
Требуемая длина шва у пера уголка
Длину швов принимаем 200 см у обушка и 100 см у пера.
5.2. Промежуточный узел верхнего пояса
(узел примыкания раскоса к верхнему поясу)
Усилия в верхнем поясе слева: N1 = – 4320 кН (стержень сжат)
Усилия в верхнем поясе справа: N3 = – 2879 кН (стержень сжат)
Усилия в раскосе: N4 = – 1438 кН (стержень сжат)
Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются через
металлический вкладыш состоящий из двух стенок подкрепленных четырьмя
внутренними ребрами. Для обеспечения принятого эксцентриситета вертикальная
стенка имеет такие же высоту и ширину как и у упорной плиты в опорном узле.
Высота вертикальной стенки: hв.с. = 200 см.
Ширина вертикальной стенки bв.с. = 200 см.
Толщина всех ребер принята 10 см.
Толщину двух металлических вертикальных стенок принимаем такую же как
у опорной плиты – 34 мм.
Стык верхнего пояса в узле с двух сторон перекрываем деревянными
накладками сечением 100 х 200 см длиной 1000 см которые крепим к
верхнему поясу болтами диаметром d = 16 мм и обеспечивают жесткость узла из
Расчет болта соединяющего раскос с верхним поясом. Расчетное усилие
которое может воспринять один болт определяем по формулам:
Rbs – расчетное сопротивление срезу болтов принимаем по [7] табл.
Класс прочности болта принимаем 5.8. Rbs = 200 кНсм2
Rbp – расчетное сопротивл. смятию болтовых соединений ([7] табл. 59*)
Сталь С235. Болт класса точности В. Run = 43 кНсм2
γb – коэффициент условий работы соединения приним. по [7] табл. 35*
Для класса точности В γb = 09
A – расчетная площадь сечения стержня болта
d – наружный диаметр стержня болта
ns – число расчетных срезов одного болта
Болт имеет два рабочих среза. ns = 2.
t – наименьшая суммарная толщина элементов сминаемых в одном
направлении t = 10 + 10 = 20 см
Необходимая площадь болта
Необходимый диаметр болта
Согласно с [7] табл. 62* принимаем болт диаметром d = 24 см
Площадь поперечного сечения нетто Аbn = 352 см2; Ab = 452 см2
Согласно [7] табл. 39 минимальное расстояние от центра болта до
края элемента вдоль усилия составляет 2d. Таким образом ширина внутреннего
ребра должна составлять не менее 2 · (2 · 24) = 96 см. Принимаем 100 см
Усилия в верхнем поясе слева: N1 = – 2879 кН (стержень сжат)
Усилия в верхнем поясе справа: N6 = – 2879 кН (стержень сжат)
Усилия в стойке: N5 = 890 кН
В коньковом узле элементы верхнего пояса торцами упираются в
симметричный металлический сварной вкладыш треугольной формы. Наклон
боковых стенок вкладыша обеспечивает продольный лобовой упор торцов обеих
панелей верхнего пояса фермы.
Для обеспечения принятого эксцентриситета боковая стенка имеет такие
же высоту и ширину как и у упорной плиты в опорном узле.
Высота боковых стенок hб.с. = 200 см.
Ширина боковых стенки bб.с. = 200 см.
Стенки вкладыша рассчитываем на изгиб как балку шириной в 10 см
защемленную на опорах. В качестве опор принимаются внутренние ребра
жесткости. Таким образом рассчитываем центральную пролетную часть и
Изгибающий момент консольной части стенки шириной 10 см:
Изгибающий момент в средней части стенки шириной 10 см:
[pic] принимаем толщину 22 мм по [8]
Rу = 22 кНсм2 – расчетное сопротивление стали С235 при толщине
Уголок–шайбу стойки рассчитываем на изгиб
Требуемый момент сопротивления
Принимаем уголок 90 х 90 х 7 по ГОСТ 8509–93*
W = 1393 см3 > Wтр = 135 см3
5.4. Промежуточный центральный узел нижнего пояса
В среднем узле уголки нижнего пояса соединяются пластинами. В центре
пластины находится отверстие для узлового валика. Толщину пластин принимаем
см диаметр валика 36 см. Крепление стойки к узловому валику
происходит через приваренные концевые планки. Длину сварных швов принимаем
0 см. Катет шва 6 мм.
Расчет и конструирование клеедосчатой стойки.
Основные стойки жестко защемленные в фундаментах и шарнирно
связанные с ригелем образуют основную двухшарнирную поперечную раму
каркаса здания. В нашем случае в качестве ригеля используется треугольная
металлодеревянная четырехпанельная ферма.
Колонны рассчитывают на нагрузки:
– на вертикальные постоянные нагрузки от веса покрытия стенового
ограждения и собственного веса
– на вертикальные временные снеговые нагрузки нагрузки различных
коммуникаций размещаемых в плоскости покрытия
– на горизонтальные временные ветровые нагрузки
– на горизонтальные нагрузки возникающие при торможении мостовых и
подвесных кранов (у нас их нет).
Таким образом на раму действует система вертикальных и горизонтальных
Проектируем клеедосчатую колонну прямоугольного сечения заводского
изготовления. По высоте сечение принимаем постоянным потому что здание
является однопролетным одноэтажным с напольным транспортом. Подвесных и
мостовых кранов нет.
Отметка низа ригеля + 7200 м
Вид проектируемой стойки – клеедосчатая колонна
Район строительства по ветровой нагрузке – III
Для предохранения низа колонны от увлажнения и загнивания колонну
опираем на фундамент через антисептированную прокладку из твердой породы
2 Подбор поперечного сечения стойки
Согласно [4] стр. 258 высоту сечения колонны hк принимают в пределах
[pic] а ширину сечения [pic] с учетом сортамента пиломатериалов. Н –
высота стойки Н = 72 м
Задаемся высотой сечения [pic]
Ширина сечения [pic] с учетом [3] ширину примем 025 м
Основная рама представляет собой однажды статически неопределимую
систему. За лишнюю неизвестную принимают силу Х приложенную на уровне
верха стоек на оси нижнего пояса ригеля.
При определении силы Х допускается что ригель представляет собой
стержень цельного сечения с жесткостью равной бесконечности EFриг = .
Поэтому горизонтальные перемещения шарнирного конца левой и правой стоек
(прогибы) будут одинаковы
Для схемы показанной на рисунке значения fЛ и fП определяются как
для защемленных консольных балок:
Приравниваем выражения:
Выносим общий множитель:
Отсюда неизвестное Х:
Н – высота стойки Н = 72 м
[pic] – активная погонная горизонтальная ветровая нагрузка
[pic] – отрицательная (отсос) погонная горизонтальная ветровая
Определение погонной нагрузки от ветра распределенной по высоте
стойки ([1] п. 6.3):
С наветренной стороны: [pic]
С подветренной стороны: [pic]
w0 – нормативное значение ветрового давления
Для III ветрового района w0 = 038 кНм2 ([1] п. 6.4)
k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте
Тип местности В – городские территории лесные массивы и другие местности
равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м
Высота стойки составляет 72 м. k = 057 ([1] п. 6.5)
ce и ce3 – аэродинамические коэффициенты ([1] п. 6.6. и прил. 4 п.
ce – с наветренной стороны
Для здания с двускатными покрытиями ce = 08
ce3 – с подветренной стороны
при [pic] и [pic] определяем интерполяцией ce3 = 047
b – длина здания b = 300 м
l – пролет здания l = 180 м
В – шаг поперечных рам здания
γf – коэффициент надежности по ветровой нагрузке
γf = 14 ([1] п. 6.11)
[pic] – сосредоточенная активная ветровая нагрузка с вертикальной
части ригеля приложенная на уровне верха стойки
[pic] – отрицательная (отсос) ветровая нагрузка с вертикальной части
ригеля приложенная на уровне верха стойки
h – высота опорной части ригеля на который действует ветровой напор
Так как в качестве ригеля используем треугольную ферму то h = 0
поэтому [pic] [pic] и [pic].
Следовательно выражение для неизвестной Х примет вид:
Расчет сжато–изгибаемой стойки на прочность производим по формуле [2] п.
Максимальное продольное усилие
Nпост – опорная реакция ригеля от веса покрытия
Nпост = RAпост = 818 кН
Nснег – опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки
Nснег = RAснег = 960 кН
GСТ – собственный вес стойки
Дополнительный изгибающий момент от действия поперечных и продольных
Максимальный изгибающий момент в основании стойки
Так как [pic] то [pic] [pic]
– коэффициент учитывающий дополнительный момент ([2] п. 4.17.)
φ – коэффициент продольного изгиба зависящий от гибкости
определяемый по [2] п. 4.3.
Согласно [2] табл. 14 п.1 предельная гибкость для колонны составляет
– коэффициент = 22 ([2] п. 4.21) – при одном свободно
нагруженным конце (узел с ригелем) и другом защемленным конце (фундамент)
l – свободная длина элемента l = 720 см (высота стойки)
Гибкость 120 > λ = 110 > 70 поэтому
А = 3000 для древесины
Fрасч = Fбр – площадь поперечного сечения стойки
Fрасч = Fбр = 25 · 50 = 1250 см2
Wрасч – момент сопротивления стойки
RC – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон RC = 15
3. Проверка опорной части стойки на скалывание при изгибе
4. Проверка устойчивости в плоскости изгиба
Проверка выполняется по [2] п. 4.18.
N – максимальная продольная сила Nmax = 1822 кН
гибкость колонны λ = 110 для древесины А = 3000
Rc – расчетное сопротивление сжатию. Rс = 15 кНсм2 ([2] п. 3.1. №
участке lp. Aбр = 1250 см2
lp – расстояние между опорными сечениями элемента
lp = 2 · 720 = 1440 см
b – ширина поперечного сечения bк = 250 см
h – максимальная высота поперечного сечения на участке lp hк = 500
участке lp определяется по [2] прил. 4 табл. 2 kф = 254
Wбр – максимальный момент сопротивления на участке lp Wбр = 10410
5. Проверка устойчивости из плоскости изгиба
Расчет проводим без учета дополнительного момента по [2] п. 4.2. б
При отсутствии распорок: λ = 110 > 70 [pic]
6. Расчет и конструирование
прикрепления стойки к фундаменту
Прикрепление стоек к фундаменту обычно производится при помощи
металлических анкеров или вклеенных стержней замоноличиваемых в
фундаментах. Усилия от анкеров передаются на накладки и связи (болты
винты клей) соединяющие накладки со стойками.
Рассчитывают прикрепление стоек к фундаменту на действие минимальной
пригрузке Nmin когда анкерное прикрепление сопротивляется большей
растягивающей нагрузке от ветрового покрова.
Nmin = 1822 – 960 = 862 кН
Напряжения растяжения
Высота поперечного сечения колонны hк = 50 см толщину накладок
Размеры растянутой зоны
Максимальное усилие растяжения в анкерах
[pic] Сечение двух анкерных болтов находим из условия
mосл = 080 – коэффициент учитывающий ослабление резьбой
mк = 080 - коэффициент учитывающий концентрацию напряжения в резьбе
mн = 085 - коэффициент учитывающий неравномерность работы двух анкеров
Требуемая площадь анкерных болтов
Требуемый диаметр анкера
Принимаем диаметр 20 см
Для принятого диаметра анкера в траверсе требуется отверстие
в dотв = 22 см. Ширина траверсы должна быть не менее 3d = 3 · 22 = 66
Подбор траверсы из равнополочного уголка
Величина распределенной нагрузки
Расчетный изгибающий момент
Принимаем траверсу в виде уголка 90 х 90 х 7 по ГОСТ 8509-93*
Ширина профиля b = 90 см
Площадь поперечного сечения A = 1228 см2
Толщина стенки профиля t = 07 см
Момент инерции сечения Iy = 943 см4
Момент сопротивления Wy = 1445 см3
Прочность траверсы обеспечена.
С целью исключить местный изгиб горизонтальной полки уголка
производим его усиление приваркой металлической пластины.
Расчет горизонтальных болтов
Диаметром горизонтального болта задаемся исходя из условия их
расстановки относительно волокон древесины по [2] п. 5.18
Для стального болта: S1 = 7d; S2 = 35d; S3 = 3d
Принимаем диаметр 26 см
По [2] табл. 17 находим наименьшую несущую способность болта:
Симметричное соединение
Смятие в крайних элементах
Тсм = 08 · a · d = 08 · 15 · 26 = 312 кН
Изгиб нагеля из стали С235
Ти = 18 · d2 + 002 · a2 = 18 · 262 + 002 · 152 = 122 + 45 = 167 кН
Но не более Ти = 25 · d2 = 25 · 262 = 169 кН
Количество горизонтальных болтов определяется по [2] формула 55
N – расчетное усилие N = Nанк = 770 кН
T – наименьшая несущая способность найденная по [2] табл. 17 Т = 167 кН
nш – число расчетных швов одного нагеля nш = 1
Конструктивно принимаем 6 болтов.
СНиП 2.01.07–85* Нагрузки и воздействия
СНиП II–25–80 Деревянные конструкции
ГОСТ 24454–80*. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры
Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузовЮ. В.
Слицкоухов В. Д. Буданов М. М. Гаппоев и др.; под ред. Г. Г. Карлсена
и Ю. В. Слицкоухова. – 5–е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1986. –
Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования:
Учеб. пособие для вузов Ю. В. Слицкоухов И. М. Гуськов Л. К. Ермоленко
и др.; Под ред. Ю. В. Слицкоухова. – М.: Стройиздат 1991. – 256 с.: ил.
Расчет конструкций из дерева и пластмасс: учеб. пособие для студ.
Вузов В. М. Головина Э. М. Улицкая; под. ред Ф. А. Байтемирова. – 2–е
изд. перераб. И доп. – М.: Издательский центр «Академия» 2006. – 160 с.
СНиП II–23–81* Стальные конструкции
ГОСТ 19903–74 Прокат листовой горячекатаный. Сортамент.
Расчет и конструирование крыши 3
1. Расчет элементов покрытия. Рулонная кровля по настилам из
2. Расчет стропильных ног 10
3. Расчет прогонов 12
Расчет и конструирование основной несущей конструкции 17
1. Исходные данные 17
2. Конструирование схема 17
3. Определение узловых нагрузок и усилий в стержнях фермы 18
4. Подбор сечения элементов фермы 22
5. Конструирование и расчет узлов фермы 30
5.1. Опорный узел 30
5.2. Промежуточный узел верхнего пояса (узел примыкания
раскоса к верхнему поясу) 35
5.3. Коньковый узел 37
5.4. Промежуточный центральный узел нижнего пояса 38
Расчет и конструирование клеедосчатой стойки. 39
1. Исходные данные 39
2 Подбор поперечного сечения стойки 40
3. Проверка опорной части стойки на скалывание при изгибе 45
4. Проверка устойчивости в плоскости изгиба 45
5. Проверка устойчивости из плоскости изгиба 46
6. Расчет и конструирование прикрепления стойки к фундаменту 47