Проект ребристого купола диаметром 30 м с деревянными и стальными элементами

курсовой.doc

2. Разработка конструктивно-
компоновочной схемы здания.
Основные элементы проектируемого здания.
Основные несущие конструкции покрытия воспринимающей и передающей на
фундаменты действующие на здание атмосферные технологические нагрузки от
собственного веса элементов здания и обеспечивающей жесткость здания
является ребристый купол.
Диаметр купола – 30 м высота 84 м.
Ограждающие конструкции купола дощатый дубовый настил ребра купола дощатые
клееные материал ребер купола сосна влажностью 9%. Нижнее распорное кольцо
монолитное железобетонное верхнее стальное. В верхней части купола в
пределах верхнего кольца предусматривается световой проем из стекла.
Принудительная схема условных элементов их способ сопряжения друг с
Рис. 1. Схема основных элементов:
-ребра арки; 2-кольцевые прогоны; 4-нижнее кольцо; 5-верхнее кольцо; 6-
дощатый настил; 7-поперечные скатные связи; 8-грузовая площадь нагрузок на
Устойчивость арок в плоскости перпендикулярной вертикальной а также общая
жесткость покрытия обеспечивается поперечными а при необходимости
вертикальными связями.
Сбор нагрузок на настил Таблица 1
Наименование нагрузки Нормативная коэффициент Расчетная
нагрузка надежности нагрузка
кНм по нагрузке кНм
дощатый настил :[pic]мм 035 11 038
медные листы [pic]мм 0085 11 0094
Снеговая: S0=05 кПа для I 05 14 07
снегового района (табл.4 СНиП
Статистический расчет
Нагрузка от веса ограждающих конструкций
gн=043 кНм gр=047 кНм
При gн S0=04305=086 принимаем n=086
Расчет настила ведем на нормальную составляющую действующей нагрузки
Определяем толщину настила по формуле 12 (1)
где Rи=13095=137 кНсм2; [pic] Rи=13 Мпа
[pic] при b=100 см. По сортаменту h=19см
Прогиб проверяем по формуле 56 (1)
Прогоны. Статистический расчет.
Расчетная схема прогона –неразрезная балка с равными пролетами по всей
Нагрузка от покрытия:
gн=043*225=096 кНм gр=047*225=105 кНм
Ориентировочно нагрузка от собственного веса:
gнс.в.=012 кНм gс.в.=013 кНм
S0=05*225=112 S0=07*225=157
Нормальная составляющая нагрузки
Изгибающий момент по формуле 61 (1)
По приложению 1 (1) принимаем сечение из двух досок размером 625 х 175 мм
с Wх=638 см3; Jх=55827 см4
Прогиб прогона проверяем по формуле 61 (1)
В стыке досок прогона ставим гвозди диаметром 5 мм е=150 мм в два ряда с
каждой стороны стыка. По длине доски скрепляем гвоздями в шахматном порядке
Рис.2. крепление прогонов
S1=15d=15*0.5=7.5 см с=5 см а1=5-15*05=425 см.
По формулам 434647(1) табл. 33 расчетная несущая способность гвоздя кН:
где по рис.35(1) кн=038 при а1с=4255=085
Материал балок сосна.
Сбор нагрузок на ребро Таблица
прогоны :[p[pic]кгм3 031 11 034
Нагрузка от веса балки
gрс.в=0109*11=012 кНм2
Полная нагрузка на 1 м:
gн=(074+05+0109)*785=105 кНм
gр=(081+07+012)*785=127 кНм
Принимаем ребро прямоугольного сечения
Принимаем толщину доски после острожки а=35 см тогда h=35*26=91 см[pic]
см b=135см с учетом острожки боковой поверхности.(26 досок)
Геометрические характеристики.
Проверяем сечение по нормальным напряжениям
[pic]кНсм2=103 МПа[pic][pic]=15*089095 = 14Мпа
mб=089 коэффициент условия работы.
По касательным напряжениям
[pic] кНсм2=034 МПа [pic]16095=168 Мпа
где Rск=16 Мпа скалывание вдоль волокон
По устойчивости плоской формы деформирования 16(1)
[pic]кНсм2=98 МПа[pic][pic]=15*089095 = 14Мпа
кф=113 (см. табл. 2.4(1)). е0=300 см расстояние между поперечными связями.
где к=1 – коэффициент учитывающий переменность высоты сечения элемента.
с - коэффициент учитывающий влияние деформаций сдвига на прогиб
[pic](см. табл. 2.3(1)).
Каждая пара ребер купола образует трехшарнирную арку.
Расстояние между арками по нижнему кольцу:
Стрела подъема арки:
Радиус кривизны арки:
Постоянная нагрузка:
gн=074 кНм2 gр=081 кНм2
с учетом криволинейности покрытия:
gн=074*sDn=0.74*32.2730=0.79 кНм2
gр=074*sDn=0.81*32.2730=0.87 кНм2
Снеговая нагрузка по СНиП 2.01.07-85 S0=05 кНм2
При gн S0=07905=158 [pic]
Нагрузка от веса ребер купола
gрс.в=006*11=0066 кНм2
Наибольшие ординаты треугольной эпюры нагрузки:
g = (087+0066)*10=936 кНм s= 058*10=58 кНм
Ветровую нагрузку при принятом подъеме купола не учитываем.
Расчетные усилия определяем при загружении арки постоянной нагрузкой по
всему пролету и снеговой на левой половине пролета (см. прил. VIII табл.
Наибольший положительный изгибающий момент действует в сечении на
расстоянии 02Dn от левой опоры:
Наибольший отрицательный изгибающий момент действует в сечении на
расстоянии 06Dn от левой опоры:
Опорные реакции (см. прил. VIII табл. 2(1)).
От постоянной нагрузки:
от снеговой нагрузки по всему пролету:
от снеговой нагрузки на левой половине пролета:
При полном загружении постоянной и снеговой нагрузками:
При загружении постоянной нагрузкой по всему пролету и снеговой на левой
Нормальная и поперечная силы в сечении 0 на опоре при полном загружении
Х=0 У=0 [pic] [pic] [pic]
Нормальная сила в сечении с наибольшим положительным изгибающим моментом:
[pic]Нормальная сила в сечении с наибольшим отрицательным изгибающим
Нормальная и поперечная силы в сечении С (в ключевом шарнире) при
загружении постоянной и снеговой нагрузками на левой половине:
КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ.
Принимаем арку прямоугольного сечения высотой h=33*40=132 см что
составляет hDn=1.3230=0.044[pic]145. Ширина сечения по условиям монтажа
b=18 см. Сечение из досок 20 х 4 см (до острожки).
Геометрические характеристики поперечного сечения:
F=18*132=2376 см2 J=18*132212=3449952 см4
W=18*13226=52272 см3 S=18132212=39204 cм3
Прочность поперечного сечения арки проверяем по формуле 20(1)
М=969 кНм - Наибольший положительный изгибающий момент
s= 3227 см длина дуги арки
h=132 см высота арки
[pic](см. табл. 22(1))
Для обеспечения устойчивости плоской формы деформирования арки закрепляем
на ней дощатый настил и ставим поперечные связи прикрепляемые к верхним
кромкам арок через 300 см. Проверяем устойчивость полуарки с положительным
моментом и раскрепленной сжатой кромкой по формуле 26(1)
Устойчивость полуарки с отрицательным моментом и раскрепленной сжатой
кромкой по формуле 26(1)
е0=05s=16135 см- расчетная длина в плоскости перпендикулярной плоскости
[pic]- центральный угол определяющий участок
m=9 число подкрепленных (с одинаковым шагом) точек растянутой кромки
Прочность поперечного сечения арки по касательным напряжениям проверяем по
[pic]=014 КПа[pic]15Мпа
Верхнее кольцо многоугольное из прокатного швеллера №40 (ГОСТ 8240-72*)
Диаметр описанного круга из условия размещения опорных башмаков 5 м.
Проверяем верхнее сжатое кольцо на устойчивость по формуле 163(1):
[pic]центральный угол сектора
Расчет проводим для опорного узла как более нагруженного.
Расчетные усилия в опорном узле: нормальная сила N=158.04 кН; поперечная
Конструкцию узла принимаем следующей:
Опорную пластину для крепления плиточного шарнира принимаем размерами bп=10
см hп=15 см. Напряжения смятия торца арки под пластиной:
Толщина пластины из условия работы ее как двухконсольной балки:
толщина пластины [pic]Принимаем [pic].
Плиточный шарнир проверяем на изгиб и смятие.
Изгиб: М=Qa=21.6*3=64.8 кНсм [pic]. При bh=8 см толщина шарнира [pic]
Плиточный шарнир привариваем к опорным пластинам а последние к гнутым
профилям обрамляющим оголовок арки. Гнутый профиль размерами hб=400 мм
bб=200 мм [p прикрепляют к арке болтами d=20 мм.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ ОТ УВЛАЖНЕНИЯ И БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ
Один из недостатков древесины — снижение механических свойств при
увеличении влажности приводящей к деформациям разбухания и биологическому
разрушению — гниению. При быстром высыхании возникают деформации усушки
вызывающие растрескивание коробление а в клееных элементах — снижение
прочности клеевых швов. Источников увлажнения деревянных конструкций при
эксплуатации много: это начальное и построечное увлажнение атмосферное от
осадков гидрогеологическое от контакта древесины с грунтом или водой
конденсационное при резкой смене температур и недостаточном тепловом
сопротивлении ограждающих конструкций эксплуатационное при наличии мокрых
технологических процессов или неисправности трубопроводов биологическое.
Для предотвращения увлажнения деревянных конструкций и их нормальной
эксплуатации предусматривают конструктивные меры и защитную обработку
которые должны обеспечивать сохранность конструкций при складировании
транспортировке и монтаже а также долговечность при эксплуатации. Защиту
осуществляют во всех зданиях и сооружениях независимо от их назначения и
Рис. 4 . Защита узлов несущих конструкций:
а — при переходе конструкции из отапливаемого помещения
наружу здания; б — при опирании конструкции в гнездах
кирпичных стен; в — то же со стальными башмаками
на пилястры стен; г — при переходе конструкции через внутреннюю
— покрытие; 2 — несущая конструкция; 3 — опорная подушка; 4 —
— минеральная вата обернутая полиэтиленовой пленкой; 6 —
эластичная прокладка;
— пилястра; 8 — стальной башмак: 9 — гидроизоляция; 10 —
воздушная прослойка.
Деревянные конструкции следует делать открытыми хорошо проветриваемыми по
возможности доступными для осмотра профилактического ремонта и защитной
В зданиях с деревянными конструкциями рекомендуется применять кровли с
отводом атмосферных вод. Устройство ендов и закрытых парапетов запрещается.
Следует избегать фонарных надстроек на крыше. Среднюю часть широких зданий
рекомендуется проектировать более высокой чем крайние пролеты устраивая
освещение в наружных стенах.
Несущие деревянные конструкции располагают либо в пределах отапливаемой
части здания либо вне ее. Если несущая конструкция из отапливаемого
помещения проходит через ограждающую конструкцию в не отапливаемое то в
местах пересечения ее защищают специальными бандажами. Зазоры между
поверхностями конструкции и отверстиями ограждения тщательно утепляют
минеральной ватой и герметизируют пороизолом или пористой резиной на
мастиках (рис. 4 а).
Опорные части расположенные в гнездах наружных каменных стен оставляют
открытыми внутрь помещения. Заделывать гнезда запрещается. Их задние стенки
утепляют биостойкими утеплителями в соответствии с теплотехническим
расчетом. Под несущую конструкцию укладывают два слоя гидроизоляционного
рулонного материала (рис. 4 б). Несущие конструкции сонорными
металлическими башмаками устанавливают на пилястру каменных стен или
приставные колонны (рис. 4 в). Опирание в гнездах наружных стен не
Опорные стальные башмаки должны иметь минимальную площадь контакта с
древесиной для возможности ее проветривания. Поверхности древесины
изолируют от металла мастиками и рулонным гидроизоляционным материалом. При
опирании конструкций на внутренние стены разделяющие помещения с
одинаковым температурно-влажностным режимом между стенами и боковыми
плоскостями конструкции оставляют зазор. Его принимают не менее 30 мм для
помещений относительной влажностью воздуха [pic]75 % и 60 мм — для[pic] 75
При необходимости зазор заполняют минеральной ватой а поверхность
деревянной конструкции изолируют рулонным гидроизоляционным материалом.
Клееные конструкции в этих местах покрывают влагозащитными составами а не
клееные — антисептируют.
Изоляционные подкладки подбалки и подушки опорных узлов соприкасающиеся с
каменной кладкой или бетоном изготовляют из защищенной от биоповреждения
древесины преимущественно твердых лиственных пород и изолируют от стен
двумя слоями гидроизоляционного материала. Если конструкция проходит через
внутреннюю стену не опираясь на нее то зазор оставляют и под конструкцией.
Размер его принимают несколько
большим возможного прогиба конструкции в месте пересечения но не менее 30
мм. Нижний зазор заполняют минеральной ватой по гидроизоляционному
рулонному материалу уложенному на обрез стены (рис. 4 г). Пересекать
стену разделяющую помещения с разными температурно-влажностными условиями
эксплуатации не рекомендуется.
При опирании деревянных конструкций на фундаменты внутри помещений верхнюю
их грань располагают выше уровня пола не менее чем на 150 а в незащищенных
условиях — не менее чем на 500 мм. В этом случае конструкция верха
фундамента должна обеспечивать быстрый отвод атмосферных осадков. Несущие
деревянные клееные конструкции эксплуатируемые на открытом воздухе должны
иметь сплошное сечение а верхние горизонтальные и наклонные поверхности
элементов защищают козырьками из досок пропитанных невымываемыми
биозащитными составами либо из защищенного кровельного металла
При проектировании перекрытий первого этажа располагаемых над грунтом
рекомендуют укладывать по всей площади слой бетона или щебня залитого
цементным раствором толщиной не менее 100 мм. Расстояние от этого слоя до
древесины конструкций принимают не менее 300 мм. Для вентиляции подполья в
наружных стенах устраивают отверстия которые закрывают только в зимний
период. Все поверхности древесины выходящие в сторону грунта покрывают
биозащитными составами а места опирания деревянных элементов на каменные
стены или промежуточные столбы изолируют двумя слоями рулонного материала и
антисептированными подкладками. В полах устраивают вентиляционные решетки
или щелевые плинтусы с выходом отверстий в помещение.
Для предотвращения увлажнения клееных деревянных несущих и ограждающих
конструкций применяют укрывистые и лакокрасочные преимущественно
прозрачные покрытия. Первые — в основном для конструкций подвергающихся
непосредственному увлажнению осадками или при значительной относительной
влажности воздуха в помещениях а лакокрасочные — для конструкций внутри
Влагозащитными составами обрабатывают наружные элементы покрытия и
стенового ограждения а также несущих конструкций. Для влагозащиты
рекомендуют следующие лаки и эмали: перхлорвиниловые пентафталевые
уретановые уретаново-алкидные масляно-смоляные органосиликатные.
Ответственные части конструкций — места соприкасания древесины с
металлом камнем и бетоном а также концы элементов обрабатывают покрытиями
на основе тиоколовых мастик и эпоксидных смол.
Для защиты от биологического разрушения применяют следующие антисептики.
Водорастворимые: фтористый натрий кремнефтористый натрий кремнефтористый
аммоний тетрафторборат аммония пента-хлорфенолят натрия доналит.
Антисептики на нефтепродуктах и легких маслах; препараты пектахлорфенола в
органических растворителях нафтенат меди. Маслянистые антисептики: масло
каменноугольное антраценовое сланцевое. Тип антисептирования —
поверхностная обработка пропитка в ваннах или автоклавах под давлением
обмазка пастами зависит от условий эксплуатации видов деревянных
конструкций и срока их службы.
Водные антисептики нельзя применять в конструкциях где возможно их
быстрое вымывание т. е. находящихся на открытом воздухе или в грунте.
Антисептики в органических растворителях и маслянистые не применяют в
зданиях где находятся пищевые продукты животные и люди.
Антисептик и способ его нанесения устанавливается правилами производства и
приемки строительных деревянных конструкций. Биозащитной обработке подлежат
все неклееные деревянные конструкции эксплуатируемые в помещениях
относительной влажностью воздуха более 60 % а также отдельные их элементы
и части которые могут увлажняться в процессе эксплуатации каркас и
внутренние поверхности ограждающих конструкций в том числе плит и панелей.
Против морских древоточцев жуков-точильщиков и термитов применяют масла:
каменноугольное сланцевое и их смеси с пентахлорфе-нолом оксидифенил а
также нафтенат меди в органических растворителях.
Для обработки древесины при ремонтных работах в случае обнаружения
дереворазрушающих насекомых применяют следующие инсектициды;
гексахлоранциклогексан (ГХЦГ) диметилтрихлороксиэтил-фосфонат технический
(хлорофос) карбофос и другие.
ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ОГНЕСТОЙКОСТИ
Горение древесины — это химический процесс ее термического разложения
сопровождающийся выделением газов. Соединяясь с кислородом воздуха они
образуют пламя. Воспламенение может произойти и при отсутствии открытого
источника огня. При быстром нагревании древесина воспламеняется при t [pic]
0 °С а при длительном — t > 660 °С. При повышении температуры начинается
пламенное горение и обугливание верхнего слоя
Противопожарными нормами проектирования зданий и сооружений (СНиП 2.01.02-
) установлены минимальные пределы огнестойкости и максимальные
распространения огня. Нормы допускают некоторые отступления и для зданий и
сооружений II степени огнестойкости устанавливают следующие пределы
огнестойкости деревянных конструкций ч:
Наружные стены из навесных панелей 05
Плиты настилы прогоны 05
Балки фермы арки рамы 075
Внутренние несущие стены (перегородки) 025
Рис.5. Характер обугливания прямоугольного сечения:
а — обугливание со всех сторон; б в — то же с трех; г — то же
с двух; — древесина; 2 — обуглившийся слой
Деревянные клееные балки фермы арки рамы и колонны зданий и сооружений
применяют без огнезащитной обработки кроме производств категории В для
которых требуется огнезащитная обработка. Деревянные плиты настилы и
прогоны покрытий а также элементы навесных панелей стен подвергают
глубокой пропитке антипиренами. Для производственных и складских зданий с
производствами категорий А и Б основные деревянные конструкции приведенные
выше не допускаются.
Скорость обугливания поверхности элементов из хвойных пород воздушно-сухой
цельной древесины размерами поперечного сечения более 120 мм принимают 08
мммин а клееной — 07. Для элементов размерами сечения менее 120 мм — 1
мммин. В результате обугливания изменяются геометрические характеритики
элементов. Ребра сечения закругляются.
где [pic] — время прошедшее с начала воздействия огня до воспламенения
Для незащищенной пропитанной антипиренами или окрашенной
невспучивающимися красками 4
Для зазищепной вспучивающимися огнезащитными покрытиями типа ВПД
Повышают пожарную безопасность деревянных конструкций конструктивными и
химическими способами а в ряде случаев комбинированием их.
Конструктивные меры заключаются в создании таких условий при которых
распространение огня преграждается а предел огнестойкости конструкций
увеличивается. Это устройство противопожарных стен или несгораемых участков
перекрытий и покрытий разделение пустотных покрытий несгораемыми
диафрагмами площадь между которыми не должна превышать 54 м2 устройство
несгораемых разделок у дымоходов и печей оштукатуривание перекрытий
увеличение сечений деревянных элементов.
Химические меры огнезащиты понижают возгораемость древесины. Это пропитка
деревянных элементов антипиренами нанесение на поверхность огнезащитных
покрытий в виде штукатурок и листовых несгораемых и трудносгораемых
материалов а также невспучивающихся вспучивающихся неорганических и
органических красок.
Обрабатывают конструкции антипиренами (водо- или органикора-створимыми
составами) путем поверхностной обмазки древесины или ее глубокой пропитки.
Последний способ более надежен однако снижает прочностные характеристики
древесины на 10 % что следует учитывать при расчете конструкций. Можно
применять составы обладающие одновременно свойствами антисептика и
антипирена. Комплексная защита древесины — наиболее перспективное
направление особенно для клееных конструкций индустриального изготовления.
Древесина пропитанная этими составами — трудносгораемый материал.
Деревянные конструкции. Справочник проектировщика Под ред. И.М.
Гриня. – Киев: Будивельник 1988.
СНиП 2.01.07 – 85*. Нагрузки и воздействия.
СНиП 2.03.11 – 85. Защита строительных конструкций от коррозии.
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II – 25 – 80)
ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.: Стройиздат 1986. – 216с.
СНиП II – 25 – 80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования
Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП 2000. – 30с..
Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов Ю.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. –
Монтаж деревянных конструкций: Методическое пособие по дисциплине
Конструкции из дерева и пластмасс" для студентов специальностей 290300
– "Промышленное и гражданское строительство" 291500 – "Экспертиза и
управление недвижимостью" Сост. Ю.Н. Рец; КГТУ Красноярск 2001. 52с.
Проектирование конструкций из дерева и пластмасс: Методические указания
по курсовому проектированию для студентов специальности 290300 –
Промышленное и гражданское строительство" по дисциплине "Конструкции из
дерева и пластмасс" Сост. Ю.Н. Рец; КГТУ Красноярск 2000 27с.
Разработка конструктивно-компоновочной схемы здания . 2
Прогоны. Статистический расчет .. ..3
Конструктивный расчет .. 9
Обеспечение долговечности конструкции .. .. 13
Защита конструкций от возгорания и определение их
КП-270115.65-АЗ-95-145

Drawingа.dwg

С О Г Л А С О В А Н О
Расчетная схема арки
СПЕЦИФИКАЦИЯ ДРЕВЕСИНЫnНА ОТПРАВОЧНУЮ МАРКУ
кольцо стальное из швеллера
стальной башмак верхнего кольца
стальные башмаки ребра
ребра жесткости стального кольца
покрытие из медных листов
Поперечное сечение ребра
СПЕЦИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛА НА ОТПРАВОЧНУЮ МАРКУ
стальной опорный башмак
план купола расчетная схема арки узелы таблицы
Курсовой проект по КДП
Выставочный павильон в городе Ташкент
Чертежи смотреть совместно с пояснительной запиской
Фундамент выполнен из бетона класса В15
Анкерные болты d =20мм