Однопролетное производственное здание в г. Санкт-Петербург

Der_konstruktsii_1.dwg

Склейка элементов колонны и фермы производится на
Защита от загнивания-пропитка фтористым натрием.
Защита от возгорания-пропитка препаратом ББ-II
Защита то коррозии стальных элементов-окраска
кузбасслаком за 2 раза.
фенолформальдегидном клее марки КБ-3 по ГОСТ 20.90.7-75
Геометрическая схема
Конструктивные узлы
План здания на отметке 0.300
План монтажных элементов М 1:200
Применяемые материалы для защиты древесины
Спецификация деревянных элементов на одну марку
Спецификация на металлоизделия
Болты крепления 20х140
Болт шпилька 20х140
Прокат стальной l=370
Однопролетное производственное здание
геометрическая схема

Derevo.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И. КАНТА
Однопролетное производственное здание
по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»
Пояснительная записка
Работу выполнили Работа защищена с
по направлению «Строительство» (подпись)
Геометрический расчет конструкции фермы
Расчет покрытия здания
Расчет и конструирование фермы
Подбор сечения элементов фермы
Расчёт и конструирование основной стойки каркаса
Расчет и конструирование крепления стойки к фундаменту
Защита конструкций от гниения возгорания
Защита от загнивания
Защита от возгорания
Наименование объекта - однопролетное производственное здание.
- длина здания (11*В) 638 м;
Район строительства - г. Санкт-Петербург.
- расчетная нагрузка от веса снегового покрова -16 кНм2
- нормативная нагрузка от напора скоростного ветра - 030 кНм2
Тепловой режим здания -теплый.
Сечение стоек каркаса - сплошная дощато-клееная стойка.
Тип конструкции покрытия - прогонное покрытие.
Деревянные элементы кровли выполняются из хвойных пород древесины влажностью не более 20%.
Для изготовления несущих стропильных конструкций применяются пиломатериалы хвойных пород по ГОСТ 8486-86. Древесина не ниже 2-ого сорта с расчетными характеристиками по СНиП II-25-80.
Рис. 1. Конструктивная схема
Геометрический расчет заключается в определении длин осей всех стержней фермы и углов их наклона к горизонтальной проекции и между собой в узлах
Принимаем конструктивную схему покрытия фермы согласно рис.1.
Расчетный пролет фермы .
Расчетная высота фермы в коньке принимается как
Уклон верхнего пояса .
Геометрические размеры элементов фермы без учета строительного подъема:
- размеры панелей нижнего пояса
- длина верхнего пояса
- размеры панелей верхнего пояса
В проектируемом здании принято теплое прогонное покрытие.
Принимаю конструкцию покрытия с кровлей из стали.
-Балка (прогон); 2-стропильная нога; 3- уголок; 4- обрешетка; 5- пароизоляция; 6-утеплитель; 7-гидроизоляция; 8- кровельная сталь.
Угол наклона кровли α = 1825’; cos α =0949.
Нор-матив-ная нагруз-ка
Коэф. Надеж-ности по нагруз-ке
Расчет-ная нагруз-ка
Нагрузка от веса крыши
) вес стальной кровли
) вес обрешетки 50х50
) вес стропильных ног 50х100
)вес утеплителя минеральная вата (ρ=25 кгм3) толщиной 100 мм
Расчётная снеговая нагрузка
где – вес снегового покрова горизонтальной поверхности земли принимаемый по СНиП 2.01.07-85*(прил.3табл.4 п.5.2.)
- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к
снеговой нагрузке на покрытие с учётом очертания его поверх-ности принимаемый в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85* (табл. 4 п. 5.3-5.6. прил. 4) при ;
Нормативная снеговая нагрузка определять умножением расчетного значения на коэффициент 07 СНиП 2.01.07-85*(п. 5.7*.)
где – расчётная снеговая нагрузка.
Расчет настила на первое сочетание расчетных нагрузок
Нормальная составляющая действующей нагрузки на полосу настила шириной 1 м равна
q= (g+ scos α)cos α =(18+130·0949)·0949= 13416 кгсм;
q= (211+1811·0949)·0949= 18312 кгсм
где q q- нормативная и расчетная нагрузки.
Настил рассчитываем как двухпролетную балку. Пролеты настила равны 20 м т.е. расстоянию между осями прогонов.
Максимальный изгибающий момент на средней опоре М=0125ql=0125·18312·2= 9156 кгс·м.
Напряжение = МW= 9156·1008333 = 1098808кгссм где W=5·106 = 8333 см.
=10988 кгссм R·m γ = 130·115095= 15737кгссм.
γ- коэффициент надежности по назначению здания.
Проверяем относительный прогиб настила по формуле
fl = 213ql(384EI) = 213·130·10·200 (384·10·41667) = 00014 [1(150·095)] =0007.
Здесь I = 5·1012 = 41667 см; Е = 10 кгссм; [fl] = 1150 – предельный прогиб настила.
Расчет настила на второе сочетание расчетных нагрузок
Расчетное значение монтажной нагрузки Р = 100·12 = 120 кгс.
Принимаем что на 1 м приходится две сосредоточенные нагрузки Р = 120 кгс.
Нагрузка от собственного веса настила согласно табл. 1
g = 211·0949 = 2002 кгсм.
Максимальный изгибающий момент в пролете под монтажной нагрузкой найдем по формуле:
М = 007gl+ 0207Pl = 007·211·2+ 0207·240·2 = 105268 кгс·м.
= МW= 105268·1008333 = 12633 кгссм R·m·m γ=
0·115·12095 = 18884 кгссм где m- коэффициент породы (табл. 4 [1]); m- коэффициент учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки (табл. 6 [1]).
Принимаем прогон неразрезным спаренным из досок. Прогон рассчитываем как многопролетную неразрезную шарнирно опертую балку. Пролеты прогона принимаем равными по всей длине шагу несущих конструкций по 5.8 м (см. рис. 2).
Рис.2. Многопролетный прогон из спаренных досок
Нагрузка от покрытия приведена в табл. 1 и составляет на 1 пог.м прогона
gн = 18·2 = 36 кгсм; q = 211·2 = 422кгсм.
Предварительно задаемся значением собственного веса прогона (кгсм): g = 10; gсв = 11.
Снеговая нагрузка (см. табл. 1)
s = 112·2 = 224 кгсм; s = 160·2 = 320 кгсм.
Рис.3. Расчетная схема
Нормальная составляющая действующей нагрузки на грузовую полосу шириной 2 м (кгсм):
q = (36 + 10 + 224·0949)·0949 = 24539;
qx = (422 + 11 + 320·0949)·0949 = 33868.
Расчетный изгибающий опорный момент определяем по формуле
М = qxl 212 = 33868·5.812 =949433 кгс·м.
По сортаменту пиломатериалов хвойных пород задаемся сечением из двух досок размером 50х225 мм при Wx = 843.75см3.
= MW = 949433·100843.75 = 11253 кгссм2 Rи γ= 130095 = 13684 кгссм2.
Крайние пролеты прогона усиливаем третьей доской того же сечения.
Относительный прогиб в крайнем пролете прогона
fl = 25ql(384EI) = 25·24539·10·580 (384·10·10000) = 00031 [1(200·095)] =00053.
где I - момент инерции сечения прогона в крайнем пролете равный 3·5·20312 = 10000 см4.
Произведем расчет гвоздевого стыка прогонов. Принимаем гвозди диаметром 4 мм и длиной 100 мм. На рис. 4 показано размещение стыков досок парных дощатых прогонов. По длине доски соединяем гвоздями в шахматном порядке через 500 мм.
Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины S= 15d = 15·04 = 6 см. Толщины элементов прогона а = 5 см; а= 5 - 15·04 = 44 см; Хгв = 021l - 15d = 021·580 – 15·04 = 115.8 см.
Расчетная несущая способность гвоздя в несимметричном односрезном соединении определяем по формулам:
Тс = 035cd = 035·5·04 = 07 кН = 70 кг;
Та = kа1d= 037·44·04 = 065 кН = 65 кг;
Ти = 25d + 001а = 25·042 + 001·442 = 059 кН = 59 кг
где кн = 037 при а1с = 445 = 088.
Количество гвоздей nгв в конце каждой доски на полустыке равно
пгв = М(2XгвTиγ) = 949.433·100(2·115.8·59·095) = 7 шт.
Рис.4. Гвоздевой стык прогона
1. Статический расчет
Сбор нагрузок начинают с определения их величин на 1 м2
горизонтальной проекции покрытия.
a) нормативная постоянная нагрузка от веса покрытия
где - вес 1 м2 покрытия ;
- длина оси верхнего пояса или поверхности несущей
– пролёт несущей конструкции .
б) расчётная снеговая нагрузка
г) нормативная нагрузка от собственного веса несущей конструкции
где – постоянная нормативная и снеговая расчётная нагрузки;
– коэффициент собственного веса несущей конструкции .
Сбор нагрузок на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия сводим в таблицу (табл. 2):
Собственный вес несущей конструкции
Расчетная нагрузка на 1 м фермы:
Учитывая возможную технологическую нагрузку принимаем
Определяем суммарную нагрузку:
Определяем расчётную узловую нагрузку для данной фермы:
Усилия в стержнях фермы находим построив диаграмму усилий от единичной узловой нагрузки на левой половине фермы (рис. 3). При этом опорные реакции определяются по формуле:
Продольные усилия N в стержнях фермы изображенной на рисунке определяем методом вырезания узлов. Вырезание узлов начнем с узла Б так как в нем сходятся всего два стержня и усилия в них определяются из рассмотрения равновесия этого узла.
NАВ =(-RA-NАБ)cos α3=
=(-2.2+0.475) cos 550=-3.02кН
NАЕ=-NАВ* cos α2=-(-302)*cos350=
a4=390; a5=560; a6=550; a7=300
-NАВ*cos α6-NВЕ*cos α5-Р2*cos 50 =0
NВЕ=(- NАВ*cos α6– Р2*cos50)cos α5 = =(3.02*cos550-0.975*cos50)cos560=
-NВЕ*cos α4-NАВ*cos α7+NВГ –
NВГ =NВЕ*cos α4+NАВ*cos α7+Р2*cos50=
=136* cos390+(-302)* cos300+
+0975*cos50=-0588 кН
- NВГ* cos50 + NГД* cos50=0
NГД=NВГ* cos50 cos50=0588кН
a9=400; a10=500; a11=550; a12=350
NЕВ*cos α11-NЕД*cos α10+ NЕГ=0
NЕД=(-NЕВ*cos α11- NЕГ) cos α10=
=(-136* cos 550+1) cos 500=0342кН
NЕВ*cos α12+NЕД*cos α9+NЕЕ1- NЕА=0
NЕЕ1=-NЕВ*cos α12-NЕД*cos α9+NЕА=
=-136*cos 350-0342*cos 400+247=109 кН
Продольные усилия от снеговой нагрузки на правом полупролёте принимаем согласно усилиям в стержнях незагруженной половины фермы. Полученные результаты вносим в таблицу для определения расчетных усилий при соответствующих сочетаниях нагрузок.
Назначаем сечение бруса верхнего пояса и проверяем его прочность и устойчивость на сжатие и изгиб.
Находим изгибающие моменты в верхнем поясе (рис. 3).
Гибкость пояса в плоскости действия изгибающего момента
С учетом ослабления одним горизонтально расположенным болтом
Момент сопротивления
С учетом ослабления одним горизонтально расположенным болтом .
Проверку пояса из плоскости фермы не производим так как он закреплен от потери устойчивости плитами покрытия.
Нижний пояс. Сечение пояса проектируем из двух равнобоких уголков. Требуемая площадь сечения
Принимаем: нижний пояс из 263х5
Раскосы. Сечение центрально сжатых опорных раскосов АВ и А1В1 принимаем из клееных брусьев 200х200 мм и проверяем на продольный изгиб пи гибкости стержня:
так как то (по прил. 24 Иванов В.А. (стр. 384)).
Проверка устойчивости раскоса:
Сечение раскосов ДЕ и Д1Е1 в которых могут быть знакопеременные усилия принимаем из брусьев 150х150 мм
Проверяем сечение на продольный изгиб при
так как (по прил. 24 Иванов В.А. (стр. 384)).
Раскос ВЕ (В1Е1) – растянутый. Принимаем его 250х5 Напряжение растяжения
Стойки. Стойки принимаем из брусьев 130х130 мм Проверяем сечение на продольный изгиб при
Усилие от единичной узловой нагрузки Р=1
Усилия от постоянной узловой нагрузки по G=800 кгс по всему пролету
Усилия от единичной узловой нагрузки Р=7272.8 кгс
Расчетные усилия кгс
На всем протяжении пролета
2. Конструирование и расчет узловых сопряжений
Опорный узел. Деревянная стойка АБ и раскос АВ упираются в сварной стальной башмак. Размеры опорной плиты назначаем конструктивно: 150х300 мм
Определяем напряжение смятия под опорной плитой:
Толщину опорной плиты определяем из расчета ее на изгиб. Изгибающие моменты в плите (для полосы шириной 1 м):
В пролете плиты с учетом разгружающего влияния опорной стойки
на консольном участке
Требуемую толщину плиты для каждого участка (с учетом пластичности) находим по формул:
для среднего участка плиты
для консольного участка
Принимаем толщину плиты 10 мм учитывая что на консольном участке совместно с ней работает на изгиб горизонтальная полка уголка нижнего пояса толщиной 5 мм.
Наклонную стальную плиту башмака укрепляем ребрами жесткости из полосы. Размеры плиты 180х180 мм принимаем соответствующими сечению опорного раскоса. При этом на плиту будут передаваться нагрузка
Изгибающие моменты в плите шириной 1 см принимаем как:
Требуемая толщина плиты (с учетом пластичности):
Проверяем так же прочность листа на изгиб в перпендикулярном направлении рассчитывая его как балку таврового сечения пролетом 14 см шириной 66 мм с ребром 60х6 мм. Определяем изгибающий момент в заданном направлении:
Требуемый момент сопротивления балки (с учетом пластичности) определяем по формуле:
Для принятого сечения момент сопротивления определяем по формуле:
см4 – принятое значение момента инерции;
см – принятое расстояние от центра тяжести до наиболее
Узел В. Элементы сходящиеся в узле соединяются при помощи металлической вставки. Верхний пояс упирается в стальной лист толщиной 10 мм усиленный ребрами жесткости. Расчет прочности листа не проводится.
Усилие от опорного раскоса передается на узловую вставку по средствам двух уголков 63х5 мм. Прочность уголков достаточна так как усилие в опорном раскосе меньше усилия в нижнем поясе составленном из тех же уголков.
Длину сварных швов прикрепляющих уголки к фасонкам вставки назначаем: у пера – 130 мм у обшивки - 120 мм. Высота швов соответственно 4 и 5 мм. Проверяем прочность швов.
Усилие опорного раскоса передается с деревянного бруса на уголки так же при помощи сварного упора с плитой толщиной =10 мм и размерами 130х152 мм.
Опорные ребра упора привариваем к уголкам сварными швами hШ=5 мм. Плита упора приваривается к уголкам так же швами hШ=5 мм.
Проверяем прочность швов:
Конструкции узлов фермы показаны на листе.
3. Расчёт и конструирование основной стойки каркаса
Для определения расчётных усилий в стойке продольного фахверка рассматривают двухшарнирную раму являющуюся основной несущей конструкцией здания под воздействием вертикальных и горизонтальных (ветровых) нагрузок (рис. 5).
Рис. 5 Расчетная схема рамы и стойки
Производим расчет дощатоклееной стойки высотой 84 м.
Задаемся параметрами стойки исходя из предельной гибкости колонны которая принимается по СНиП II-25-80 (табл. 14) как для опорные стойки фермы:
- коэффициент принимаем по СНиП II-25-80 (п. 4.21)
Принимаем размеры досок: 150 (147)х 40 (345)
Поперечное сечение стойки компонуем из 12 досок. Тогда поперечное сечение данного сечения стойки с учетом фрезерования досок составит:
Определяем собственную массу стойки по формуле:
- плотность древесины принимаемая по СНиП II-25-80;
- размеры поперечного сечения;
- коэффициент надежности по ветровой нагрузки
принимаем по СНиП 2.01.07-85* (п. 6.11).
Определяем постоянную нагрузку на стойку от ригеля по формуле:
Суммарная постоянная нагрузка:
Суммарная вертикальная нагрузка:
Изгибающий момент у основания стойки определяем по формуле:
- коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по
высоте определяется по СНиП 2.01.07-85* (п. 6.5. табл.6) в
зависимости от типа местности принимаются для типа
B - городские территории лесные массивы и другие
местности равномерно покрытые препятствиями высотой
- аэродинамических коэффициентов принимаем по
СНиП 2.01.07-85* (п.6.6 прил. 4)для вертикальных и
отклоняющихся от вертикальных не более чем на 15°
Поперечная сила у основания левой стойки:
Геометрические характеристики сечения стойки:
- площадь брутто с максимальными размерами сечения
элемента на участке.
- расчетный момент сопротивления.
- статический момент брутто сдвигаемой части поперечного
сечения относительно нейтральной оси.
- момент инерции брутто поперечного сечения.
Гибкость стойки при принятом сечении равна:
Коэффициент продольного изгиба определяется по
СНиП II-25-80 т.к. = 84 > 70 то
где - расчетное сопротивление древесины 2 сорта тогда
Скалывающие напряжения по СНиП П-25-80:
где - расчетное сопротивление скалыванию при изгибе клееных элементов из древесины 2-ого сорта.
Проверка устойчивости плоской формы деформирования сжато-изгибаемой стойки по формуле:
5. Расчет и конструирование
крепления стойки к фундаменту
Конструкция крепления стойки к фундаменту представлена на чертеже (лист 1).
Для определения растягивающих усилий в анкере определяем краевые напряжения в основании стойки:
Задаемся поперечным сечением анкерных пластин 8х100 мм.
Тогда максимальное растягивающее усилие в анкерах определяем по формуле:
Принимаем диаметр стержней 16 мм и глубину вклеивания:
Коэффициент неравномерности напряжений скалывания
Расчетное сопротивление древесины скалыванию
Расчетная несущая способность одного стержня при выдергивании
Требуемое количество стержней:
Проверка на вырывание. Площадь сечения стержней
1. Защита от загнивания
Несущие деревянные конструкции должны быть открытыми хорошо проветриваемые и доступными для периодического осмотра.
Необходимо обеспечить надежную гидроизоляцию деревянных
конструкций соприкасающихся с грунтом каменной кладкой и т.д. Несущие деревянные конструкции следует располагать либо целиком в пределах отапливаемого здания либо вне его. Панели покрытия и стен бес пустотной конструкции не должны иметь деревянных элементов в зоне низких температур.
Деревянные покрытия следует осуществлять с наружным водоотводом. Деревянные стены защищаются от косого дождя и снега широким венчающим карнизом или широким свесом. Торцы брусьев или бревен защищают от проникновения влаги посредством обшивке досками.
Химическая защита: производится на специализированном оборудовании в производственных условиях. Антисептики разделяются на 3 группы: масляные органические (растворимые) водорастворимые; маслянистые (антраценовое масло) применяются для пропитки конструкций работающих с грунтом.
Органорастворимые антисептики (динитрофеном нофтенат меди пентахлорфенол и др.) обладают теми же свойствами и могут применяться там же что и масленита. Для растворения органорастворимых антисептиков используются различные нефтепродукты (нефть бензин керосин и др.) легкие органорастворимые растворители (спирты бензол ацетон и др.) продукты перегонки древесины.
Водорастворимые могут применяться для защиты от гниения древесины работающий в различных условиях. Трудно растворимые водорастворимые антисептики (ХН-5 пентохлрфенолит натрия ХХЦ НХХЦ и т.д.) применяется для пропитки древесины ниже обвязки стен и перегородок элементы цокольных частей стен наружные стены отапливаемых зданий.
2. Защита от возгорания
Конструктивными мерами по предотвращению возгорания и интенсивного развития пожара в деревянных зданиях предусматривается применение деревянных конструкций из массивных элементов брусьев бревен клееных массивных элементов без щелей и трещин.
Строящиеся здания должны иметь гладкие стены без выступающих внутрь помещения деревянных частей. Иметь пустотные ограждающие конструкции с применением в них несгораемых утеплителей.
Деревянные поверхности покрываются огнезащитной облицовкой и штукатуркой деревянные части отделяются от источников нагрева специальными противопожарными преградами.
К трудносгораемым относятся деревянные конструкции пропитанные водными растворами огнезащитных солей в цилиндрах под давлением с поглощением сухой соли до 75 кг на 1 м3 древесины.
Список использованных источников литературы
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирование: под редакцией В.А. Иванова Киев «ВШ»1981 г.
Зуборев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс М.1990 г.
СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции».
В.Е. Шишкин «Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс.