Расчет 3-хслойной клеефанерной панели и двойного дощатого настила. Вариант 97.

КУРСОВОЙ КДП.doc

Конструирование клеефанерных панелей покрытия
Материал конструкций панели
Расчет 3-хслойной клеефанерной панели
Конструирование панели
Теплотехнический расчет
Расчет верхней обшивки на местный изгиб
Сбор нагрузок на панель
Определение внутренних усилий
Определение приведенных геометрических характеристик
Проверка нижней обшивки на растяжение при изгибе
Проверка верхней обшивки на сжатие и устойчивость при изгибе
Проверка клеевых соединений фанеры на скалывание
Проверка ребер на скалывание
Проверка прогиба панели
Конструкция стыков панели
Расчет двойного дощатого настила
Определение расчетных усилий и геометрических характеристик
Проверка прочности и жесткости
Список используемой литературы
Целью данной работы является овладение практическими навыками расчетов на прочность и устойчивость конструкций из дерева.
Конструкции из дерева относятся к классу легких строительных конструкций применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
Деревянные конструкции являются надежными легкими и долговечными. На основе клееных деревянных конструкций сооружают здания с покрытиями как малых так и больших пролетов. Из цельных лесоматериалов строят небольшие жилые дома общественные и производственные здания.
История применения деревянных конструкций насчитывает много веков и теряется в глубине тысячелетий но и сегодня они не теряют своей актуальности.
Намечается тенденция по расширению применения клеедеревянных балок и арок находят рациональное использование клеедеревянные рамы и фермы ребристые и сетчатые купола клеефанерные балки плиты и панели. Кроме того увеличивается изготовление и применение деревянных конструкций из цельной неклееной древесины – досок брусьев и бревен. Они могут использоваться в балках стойках и стропилах малоэтажных домов а также фермах арочных и кружально-сетчатых сводах производственных сельскохозяйственных и общественных зданиях пролетных строениях малых мостов и других
специальных конструкций.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНЫХ ПАНЕЛЕЙ ПОКРЫТИЯ.
Клеефанерные панели покрытия относятся к облегченным конструкциям индустриального изготовления.
Панели покрытий состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок соединенных каркасом водостойким клеем в одно целое и образующих коробчатое сечение. Для обшивок применяют фанеру повышенной водостойкости марки ФСФ а для конструкций не защищенных от увлажнения бакелизированную фанеру ФБС.
Целесообразность применения клеефанерных панелей определяется малой массой при высокой несущей способности что обеспечивается совмещение в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций как поясов панели так и настила который воспринимает местную нагрузку.
В качестве утеплителя применяют как правило несгораемые и биостойкие теплоизоляционные материалы например пенопласт или стекломаты. При изготовлении панели на верхнюю обшивку наклеивают один слой рубероида образующий кровельное покрытие другие слои кровли приклеивают после монтажа. Клеефанерные панели покрытия находят применение в отапливаемых и не отапливаемых зданиях в условиях эксплуатации А1 А2А3 Б1 Б2 Б3.
Трехслойные панели могут быть разделены на четыре конструктивных типа:
Панели I типа. Нормальные усилия в этих панелях воспринимаются жесткими ребрами (из металла дерева пластмасс и т.д.) и обшивками. Для панелей I типа необходимо выполнение условия чтобы отношение суммарной жесткости ребер к жесткости двух обшивок было больше 08аL где а – шаг продольных ребер см; L – расчетный пролет панели см.
Панели II типа. К этому типу относятся ребристые панели с изгибной жесткостью ребер для которых отношение жесткостей ребер и обшивок меньше или равно 08аL. При расчете панелей II типа можно принять что нормальные усилия воспринимаются только обшивками.
Панели III типа. Имеют ребра и сплошной средний слой из пенопласта приклеиваемый к верней и нижней обшивкам. Средний слой обеспечивает совместность работы обеих обшивок повышает устойчивость сжатой обшивки из тонких металлических и стеклопластиковых листов участвует совместно с обшивкой в восприятии местных сосредоточенных нагрузок выполняет роль тепло- и звукоизоляции.
Панели IV типа. Имеют сплошной средний слой но выполняются без ребер поэтому они характеризуются большой деформативностью. Обшивки воспринимают нормальные напряжения вызванные изгибающим моментом при этом в панели работающей по схеме простой балки верхняя обшивка сжата а нижняя — растянута.
МАТЕРИАЛ КОНСТРУКЦИЙ ПАНЕЛИ.
Продольные и поперечные ребра панелей изготовляют из древесины преимущественно хвойных пород не ниже 2 — го сорта. Пиломатериал должен удовлетворять требованиям ГОСТ 24454 — 86 ГОСТ 8486 — 86*.
В зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации влажность древесины составляет 9 15%.
Наружная и внутренняя обшивка панелей выполняются из строительной бакелизированной фанеры.
К строительной фанере относится клееная фанера (ГОСТ 3916— 86) марок ФСФ. ФК сортов не ниже ВВВ. К бакелизированной фанере относится фанера марок ФБС и ФБСВ.
Внешние слои фанеры называются рубашками внутренние — серединками. Марку фанеры определяют применяемые смолы (фенолоформальдегидными карбамидными) сорта фанеры определяют качеством древесины.
Фанера марок ФСФ ФБС и ФБСВ обладает повышенной водостойкостью.
Фанера марки ФК является средневодостойкой и рекомендуется для изготовления конструкций устанавливаемых внутри помещений. Клееная фанера имеет толщину (15 12) мм; формат листа 725х1220 725х1625 мм. 1625х1220 мм. 1525х1525 мм. 1825х1220 мм.
Плотность строительной фанеры следует принимать равной плотности древесины шпонов а бакелизированной — 1000 кгм3.
Синтетические клеи для изготовления элементов клееных деревянных конструкций делятся на группы учитывающие назначение клеев их свойства.
Древесины и древесины с фанерой древесноволокнистыми и древесностружечными плитами должны применяться клеи I — IV групп в зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации. Для склеивания фанеры с деревянными ребрами применяют водостойкие и средневодостойкие клеи.
Наиболее распространенными водостойкими клеями являются: алкилрезорциновые ФР—100; фенолоформальдегидные КБ—З ДФК—IАМ БфЖ-З01б СФХ; феноло-резорциновые ФРФ-5О; резорциновые ФР-12.
В защищенных от увлажнения панелях могут быть применены средневодостойкие клеи: карбамидные КФ-5 КФ-Ж КФ-БЖ и карбамидно-меламиновые КС-В-СК.
Прочность клеевого шва на скалывание должна быть больше прочности древесины на скалывание.
РАСЧЕТ 3- Х СЛОЙНОЙ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПАНЕЛИ.
1 Конструирование панели.
Конструктивное решение: трехслойная клеефанерная панель покрытия коробчатой формы. Принимаем длину и ширину панели 40 х 145 м. Каркас панели — древесина (сосна II сорта); обшивка — плоские листы фанера ФБС. Принимаем для верхней и нижней обшивки семислойную фанеру из лиственницы толщиной = 8 мм.
Ширину панелей по верхней и нижней поверхностям принимаем равной 1440 мм что обеспечивает зазор между панелями 10 мм.
В продольном направлении длина панели принимается 3980 мм при зазоре между панелями 20 мм.
Влажность внутреннего воздуха: 75%
Влажностный режим помещения: влажный.
Зона влажности: 3-сухая.
Температурно-влажностные условия эксплуатации конструкций: А2.
Расчетные сопротивления семислойной фанеры:
Rфс = 280 кгссм2 – расчетное сопротивление сжатию в плоскости листа.
Rфp = 320 кгссм2 – расчетное сопротивление растяжению в плоскости листа.
Rфи = 330 кгссм2 – расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа.
Rфи90 = 250 кгссм2 – расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа (поперек волокон наружных слоев).
Еф = 90000 кгссм2 – модуль упругости.
Еф90 = 60000 кгссм2 – модуль упругости поперек волокон наружных слоев.
2 Теплотехнический расчет.
Плита покрытия между слоем утеплителя и верхней обшивкой имеет пространство вентилируемое наружным воздухом поэтому в расчете учитываем только нижнюю фанерную обшивку и слой утеплителя.
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям:
где n = 1 – коэффициент принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (СНиП II-3-79*);
tв =18 оС – температура внутреннего воздуха в помещении;
tн = -20оС – расчетная зимняя температура наружного воздуха;
Δtн =08(tв - tр) – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;
tр – температура точки росы.
Находим температуру точки росы. Степень насыщения воздуха влагой определяют его относительной влажностью W:
где е – действительная упругость водяного пара в воздухе;
Е = 1627 мм.рт.ст (при tв = 18оС) – упругость водяного пара в воздухе;
е = ЕW = 1627 · 075 = 122025 мм.рт.ст.
Δtн =08(18 - 135) = 36 оС;
ав = 87 Втм2·оС – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций.
Найдем требуемое сопротивление теплопредаче ограждающих конструкций по условиям энергосбережения. Градусосутки отопительного периода:
ГСОП = (tв – tот.пер.)zот.пер. = (18 + 02)175 = 3185
где tот.пер. = - 02 оС – средняя температура отопительного периода;
zот.пер. = 175 сут. – продолжительность периода со средней суточной температурой водуха ниже или равной 8 оС.
Приведенное сопротивление теплопередаче для покрытий:
R0тр = 1637 м2·оС Вт.
Сравним два значения R0тр выберем наибольшее и подставим в фомулу.
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R0 не должно превышать требуемого значения:
где an = 23 Втм2·оС - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции;
Rк – термическое сопротивление ограждающей конструкции:
Термическое сопротивление Rк определяем как для многослойной конструкции: Rк = R1 +R2
где R1 и R2 – термическое сопротивление слоев ограждающей конструкции.
где 1 = 0008 м – толщина нижней обшивки плиты покрытия;
λ1 = 018 Втм·оС – коэффициент теплопроводности нижней обшивки плиты.
где 2 – толщина слоя утеплителя;
λ2 = 0052 Втм·оС – коэффициент теплопроводности утеплителя (маты минераловатные прошивные ГОСТ 21880-76).
Найдем толщину слоя утеплителя:
Толщину утеплителя принимаем равной 70 мм.
Толщину ребра панели принимаем 4 см ширину доски ребра с учетом острожки 114 см. Отсюда высота панели 13 см.
Построим график распределения температуры в ограждающей конструкции:
3. Расчет верхней обшивки на местный изгиб.
(Определение количества продольных ребер)
Расчетная нагрузка – сосредоточенная монтажная нагрузка Р = 100 кгс (1кН). Стыки листов вдоль обшивки устраиваются “на ус”. При длине стыка lус = 10ф ослабление фанеры стыком учитывается коэффициентом mф = 06.
Расстояние а между ребрами определим исходя из расчетного сопротивления фанеры изгибу поперек волокон для настилов при действии монтажной нагрузки:
где = 250 кгссм2 - расчетное сопротивление фанеры изгибу поперек шпона; mu = 12 - коэффициент условия работы учитывающий монтажную нагрузку. Шаг продольных ребер а принимаем равным 430 мм.
4. Сбор нагрузок на панель
Постоянная нагрузка:
Волнистый стальной настил
Руберойд кровельный прокладочный в один слой
Обшивка из ФБС (0008м + 0008м)·640 кгсм3
Каркас из древесины (поперечные и продольные ребра) 0132м3·500 кгсм3·017
Утеплитель (минераловатные плиты) 50 кгсм3 · 0007 м
Примечание: S = So где So = 120 кгсм2 = 1 (СНиП 2.01.07-85. " Нагрузки и воздействия”); S = 120 кгсм2 ·1= 120 кгсм2.
5. Определение внутренних усилий.
Нагрузки действующие на панель без учёта наклона панели:
qр = gр * B = 1533 кгсм2 145м = 2223 кгсм
qн = gн * B = 114 кгсм2 145 м = 1653 кгсм
6. Определение приведённых геометрических характеристик.
При определении приведённых моментов инерции и приведённых моментов сопротивления расчётную ширину обшивок следует принимать равной
где b = 1440 см — полная ширина сечения плиты;
= 40 м - пролёт плиты;
а = 43 см - расстояние между продольными рёбрами.
bрасч = 09 · 144 = 1296 см
Приведённая к фанере верхней обшивки площадь сечения панели:
где - толщина верхней обшивки;
- толщина нижней обшивки;
Еф = 90000 кгссм2 - модуль упругости фанеры;
Едр = 100000 кгссм2 - модуль упругости древесины;
d = 4 см - толщина ребра панели;
со = 114 см - высота ребра панели с учётом острожки;
n = 3 - количество рёбер.
Приведённый статический момент сечения относительно нижней плоскости:
Приведённый к фанере верхней обшивки момент инерции:
7. Проверка нижней обшивки на растяжение при изгибе.
mф = 06 – коэффициент учитывающий снижение расчётного сопротивления в стыках фанерной обшивки;
mв = 1 - коэффициент для условий эксплуатации А2;
коэффициент надёжности по назначению для зданий 2 класса ответственности;
8. Проверка верхней обшивки на сжатие и устойчивость при изгибе.
9. Проверка клеевых соединений фанеры на скалывание.
где - расчётное сопротивление скалыванию фанеры вдоль волокон наружных слоёв;
- расчётная ширина сечения (суммарной ширине ребер).
10. Проверка рёбер на скалывание.
где - расчётное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон;
11. Поверка прогиба панели.
где - предельный прогиб
- относительный прогиб: - условие выполняется.
12. Конструкция стыков панели.
При неравномерно приложенной нагрузке может произойти смещение продольных стыков панели относительно друг друга. Для предотвращения повреждения рулонного ковра продольные кромки стыкуются в четверть и сшиваются гвоздями.
Разрыв рулонного ковра может произойти и над стыками панелей в местах их опирания на главные несущие конструкции. Над опорой происходит поворот кромок панелей и раскрытие шва.
где hоп – высота панели на опоре;
φ – угол поворота опорной грани панели;
Для предупреждения разрыва рулонного ковра опорные стыки панелей необходимо устраивать с компенсаторами в виде отрезков стеклопластиковых волнистых листов толщиной 5 мм при волне 50х167 мм. Отрезки прибиваются гвоздями к опорным вкладышам и сверху покрываются рулонным ковром.
Такие компенсаторы создают каналы необходимые для вентиляции внутреннего пространства покрытия.
Компенсатор работая в пределах упругости материала должен допускать перемещение опорных частей панели связанные с поворотом торцевых кромок панелей и раскрытием швов.
Произведем расчет компенсатора при ашв = 0143 см.
Перемещение конца компенсатора при изгибе панели:
В этой формуле P·r - изгибающий момент в компенсаторе при его деформировании который выражается через напряжение:
Из этих выражений получим формулу для проверки нормальных напряжений в волнистом компенсаторе:
где ашв =0143 см – ширина раскрытия шва;
Ест = 30000 кгссм2 – модуль упругости полиэфирного стеклопластика;
ст = 05 см – толщина листа стеклопластика;
r = 5 см – высота волны;
Rст = 150 кгссм2 – расчетное сопротивление стеклопластика.
Условие прочности и жесткости панели выполняется. Запас по деформациям составляет 150 %. В целях экономного расхода материала панели можно уменьшить высоту сечения деревянных дощатых продольных ребер.
РАСЧЕТ ДВОЙНОГО ДОЩАТОГО НАСТИЛА
Режим эксплуатации здания - холодный
Ширина здания L (м) – 201 м
Шаг стропильных балок (несущих конструкций) В(м) – 57 м
Длина здания – (10 шагов * В) – 57 м
Класс ответственности зданий по СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия” - II класс здание без кранового оборудования.
Исходя из конструкции кровли проведем сбор нагрузок действующих на рабочий настил. Данные сведем в таблицу 2.
Наименование нагрузки
Рулонная кровля на мастике
Защитный слой (настил сплошной)
Рабочий слой (разреженный)
Монтажная (сосредоточенный груз)
Примечание: S = So где So = 120 кгсм2 = 1 (СНиП 2.01.07-85. "Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия”); S = 120 кгсм2·1 = 120 кгсм2
2. Определение расчетных усилий и геометрических характеристик сечения.
Шаг прогонов 15 принимаем из рекомендаций: [075 – 15] м
Расчет ведем на нормальную составляющую нагрузки при α = 20º.
Рабочий настил рассчитывается на следующие сочетания нагрузок:
а) постоянная + временная от снега (расчет на прочность и прогиб).
б) постоянная + временная монтажная (расчет только на прочность).
Расчетное значение нормальной составляющей для полосы 1 м условно вырезанной вдоль ската:
g(а)р = (gp + s) соs α · 1м = (2847 + 120) соs20º = 1396 кгм
Ма(мах) = g(а)р · l2 8 = 1396·(15)28 = 393 кг·м = 3930 кг·см
g( б)р = g ·соs α·1м = 2847·соs20º = 2676 кгм
Мб(мах) = 007·g(б)р·l2 + 021·Рр·l = 007·2676 · (15)2 + 021·120·15 = 4061 кг·см
Так как Ма Мб ведем расчет для Ммах = 4061 кг · см (из варианта б).
Проверки прогиба. Величина нормативной нагрузки:
g(б)н = (gн + sн) соs α · 1м = (254 + 70) соs20º = 897 кгм
Определим геометрические характеристики сечения рабочего настила толщиной 25 см.
где b = 100·05 где коэффициент 05 учитывает перераспределение нагрузки благодаря наличию сплошного защитного настила.
3. Проверка прочности и жесткости принятой конструкции настила.
Проверку прочности (I группа предельных состояний) осуществляем согласно формуле:
где - для лиственницы II сорта.
Условие прочности выполнено.
4. Проверка прогиба.
Для двухпролетной балочной схемы величина относительного прогиба определяется по формуле:
Принятая конструкция удовлетворяет требованиям II-ой группы предельных состояний.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
СНиП 11-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции. М.: Стройиздат. - 65 с.
Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. - М.: Высш. Школа 2008. - 302 с. ил.
Шишкин. В.Е. Деревянные конструкции. - М.: Стройиздат 2005. – 354 с.
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП 11-25-80) . М.: Стройиздат 1986.—216с.
СНиП 2.01 .07-85*. Нагрузки и воздействия.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Пятигорский государственный технологический университет
Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
«Конструкции из дерева и пластмасс»
Студент группы ПГС- 62 Преподаватель
Баркова Е.А. Курбатова Е.Г.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ПЯТИГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
на курсовую работу (проект)

Курсовой-КДП-готовый.dwg

Курсовой проект "Расчет 3-хслойной клеефанерной панели и двойного дощатого настила
Конструкция покрытия
Верхний пояс несущей конструкции
Досчатый настил утеплителя
Стык панелей на опоре
Стык панелей вдоль ската
Расчетная схема компенсатора
Конструкция клеефанерной панели М 1:20
Продольный нащельник.
Схема расчетного сечения панели покрытия
Расчетная схема верхней фанерной обшивки при действии монтажной нагрузки Р=1кН.
Расчетная схема клеефанерной панели
Расчетная схема настила при действии на него постоянной нагрузки и временной нагрузки от снега
Расчетная схема настила при действии на него постоянной нагрузки и временной монтажной нагрузки