Проектирование здания с деревянным каркасом

ПЗ.doc

Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
”Проектирование здания с деревянным каркасом”
Конструирование и расчёт клеефанерной плиты покрытия 5
Конструирование и расчёт клеефанерной двускатной балки покрытия 12
двутаврового сечения
Конструирование и расчёт дощатоклееной колонны прямоугольного 20
Расчёт узла сопряжения колонны с фундаментом 25
Расчет и проверка на смятие опорного бруса 29
(распорки по колонне)
Список использованной литературы 30
К индустриальным деревянным конструкциям относятся деревянные клееные
конструкции которые представляют собой крупноразмерные конструкции
заводского изготовления. Применение клееных деревянных конструкций
удовлетворяет требованиям технической политики в области строительства так
как снижает массу зданий и сооружений обеспечивает их капитальность и
длительность эксплуатации а также уменьшает трудоёмкость возведения
Древесина и конструкции на её основе обладают большой стойкостью по
отношению к агрессивным средам и поэтому во многих случаях целесообразно их
применение в зданиях с агрессивными средами. Сравнительная лёгкость
древесины с учётом её достаточно большой прочности и жёсткости позволяет
перекрывать значительные пролёты.древесины сосны и ели равна 0.5
Долговечность деревянных конструкций защищённых от загнивания только
конструктивными мерами достигает сотен лет.
В настоящее время помимо конструктивных мер для защиты деревянных
конструкций не только от гниения и древоточцев но одновременно и от
возгорания применяют обработку химическими составами что повышает их
надёжность при многолетней эксплуатации.
Рассматривая области строительства в которых целесообразно
использовать деревянные конструкции следует прежде всего указать на
здания и сооружения подвергающиеся некоторым агрессивным воздействиям. Это
цехи химических производств производственные здания сельскохозяйственного
Учитывая что древесина для некоторых районов страны является местным
материалом её целесообразно использовать в качестве несущих конструкций
пролётных строений автодорожных мостов. Благодаря лёгкости деревянных
клееных конструкций их можно применять в зданиях общественного назначения
таких как: крытые рынки спортивные сооружения выставочные павильоны и т.
п. При строительстве крупных промышленных объектов клееные деревянные
конструкции выгодно использовать для строительства сборно-разборных
временных сооружений.
Для повышения качества клееных деревянных конструкций необходимо
переходить на применение для них пиломатериала надлежащего качества а для
склеивания употреблять клей на основе резорцина.
Конструирование клеефанерной панели покрытия
Ввиду малости уклона верхнего пояса балки покрытия (уклон принимается
до 10 %) считаем длину верхнего пояса балки равной пролету здания т.е. 18
м. В этом случае можно принять номинальные размеры плиты 15(40 м. В
продольном направлении длину плиты принимаем 3980 мм при зазоре между
плитами 40 мм. Каркас плиты выполняем из сосновых досок 2-го сорта с
расчетным сопротивлением скалыванию вдоль волокон при изгибе Rск = 16 МПа
(п. 5а табл. 3 [1]).
Обшивки плит принимаем из березовой фанеры марки ФСФ толщиной 8 мм.
Приняв ширину листов фанеры 1525 мм с учетом обрезки кромок ширину плиты
принимаем 1490 мм а поверху – 1470 мм что обеспечивает необходимый зазор
между плитами. Расчетные характеристики фанеры принимаем по табл. 10 3
: Rф.с. = 12 МПА; [p Rф.р. = 14 МПа; Rск = 08 МПа. Листы
фанеры принимаем длиной 1525 мм стыкуя их в двух местах по длине плиты.
Стыки обшивок выполняются «на ус». Для стыковки обшивок и их крепления к
ребрам каркаса принимаем фенолорезорциновый клей ФРФ-50.
Высоту ребер каркаса принимаем h = l 35 = 400 35 = 114 см. С
учетом сортамента досок и их острожки сечение средних продольных ребер
(146 мм крайних продольных ребер – 28(146 мм. Общее число продольных
ребер – 4 что обеспечивает расстояние в свету между ребрами менее 50 см.
Торцевые и поперечные ребра принимаем составного сечения высотой 146 мм и
толщиной 28 мм. Число поперечных ребер – 2 что обеспечивает расстояние
между ними не более 15 м.
В качестве утеплителя принимаем минераловатные плиты. Толщину
утеплителя определяем по средней суточной температуре воздуха в январе (для
Вологды tec = t1 – (1 = -10-20 = -30(С) и принимаем 80 мм. При высоте ребер
6 мм над утеплителем обеспечивается воздушная прослойка для вентиляции.
Пароизоляция из полиэтиленовой пленки толщиной 02 мм. Для удержания
утеплителя в проектном положении принимаем решетку из брусков 25(25 мм
которые крепятся гвоздями к ребрам.
Вид нагрузки Нормативная Коэффициент Расчетная
нагрузка надежности по нагрузка кНм2
вес кровли 015 13 0195
вес ребер 0088 11 0097
вес обшивок 010 11 011
вес утеплителя 0134 12 016
Коэффициент надежности по нагрузки от веса конструкций определяется (по
табл. 1 [1] ) т.е. равна 11.
Плиту рассчитываем как балку находящуюся под воздействием равномерно
распределенной нагрузки.
Максимальные значения расчетных усилий.
5=2 плиту рассчитываем как однопролетную балку.
-изгибающий момент [pic]
-поперечная сила [pic]
Расчет плиты по 1 группе предельных состояний.
[pic] где [pic]- расчетное сопротивление фанеры растяжению равное 14 мПа.
(таблица10 [2] ) [pic]- коэффициент учитывающий снижение расчетного
сопротивления в стыках фанерной обшивки (при зубчатом соединении); [pic]
момент сопротивления сечения приведенного к фанере; [pic] где [pic]момент
инерции фанерных обшивок.
[pic]момент инерции поперечного сечения рёбер каркаса. [pic]модуль
древесины [pic](п.3.5 [2]). [pic]модуль упругости фанеры [pic]мПа (таб.11).
Геометрические характеристики сечения:
Момент инерции сечения фанерных обшивок относительно центральной оси
сечения X равен: [p [pic]
Момент инерции досчатых рёбер относительно оси X равен: [pic] где[pic] и
[pic]- соответственно ширина и высота ребра.
Материалы входящие в материал сечения плиты приводим к фанерной обшивке
Проверка пяти условий прочности:
Проверка верхней обшивки на сжатие с учетом устойчивости при общем
[pic]– 12 мПа расчетное сопротивление фанеры (сжатию).
Недонапряжение составило 175 %.
Проверка устойчивости верхней обшивки на местный изгиб между
продольными ребрами от сосредоточенного груза.
Момент сопротивления сечения обшивки с расчетной шириной 100 см:
Проверка верхней обшивки на местный изгиб.
[pic]=62мПа[pic]*12=78мПа
Недонапряжение составило 20 %.
Проверка нижней обшивки на растяжение при общем изгибе плиты:
Недонапряжение составит 51 %.
Проверка клеевого шва между шпонами фанеры на скалывание.
На скалывание проверяют швы в месте примыкания обшивки к рёбрам.
[pприведенный статический
момент нижней или верхней обшивки относительно оси х;
[p [pic]расчетное сопротивление
скалывания клеевых швов между шпонами фанеры равное 08 мПа(таб.10[2])
Недонапряжение составит 63%.
Проверка продольных ребер на скалывание.
Приведенный статический момент половины сечения относительно нейтральной
Расчет плиты покрытия по II группе предельных состояний.
Относительный прогиб от нормативной нагрузки:
[pic] так как угол покрытия i=10% тогда ([pic]) =[pic]
Запроектированная клеефанерная плита покрытия имеет прогиб от нормативных
нагрузок не превышающий предельного допустимого значения и ее несущая
способность имеет дополнительный запас несущей способности.
Проектирование двускатной клеефанерной балки покрытия двутаврового
В качестве несущей конструкций покрытия принимаем двускатные
клеефанерные балки двутаврового сечения. Расстановка балок здания через 4
м. При ширине здания 18 м расчетный пролет принимаем 17.7м. Клеефанерные
панели укладывают непосредственно на балку. Балка состоит из фанерных
стенок дощатых поясов и ребер склеенных между собой.
Для стенок используем фанеру марки ФСФ(ГОСТ 3916-69)толщиной 15мм. Высота
балки в середине пролета [p
Высота балки на опоре:[pic]мм. Оба пояса балки принимаем одинакового
сечения из шести вертикальных слоев досок сечением 275х50ммс учетом их
фрезерования сечение чистой доски 270х46 .
В фанерных листах стенки волокна наружных шпонов расположены вдоль
балки поэтому стыкование фанеры осуществляется « на ус».
Для обеспечения жесткости фанерной стенки поставлены ребра жесткости
склеенные из четырех досок сечением 70х144 мм. Размеры поперечных ребер
жесткости приняли в соответствии с высотой полки h=270 их ширина равна
половине полки:2702=135 приняли 144. Они расположены в стыках а если
требуется и посередине фанерных листов.
По длине ребра устанавливаются с шагом 18-110 от пролета. На опорах
установливаются ребра по ширине равные высоте полки h=270. Принимаем по
сортаменту 75*275мм с учетом усушки и фрезеровки имеем 70*270мм.
Расстояние между осями ребер фанерного листа поле обрезки кромок равно
80мм. При этом расстояние между осями ребер жесткости (а[pic]) получаем
равным длине фанерного листа уменьшенной на длину соединения «на ус»
которое равно десятикратной толщине фанеры 10[p тогда
а[pic]=1480-150=1330мм.
В случае необходимости можно усилить двумя дополнительными листами
Верхний пояс и ребра жесткости изготовляют из древесины 2 сорта
нижний пояс – из древесины 1 сорта.
Геометрические размеры балки. Расчетный пролет балки 177м полная длина
балки с учетом опорной площадки длиной 200мм равна l=17.7+[pic]м.
Таблица 2. Подсчет нагрузок на 1 м[pic] горизонтальной проекции покрытия.
Нагрузка Нормативная Коэф. надежности поРасчетная
кНм[pic] нагрузке кНм[pic]
Рубероидная кровля 015 13 0195
Утеплитель-плита мин.ватная
Клефанерная панель 01 12 012
Собственный вес балки 0322 11 0367
Временная (снеговая) 014 11 0154
[pic]Собственный вес клеефанерной балки: [pic]
где к[pic]-коэффициент собственного веса для клеефанерных балок =35.
Расчет клеефанерных балок проводят с учетом совместной работы дощатых
поясов и фанерных стенок без учета податливости соединений. Расчет
производиться по методу приведенного сечения по СНИП II-25-80 в частности
олсобенностей расчета клееных элементов из фанеры с древесиной.
Расчетная схема балки:
Максимальный изгибающий момент в середине пролета балки.
Расстояние от опоры до сечения где наибольшие нормальные напряжения:
[pic]м высота между центрами поясов [pic]=091-027=064м.
Расстояние от оси левого опорного ребра до оси первого промежуточного
ребра жесткости: [pic]м. расстояние от левой опоры до середины первой
Проверка принятого сечения балки.
Расчет проводят с учетом работы фанерной стенки на нормальные
напряжения. Основная доля нормативных напряжений воспринимается поясами
поэтому при определении напряжений надо сравнивать их с расчетным
сопротивлением древесины сжатию и растяжению. Опасным сечением является
сечение в середине пролета.
Определяем геометрические характеристики поперечных сечений в
которых требуется проверить напряжения – в опасном сечении в половине
пролета . Высота сечения балки h=1800мм.
Высота сечения между осями поясов[pic]м.
[pic]м-высота сечения между осями поясов.
Приведенный к дереву момент инерции поперечного сечения балки :
Нижний пояс проверяется на растяжение:
где Rр=12 мПа- расчетное сопротивление растижению древесины 1 сорта.
Верхний пояс проверяется на сжатие с учетом его устойчивости из плоскости
где 13 МПа - расчетное сопротивление древесины II сорта
Проверка фанерной стенки в опасном сечении на растяжение:
[pic]к-т учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры стыкованной
на «ус» при работе её на изгиб в плоскости листа.
[pic]к-т повышающий модуль упругости фанеры на 20%.
[pic]расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа вдоль
волокон наружных слоев шпона. [pic]=14МПа.
Условие выполняется.
Проверка стенки на действие главных растягивающих напряжений.
Проверку стенки на действие главных растягивающих напряжений при действии
распределенной нагрузки осуществляют в зоне первого от опоры стыка фанерных
Расстояние от левой опоры до первого стыка фанерной стенки Х=870мм
Внутренние усилия в выбранном сечении балки:
>4.7 перенапряжение составляет 43%. Т.к. 43%5% то утолщать
фанерную стенку не требуется.
Проверка местной устойчивости фанерной стенки.
Проверка выполняется для сечений в середине опорной панели балки при
условии [pic]где [pic]-высота стенки между внутренними гранями полок [pic]-
толщина фанерной стенки.
h(x)=0.9+0.1*0.484=0.9484м
hст(x) =0.9484-2*0.27=0.4084м
[pic]040840015=27250
h(x)=0.9+0.1*1.535=1.05м
hст(x) =1.05-2*0.27=0.51м
[pic]0.510015=34.250
h(x)=0.9+0.1*2.865=1.1865м
hст(x) =1.1865-2*0.27=0.6465м
[pic]0.640015=43.150
h(x)=0.9+0.1*4.195=1.32м
hст(x) =1.32-2*0.27=0.7795м
[pic]0.77950015=52>50
Определяем предварительно:
-Длина опорной панели – расстояние между ребрами жесткости в свету
- Расстояние от центра сечения до оси опоры:
Высота балки в расчетном сечении: h=1.32мм;
- Момент инерции и статический момент половины сечения для расчетного
сечения приведенные к фанере:
[pic]-Внутренние усилия в сечении: [pic]
Расчет по определению устойчивости стенки с продольным расположением
волокон наружних слоев производиться по формуле (48) п.4.30.СНИП II-25-80
[pic]-нормальные и касательные напряжения в стенке от изгиба на уровне
внутренней кромки поясов в расчетном сечении (в середине расчетной панели
[pic]-расчетная высота стенки которую следует принимать равной [pic]при
расстояние между ребрами а[pic] и равной а если а[pic] 1186 >780
принимаем [pic]=[pic]
Кроме указанного сечения проверку необходимо выполнить для опорного
сечения с мах напряжением изгиба.
По таблице [pic] для семислойной фанеры.
Так как в следующей панели расстояние между ребрами жесткости такое же как
и в этой то проверять фанерную стенку на устойчивость из плоскости изгиба
Проверка фанерных стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной
[pic] [pic]- момент инерции и статический момент инерции опорного сечения
приведенные к фанере.
[pic]-расчетное сопротивление фанеры срезу перпендикулярно плоскости листа
Проверка фанерных стенок в опорном сечении на скалывание по
вертикальным швам между поясами и стенкой .
[pic]-расчетное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа
[pic]- суммарная длина вертикальных швов между стенкой и поясами
[pic]=027*2-0006*2=0528 м
Проверка прогиба от действия нормальной нагрузки
Прогиб балки определяем с учетом коэффициента учитывающего влияние
переменности высоты сечения и коэффициента учитывающего влияние
деформаций сдвига от поперечной силы.
l =17.7 м ( пролет балки
k ( коэффициент учитывающий влияние переменности высоты сечения;
с ( коэффициент учитывающий влияние деформаций сдвига от
k и с ( значение коэффициентов по СП:
Конструирование и расчёт дощатоклеенной колонны
Предварительный подбор сечения колонн
Задаемся гибкостью колонны (=100. Предварительные размеры сечения
Из-за отсутствия досок такой ширины принимаем доски шириной 125 мм и
5 мм с предварительной склейкой их по кромкам в щит. Фактическая ширина с
учетом припусков на усушку и механическую обработку составит:
bк = ( 125 – 10 ) + ( 225 – 15 ) = 325 мм
Для изготовления колонн используем сосновые доски 2-го сорта толщиной
мм. После двухстороннего фрезерования (острожки) толщина досок составит:
tф = 40 – 2*35 = 33 мм
С учетом принятой толщины досок высота сечения колонн будет:
hк = 33 * 21 = 693 мм
Нагрузка от собственного веса колонны:
РС.К. = hk * bk * H * ( = 0693 * 0325 * 9 * 500 = 10135 кг = 1014
Вертикальные нагрузки действующие на поперечную раму можно свести в
нагрузка кНм2 надежности нагрузка КНм2
- вес кровли 015 13 0195
- собственный вес плит 0322 11 0367
- вес утеплителя 01 12 012
Собственный вес балок 014 11 0154
Собственный вес колонн 1014 11 1115
По карте прил. 5 (2( г. Вологда относится к I ветровому району и
значит нормативное значение ветрового давления принимаем w0 = 023 кНм2.
Для типа местности «С» находим значение коэффициента к = 04.
По приложению 4 (2( определяем аэродинамический коэффициент для
наветренной и подветренной стороны здания:
- для наветренной Се = +08
- для подветренной при [pic] и при [pic] принимаем Се3 = - 05.
Коэффициент надежности для ветровой нагрузки определяем по п. 6.11
(2(. Расчетные значения погонной ветровой нагрузки для активного и
пассивного давления:
W+ = 023 * 04 * 08 * 14 * 4 * = 041 (кНм)
W- = 023 * 04 * (-05) * 14 * 4 = - 026 (кНм)
Ветровая нагрузка передаваемая от покрытия расположенного вне
W+ = w+ * hоп = 041 * 09 =0369 (кН)
W- = w- * hоп = 026 * 09 = 0234 (кН)
Определение расчетных усилий: Рама один раз статически неопределимая
система. За неизвестное принимаем продольное усилие «Х» в ригеле которое
определяем для каждого вида загружения отдельно :
- от ветровой нагрузки приложенной в уровне ригеля
Хw = 05 * (W+ - W-) = 05 * (0369 – 0234) = 0068 кН
- от ветровой нагрузки на стены:
Изгибающие моменты в заделке стоек:
Продольные силы в заделке стоек:
Таким образом расчетные усилия для расчета колонны составят: М = 17.1
Расчет колонны на прочность в плоскости рамы.
Расчетная длина колонны в плоскости рамы
l0 = 22 * Н = 22 * 9 =19.8 м
Площадь сечения колонны
АНТ = Абр = hк * bк = 0693 * 0325 = 0225 м2
Момент сопротивления прямоугольного сечения
Гибкость колонны в плоскости рамы
[pic] следовательно коэффициент продольного изгиба определяем по
Для сосновой древесины второго сорта и при принятых размерах
поперечного сечения по табл. 3 (1( находим расчетное сопротивление сжатию
Rc = 15 Мпа. По п. 3.2. (1( находим коэффициенты условий работы: mн = 12;
m( = 093. Окончательное значение расчетного сопротивления составит:
Rс = 15 * 12 * 093 = 16.74 Мпа
Найдем значение коэффициента (:
Найдем значение изгибающего момента от действия поперечных и
Найдем нормальные напряжения и сравним их с расчетным сопротивлением
т.е. прочность обеспечена с большим запасом прочности. Однако
оставляем ранее принятые размеры поперечного сечения исходя из
необходимости ограничения гибкости.
Расчет колонны на устойчивость плоской формы деформирования
Предварительно принимаем что распорки по колоннам (в плоскости
параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн т.е.
использована крестовая схема вертикальных связей по колоннам без
дополнительных распорок.
Тогда в формуле (33) (1( принимаем n = 2 т.к. по принятой схеме
вертикальных связей по колоннам нет раскрепления растянутой зоны из
плоскости деформирования. По той же причине принимаем расчетную длину
колонны из плоскости рамы равной высоте колонны:
Найдем значения гибкости и коэффициенты продольного изгиба из
Для нахождения значения коэффициента (м предварительно найдем
коэффициент «кф» по табл. 2 прил 4 (1(:
кф = 175 – 075 * d = 175 т.к. d = 0 из-за того что момент в
верхней части колонны равен нулю.
Проверяем устойчивость:
устойчивость в плоскости рамы обеспечена.
Расчет колонны на устойчивость из плоскости рамы.
Расчет производят по формуле (8) (1(:
[pic](y – коэффициент который уже должен быть определен в предыдущем
Расчет узла защемления колонны в фундаменте.
Определим расчетные усилия:
Из расчета колонны на прочность в плоскости рамы уже известны (к =
06 Rс = 1674 МПа Абр = 0225 м2
Найдем значения коэффициентов ( кн и значение МД
Определим значения относительного эксцентриситета
[pic] следовательно сечение колонны сжато не по всей площади.
Высота сжатой зоны сечения
Растягивающее усилие
Приняв ширину анкерной полосы равной ширине колонны определим
Конструктивно принимаем толщину (а = 6 мм.
Усилие в наклонных тяжах
Требуемая площадь наклонных тяжей
Принимаем тяжи диаметром 12 мм для которых АТ.КТ = 0744 см2 .
Конструктивная длина уголка
05 м – зазор между колонной и тяжем.
Изгибающий момент в уголке
Требуемый момент сопротивления
Принимаем равнополочный уголок 40х7 мм с Iх = 1484 см4 и z0 =
см. Момент сопротивления уголка:
[pic] т.е. прочность уголка обеспечена.
Назначим размеры уширения колонны внизу. Расчетное
сопротивление древесины смятию под углом 450определим по
С учетом коэффициента условий работы mн = 12 RСМ = 745 Мпа
Площадь смятия древесины под углом
Принимаем толщину уширения колонны равной двум толщинам досок после
фрезерования ( = 2 * 0033 = 0066 м что достаточно для размещения уголка
х7 мм под углом 450 т.к.:
С учетом принятых уширений получим высоту сечения колонны понизу:
Высоту накладок учитывая конструктивное решение узла и расположение
тяжей по углом 450 принимаем равной высоте сечения колонны плюс 150 мм.
Проверим прочность по скалыванию в плоскости приклейки досок-
накладок на которые опираются уголки.
Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление древесины
скалыванию определим по формуле (54) (1(:
[pic] где lСК = lнакл = 0975 м
( = 0125 т.к. скалывание промежуточное
RСК = RСК * mн = 21 * 12 = 252 Мпа
Напряжения скалывания
Расчет опорного бруса
Предельная гибкость для элементов связей λ=200.
Принимаем по конструктивным соображениям брус сечением 110х110мм. Для него
расчетная длина равна расстояние между точками закрепления [pic]=400см
Проверяем брус на смятие поперек волокон. Принимаем 1 сорт древесины.
т.к. уклон [pic] а [pic] то берем прочность древесины поперек волокон
Принимаем брус 125х125
Принимаем брус сечением 150х150мм.
Список используемой литературы.

Чертеж .cdw

1. Влажность древесины при изготовлении консрукцй 12%
Для склеивания древесины применяется клей марки ФРФ-50
Район строительства г. Вологда
Колонна изготовлена из древесины 2-го сорта
Балка изготовлена из досок 1-го 2-го сорта и фанеры марки
Плита покрытия изготовлена из досок 2-го сорта-ребра
из фанеры марки ФСФ-обшивки (ГОСТ 24454-80)
рубероидный ковер (3слоя)
фартук из оцинкованной стали
герметизирующая мастика
асбестоцементные листы
Крайнее продольное ребро
Среднее продольное ребро
Верхняя фанерная обшивка
Полиэтиленовая изоляция
Минераловатная плита
Нижняя фанерная обшивка
Доска сосновая 2-го сорта
Доска сосновая 1-го сорта
Узел крепления плит покрытия
по продольной стороне
Расчетная схема колонны:
а) в плоскости рамы; б) из плоскости рамы
Деревянные конструкции
Одноэтажное промышленное
каркасом в г. Вологда
Схемы расположения несущих
конструкций и связей колонна плита
покрытия балка разрезы узлы
клеефанерная плита покрытия
рубероидный ковер (3 слоя)
Схема расположения колонн балок плит покрытия
Схема расположения связей по покрытию
Расчетная схема плиты
Расчетная схема балки