Расчет деревянной конструкции склада из древесины и фанеры

rrrer.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»
Кафедра: Строительных конструкций водоснабжения и водоотведения
«Конструкции из дерева и пластмасс»
Пояснительная записка к расчетно-графической работе
Банщиков Сергей Дмитриевич
Ардеев Валерий Николаевич
Задание на проектирование3
Сбор снеговой нагрузки4
Расчет клеефанерной плиты6
6Расчёт геометрических характеристик9
7Проверка по первой группе предельных состояний.9
7.1Расчёт верхней фанерной обшивки на действие монтажных нагрузок.9
7.2Расчет на прочность нижней фанерной обшивки10
7.3Расчет на устойчивость верхней фанерной обшивки11
7.4Расчет на скалывание по клеевым швам фанеры11
8Проверка по второй группе предельных состояний.12
Дощатоклеенная стропильная балка13
1Расчет на прочность14
2Расчет на скалывание15
3Расчет на устойчивость плоской формы деформации:16
4Расчет по деформациям:16
Расчет опорной стойки17
Расчет опорного узла стойки21
Задание на проектирование
Необходимо запроектировать склад предназначенный для хранения штучных грузов. Ворота должны быть предусмотрены в торцовых и одной продольной стенках.
Помещение склада отапливаемое
Характеристики здания.
Шаг несущих конструкций – 6м
Место строительства – город Архангельск
Снеговой район IV -
Класс ответственности здания I - γn=1.
Тип конструкции кровли: Клеефанерная плита по стропильным балкам
Конструктивные особенности стропильной конструкции:
Дощато-клееная балка
Расчётные сопротивления
- Коэффициенты условий работы:
Класс условий эксплуатации 2 [3 табл. 1].
Расчетное сопротивление сжатию в плоскости листа вдоль волокон наружного слоя:
Rфсо= 18МПа [3 табл. 8]
Rфс =Rфсоmв=18МПа09=162МПа.
Расчетное сопротивление растяжению в плоскости листа вдоль волокон наружного слоя:
Rфро= 21МПа [3 табл. 8]
Коэффициент длительности прочности: mдл=066.
Rфр=Rфроmвmдл=21МПа09066= 1247МПа.
Расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа поперек волокон наружного слоя:
Rф(изг)о= 10МПа [3 табл. 8]
Rфи =Rф.(изг)оmв=10МПа09= 9МПа.
Модуль упругости древесины при расчете по предельным состояниям второй группы следует принимать равным: вдоль волоконEд0=10000 МПа.
Модуль упругости фанеры клееной березовой вдоль волокон наружных слоев Eф0=9000 МПа.
Модули упругости фанеры и древесины для конструкций находящихся в различных условиях эксплуатации подвергающихся воздействию повышенной температуры совместному воздействию постоянной и временной длительной нагрузок следует определять умножением E на коэффициенты mв mД.
Eд=Eд0mв =1000009= 9000МПа.
Eф= Eф0mв =900009= 8100МПа.
Сбор снеговой нагрузки
Вес снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли в Архангельске . Принимаю для расчета снеговой нагрузки тип местности B - городские территории лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями высотой более 10м. Уклон кровли принимаю равным 1:10 или 2°51.
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия:
ce - коэфициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов.
- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.
Эквивалентная высота ze для зданий у которых h≤d равна высоте здания
где h - высота здания от поверхности земли d - размер здания в направлении перпендикулярном направлению ветра [2 11.1.5]. Приблизительная высота здания с более высокой продольной стороны то есть в направлении сдувания снега с односкатной кровли равна ze=35м.
Коэффициент k(ze) [2 табл. 11.2] на высоте ≤5м: k(≤5м)=05.
Коэффициент α=02 [2 табл. 11.3].
k(35м)=k10(ze10)2α= 065(3510)2*02= 043
=1 для покрытий с уклоном менее 30 [2 прил Г].
Нормативная нагрузка: = 077*1*20= 154кПа
Коэффициент надежности по снеговой нагрузке =14 [2 10.12]
Расчетная снеговая нагрузка: = *= 15414= 2156 кПа
Расчет клеефанерной плиты
В проекте принимается гидроизоляция ХПП (на основе стеклохолста с защитной пленкой). Размер рулона 1×15м вес рулона Pн=45кгс.[5]
Площадь рулона Aг=115=15м2
Нормативная нагрузка от гидроизоляции. (Поверхностная нагрузка от гидроизоляцию на горизонтальную поверхность и на кровлю с уклоном 120 приблизительно равны).
pн= Pн Aг= 04515 = 0117кНм2
В качестве теплоизоляционного материала в проекте принята минеральная вата на каменной основе «ROCKWOOL»
рис.2. а) Поперечный разрез клеефанерной плиты.
б)Схема расположения ребер в плите
Архитектурный габарит в плане - 6000×1500мм (шаг колонн и стропильных балок B=6м по заданию) конструктивный габарит в плане 5980×1498мм. Доски принимаю по ГОСТ 24454-80 высотой 125мм что после строжки верхней и нижней поверхности на 3мм для склеивания с фанерными обшивками составляет 119мм. Ширина сечения продольных ребер 32мм крайние продольные ребра строгаем по наружной грани на 2 мм для приклеивания брусков после чего ширина крайних продольных ребер составляет 30мм. Поперечные ребра принимаю шириной 25мм. Толщина верхней и нижней фанерных обшивок - по 12мм. Т.к. в сортаменте пиломатериала нет брусков подходящего сечения то для брусков соединяющих плиты между собой принимаем доски сечением 125×44мм которые строгаем по склеиваем плоскостям и продольно распиливаем. Поперечное сечение брусков после распила и строжки - 59×42мм.
Для изготовления клеефанерной плиты принимаю фанеру марки ФСФ на фенолформальдегидных смолах[1].
Толщина листа фанеры =12мм=0012м
Ширина листов: b=1498м.
Длина плиты (длина фанеры продольных ребер монтажных брусков): l=4980м.
Объем фанеры: V=2(bl)=20.0121498498=0.179041м3.
Плотность березы ρб=700кгм3 [1 табл.4] при условиях эксплуатации 2 [3 табл.1].
Нормативная нагрузка:
pн=Vρбg(Bb)=0.179041700981(615)=163.9299396Нм=016393кНм2.
Коэффициент надежности по нагрузке для древесины: γf=11.
Расчетная нагрузка: pр= pнγf= 01639311=0.18033кНм2
Принимаю 4 продольных ребра т.к. расстояние между продольными ребрами не должно превышать 05м.
Ширины сечений: b=0032м b1=0030м.
Высота сечения (продольных и поперечных ребер): h=0119м.
Объем продольных ребер:
V=(2b+2b1)hl=2(0032+003)0119498=0.07348488м3
Плотность сосны ρп=500кгм3 [1 табл.4] при условиях эксплуатации 2 [3 табл.1].
pн=Vρпg(Bb)=008824500981(515)=48059Нм=0048059кНм2.
Расчетная погонная нагрузка: pр= pнγf= 004805911= 00529кНм2.
Ширина сечения: b=0025м.
Длина участка поперечного ребра l0=0444м. Длина всего разрезного поперечного ребра l=l03=04443=1332м. Поперечных ребер принимаю 4 штуки т.к. расстояние между поперечными ребрами не должно превышать 15м.
Объем поперечных ребер: V=4bhl=4002501191332=0015851м3.
pн=Vρпg(Bb)= 0015851500981(615)=10366Нм=0010366кНм2.
Расчетная нагрузка: pр=pнγf =0010368кНм 11=00114031кНм2.
Ширина сечения: b=0042м.
Высота сечения: h=0059м.
Объем брусков: V=2(bhl)=200420059598=0029637м3.
Нормативная нагрузка:
pн=Vlρпg(Bb)=0029637500981(515)=1938Нм=001938кНм2.
Расчетная нагрузка: pр=pнγf =00134511=0021321кНм2.
Нагрузки на 1 м2 покрытия
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Расчетная нагрузка кНм2
7Расчёт геометрических характеристик
Рис. 3 Схема расчётного сечения плиты на поперечный изгиб
b=149809=1348см - расчетная ширина фанеры;
h= 143см - высота сечения;
= 12см - толщина фанеры;
bр=124см - суммарная ширина продольных ребер;
hр=119см - высота продольных ребер.
Площадь поперечного сечения одной фанерной обшивки:
Aф=b=121348=16176см2
Осевой момент инерции приведенный к фанере:
IIпрф=2[+Aф]+=2[+16176]+ =15 85345см4=158534510-4 м4.
Осевой момент сопротивления сечения изгибу приведенный к фанере:
Wпрф= == 1287266см3= 128726610-3 м3.
Расчетный пролет плиты равен длине панели уменьшенной на 1%:
8Проверка по первой группе предельных состояний.
8.1Расчёт верхней фанерной обшивки на действие монтажных нагрузок.
Расчетная схема верхней фанерной обшивки на воздействие монтажной нагрузки представляет собой жестко защемленную однопролетную балку с вертикальной сосредоточенной нагрузкой в середине пролета (вес монтажника с инструментом - Pм=12кН).
Расчетный пролет балки равен шагу продольных ребер:
Рис.4. Расчетная схема и эпюра моментов верхней фанерной обшивки на монтажные нагрузки.
Осевой момент сопротивления сечения изгибу определяется как для балки прямоугольного сечения: W=с 26 где
=0012м - толщина фанеры;
с - расстояние между поперечными ребрами если оно не превышает 1м если расстояние между поперечными ребрами более 1м то с=1м.
W=с 26=1001226= 09710-5м3.
Максимальные нормальные напряжения:
=MW=0071409710-5=7375кПа=7375МПаRф(изг.)=9МПа-фанерная обшивка удовлетворяет требованиям прочности по монтажной нагрузке.
8.2Расчет на прочность нижней фанерной обшивки
Расчетная схема плиты на поперечных изгиб представляет собой однопролетную шарнирную балку с равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса веса кровельных материалов и веса снега.
Расчетная погонная нагрузка: q=pb=208615=313кНм;
Максимальный изгибающий момент в середине пролета:
M=ql28=3135.9228=1371кН*м.
Рис.5. Расчетная схема и эпюра моментов плиты на поперечный изгиб
Rфрkф=124706= 7482МПа
=MWпрф=1014(1287266103)=746МПаRфрkф=124706=7482МПа - нижняя фанерная обшивка ослабленная стыком удовлетворяет требованиям прочности на растяжение.
kф=06 – коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки. [3 табл.12].
8.3Расчет на устойчивость верхней фанерной обшивки
Отношение расстояния между продольными ребрами к толщине фанеры:
a=0444м0012м=3750 тогда формула для коэффициента устойчивости:
M(Wпрфφ)=φ=1014138726610-302736=1506 МПаRфс =162 МПа - верхняя фанерная обшивка удовлетворяет требованиям устойчивости при сжатии.
8.4Расчет на скалывание по клеевым швам фанеры
Разрушение происходит в зоне контакта - по фанере.
Максимальная поперечная сила на опоре:Q=ql2=23144932=57кН.
Статический момент фанеры:
S= Aф= 16176= =105953см3=10595310-3м3
Рис.6.Расчетная схема и эпюра поперечных сил плиты
Максимальные касательные напряжения:
= = = 498011кПа 05МПа = 06МПа - фанерная обшивка не откалывается от деревянного каркаса.
Rфск-расчетное сопротивление фанеры скалыванию [3табл.8]
9Проверка по второй группе предельных состояний.
Нормативная погонная нагрузка на плиту: qн=pнb=885915=132885Нм;
Осевой момент инерции приведенный к фанере: I=158534510-4 м4;
Модуль упругости фанеры: E=6480106Па;
Предельно допустимый относительный прогиб: [fl]=1250
Максимально допустимый прогиб: [f]= l250= 5930250 = 2372мм
Максимальный прогиб плиты:
f= == 01654 м=1654мм
- прогиб плиты не превышает предельно допустимого значения.
Дощатоклеенная стропильная балка
Необходимо спроектировать двускатную прямолинейную клеедощатую балку покрытия склада штучных материалов в городе Архангеске. Материал – сосновые доски второго сорта толщиной 33 мм. Пролёт балки 12м шаг 6м уклон 1:10.
Рис. 7 Расчётная схема балки
Определяем расчетную нагрузку на 1 м2 плана покрытия:
Принимая коэффициент собственного веса Ксв=5 определяем собственный вес балки:
При расстоянии между балками B = 6 м нагрузка на 1 п.м. балки:
Поперечное сечение проектируем прямоугольным
Высота балки в середине пролета: h=l12=120012=100см (l = 12м - пролет склада). Балку составляем из досок толщиной после двух сторонней обработки – 33мм. В середине пролета балку собираем из 31 досок.
H =31 * 33 = 1023см - высота балки в середине пролета.
Высота балки на опоре:
Где: h - высота балки в середине пролета
i - уклон балки (i=1:10)
Минимальная ширина сечения балки:
Где: h - Высота балки в середине пролета
Назначаем ширину досок заготовок 125 мм после обработки bрасч=115мм.
Материал:сосна1-ой сорт влажность:10%-12%. В середине пролета балку собираем из 31 доски.
1 Расчет на прочность
Расстояние от оси опоры балки до наиболее напряженного сечения при работе на изгиб:
Изгибающий момент в опасном сечении:
Где: gр – расчетная нагрузка с учетом веса балки
х - расстояние от оси опоры балки до наиболее напряженного сечения при работе на изгиб
Максимальный момент:
Высота балки в расчетном сечении:
Момент сопротивления расчетного сечения:
Где: mб=085 - коэффициент условий работы для балки высотой 1023 см [3табл.10].
hx - высота балки в расчетном сечении
Wx – момент сопротивления приведенного сечения
Rи=210 – расчетное сопротивление изгибу древесины 1 сорта[3табл.3].
mсл – коэффициент условий работы учитывающий повышение несущей способности[3табл.11].
mдл – коэффициент учитывающий усталостные свойства древесины[3табл.4].
2Расчет на скалывание
Поперечная сила на опоре:
Прочность на скалывание:
Q - поперечная сила на опоре
bрасч – расчетная ширина скалывания принимаемая равной 06 полной ширины шва
ho – высота балки на опоре
Rск – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе [3табл.3]
3Расчет на устойчивость плоской формы деформации:
Коэффициент устойчивости:
Момент сопротивления сечения:
Напряжения от действия изгибающего момента:
4Расчет по деформациям:
Момент инерции в середине пролета:
Коэффициент учитывающий переменность сечения:
Относительный прогиб балки:
Предельно допустимый относительный прогиб:
Предельно допустимый прогиб:
[f]=L[fL]=1200250=48см.
Расчет опорной стойки
Необходимо запроектировать дощато-клеёные стойки двухшарнирной рамы складского здания в Архангельске. Материал – сосновые доски второго и третьего сортов толщиной 24 мм. Условие эксплуатации – А2 класс ответственности здания I γn=1. Высота стоек 35 м шаг – 6м ригель – дощато-клееная балка пролётом L=112м.
Постоянные расчетные нагрузки на 1 м2 горизонтальной проекции:
- От ограждающих конструкций – gогр = 048 кНм2
- От собственного веса ригеля - gсв= 0101 кНм2
Временная снеговая расчетная нагрузка: S0=151 кНм2 =1 γf=1.6
Определение вертикальных расчетных нагрузок на стойку:
L = 12 м - пролет балки;
С = 05 м - расчет карнизной зоны;
-Временные снеговые.
~35 м тип местности - B К = 05 Се = +08 Сез =- 0.6
Высота балки на опоре hоп = 0423м толщина плит покрытия – 0116 м таким образом высота шатровой зоны будет:
hш = 0423 + 0116 = 0539 м.
Горизонтальные расчетные ветровые нагрузки:
- нормативное значение ветрового давления
К - коэффициент учитывающий изменение ветрового давления для высоты 35 м
Се Сез - аэродинамические коэффициенты (СП 20.13330.2016)
Рис.8 Расчетная схема поперечника
Рис.9 Силовые воздействия на стойки
Изгибная жесткость ригеля клеедощатой балки ЕIр во много раз больше жесткости стойки ЕIс что дает основание с достаточной точностью принять равными нулю изгибающие моменты в стойках от действия вертикальных нагрузок на ригель.
При действии горизонтальных ветровых нагрузок рама остается единожды статически неопределимой с неизвестным усилием в ригеле H=X.
Где: hст- Высота стойки
Вертикальную нагрузку от веса стены передаем на фундамент. Определим ориентировочно собственный вес стойки при сечении b*h = 20*40 см2 γf=11
Расчетные вертикальные усилия на стойку:
-постоянное - + 154 = 2942 кН
Вычисляем максимальные значения моментов для левой и правой стоек:
Определим приближенно требуемое значение момента сопротивления сечения стойки из плоскости из условия:
M - расчетный изгибающий момент
- коэффициент учитывающий дополнительные напряжения от продольной оси и гибкость стойки
Rи =15 МПа- расчетное сопротивление изгибу (CП 64.13330.2017)
Откуда требуемая высота сечения:
Исходя из предельной гибкости [λ]=120 [3табл.16] высота сечения определяется условием
Проверим сечение b * H = 17 * 25 см2
Уточняем значение расчетного сопротивления:
mт=1(CП 64.13330.2017 п.6.9б)
mв=09 (CП 64.13330.2017 табл.9)
mд=066 (CП 64.13330.2017 табл.4)
=- коэффициент продольного изгиба
x= Np = Ррп + Ррвр = 263 + 624 = 887 кН =2
Напряжение по торцу стойки без учета ослаблений приопорной зоны:
Марка бетона фундамента под стойку должна быть не ниже 8 МПа. Ширина приопорного сечения стойки может быть ослаблена отверстиями для болтов. Это ослабление составляет ~ 20 % и таким образом максимальное напряжение в опорном сечении стойки ожидается.
. - Условие выполнено.
Расчет опорного узла стойки
Проектируем опорный узел стойки с накладками на болтах. Рассмотрим прикрепление стойки к фундаменту с помощью четырех тяжей траверс и парных накладок на болтах.
Рис. 10 Конструкция и напряженное состояние опорного узла
Максимальное усилие в анкерных болтах:
Минимальне усилие сжатия (без временной нагрузки)
Мнимое напряжение растяжения – отрыва:
Зона смятия по подошве фундамента
Принимаем парные накладки сечением a×b = 65×170мм. Полагаем что анкерные болты расположены по линии середины толщины накладок а=65 мм.
Усилие растяжения в двух анкерных тяжах:
Тогда 05 * 6.5 + (25 – 1415 3) = 2353 cм
Подбираем сечение анкерных тяжей из условия:
Rp=210 МПа m0=0.8 mк=08 (СП 64.13330.2017)
Площадь сечения брутто и диаметр тяжей:
Принимаем тяжи d=27 мм по ГОСТ 7798-20*
Двухконсольные упоры на торцах накладок выполняем из швеллеров
Изгибающий момент в траверсах-упорах:
Требуемый момент сопротивления
Рис.11 Поперечное сечение к расчету упорной двухконсольной траверсы
Определим количество горизонтальных «односрезных» болтов при двухрядной расстановке. Из условия расстановки по ширине элемента диаметр болтов должен быть
Dmax=l95=1795=1.79 см
Принимаем диаметр d = 16 мм
Несущая способность болта на 1 «срез»:
Требуемое количество горизонтальных болтов
Расстояние между болтами вдоль накладок:
Ардеев Валерий Николаевич. Конструкции из дерева и пластмасс: методические указания к расчётно-графической работе [Электронный ресурс]: для студентов направления подготовки 270800.62 «Строительство» очной и заочной формы обучения В. Н. Ардеев – Кемерово : КузГТУ 2016.
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*
СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80
Серов Е.Н. Проектирование деревянных конструкций: учеб. Пособие Е.Н. Серов Ю.Д. Санников А.Е. Серов; под ред. Е.Н. Серова; - М: Издательство АСВ 2011

kdip_recover.dwg

Поперечный разрез 1-1
Утеплитель - миниральноватная плита
Пароизоляция - изоспан
фанера ФСФ сорт ВВВ б=12мм
Все деревянные конструкции выполнены из сосны 2 сорта влажностью 8-12%. 2. Условия эксплуатации:относительная влажность воздуха 65%
влажность клееной древесины 12% 3. Для склеевания заготовок блока по длинне по всему сечению применяется клей ФР-100 4. Конструкции из дерева обрабатываются антисептиком-паста М-100 и антипиреном ББК-2
огнезащита-обработка эмалью ХВ-5169(ТУ 6-10-745-75).
Спецификация древесины на балку
Загатовочный блок для Б-1
Скыт досок пакета по длинне
-17 2 33х140 12000 9 0
-27 2 33х140 16000 9 0
-54 2 33х140 18000 27 0
КузГТУ ФНПС 270102-053052 КР1
Кафедра СК группа СП-051
Каркас одноэтажного склада штучных материалов
Проект одноэтажного склада штучных материалов г. Архангельск
Заготовочный блок Б-1
Дощатоклееная балка Б-1
Клеефанерная плита покрытия П-1
Фанера ФСФ сорт ВВВ б=12мм
Гидроизоляционный слой
Фундамент столбчатый
Фундамент столбчатый
Стыкование досок пакета по длине
Спецификация древесины для Б-1
Таблица отправочных марок древесины
Таблица отправочных марок стали
Класс эксплуатации здания - 2; 2. Порода древисины - сосна ; 3. Влажность древесины 10±2%; 4. Элементы клеедощатой балки склеивают фенольным водостойким клеем марки КБ-3(ТУ 6-05-930-73)
учитывая возможность увлажнения балки при транспортировке и непосредственном монтаже; 6.Конструкции из дерева обрабатываются антисептиком-паста М-100 и антипиреном ББК-2
огнезащита-обработка эмалью ХВ-5169(ТУ 6-10-745-75). 5. Болты нормальной точности М24 из стали 5.8 по ГОСТ 22356-77;
Заготовительный блок для изготовления балки
Спецификация древесины для изготовления Б-1
КузГТУ-СИ-08.03.01-163003-РГР
Конструкции из дерева и пластмасс
Склад штучных материалов в городе
Заготовительный блок для Б-1
Экспликация помещений
Температурно-влажностные условия эксплуатации здания Б-2. 2.Все деревянные конструкции выполнены из сосны 2 сорта влажностью 8-12%. 3.Условия эксплуатации:относительная влажность воздуха 65%
Конструкции из дерева обрабатываются антисептиком-паста М-100 и антипиреном ББК-2
огнезащита-обработка эмалью ХВ-5169(ТУ 6-10-745-75).
Стальные элементы выполнены из стали С245 ГОСТ 27772-88. 6.Стальные элементы окрашиваются эмалью МК ПФ-115. 7.Сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08Г2С по ГОСТ8713-79 8.Тип гвоздей-строительные проволочные круглые. 9.Для кровли используются рулонное покрытие в 3 слоя
Схема связей по оси "А
Схема горизонтальных связей покпытия
Таблица отправочных марок
КузГТУ-СИ-08.03.01-163018-РГР
план покрытия и связей
Склад штучных материалов в городе Волгограде
план покрытия и связей
Кафедра СКВиВ Группа СПб-161 2018 год
Кафедра СКВиВ Группа СПб-161 2018 год