Одноэтажное производственное здание с деревянным каркасом в г. Мурманск

Чертеж.dwg

слоя линокрома ρ=1800 кгм
Ведомость расхода материалов
Фанера ГОСТ 24454-80
Фанера ГОСТ 11539-83
Маркировочная схема каркаса на отм. +5
В узлах 5 и 6 прогоны и настил условно не показаны. 2. Клееные элементы рамы выполнить из досок хвойных пород плотностью ρ=500 кгм³. 3. Для склеивания досок применять фенолформальдегидный клей марки КБ-3. 4. Древесина для клееных элементов должна иметь влажность не более 12%
для остальных - не более 20%. 5. Металлические элементы выполнить из стали марки С235. 6. Сборку металлических элементов выполнять в соответствии с ГОСТ 11533-75. Заводские швы выполнять полуавтоматическим способом. Электроды для полуавтоматической сварки СВ-08А. Катет швов k=6 мм. 7. Все стальные конструкции огрунтовать и окрасить.
Маркировочная схема каркаса и прогонов. Система связей М1:200
Прогон (доска) 50х250
Прогон (доска) 50х250 L=7200
Металлические элементы
Гвоздь строительный ø5 L=120
Брус 363х250 L=10300
Цокольная ж.б. обвязка на теплом бетоне
ГОСТ 14098-2014-К1-Кт
Спецификация элементов рамы и покрытия
Кафедра СК гр. СУЗ-51
покрытие по прогонам
Одноэтажное производственное здание с деревянным каркасом
17-ИвГПУ-ИСИ-271101.65-12126-ДК-КП
Для пояснительной записки

Записка.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Ивановский государственный политехнический университет»
1101.65 Строительство уникальных зданий и сооружений
Инженерно-строительный
Строительные конструкции
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»
«ОДНОЭТАЖНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ЗДАНИЕ С ДЕРЕВЯННЫМ КАРКАСОМ В Г. МУРМАНСК»
Руководитель: к.т.н. доцент
Задание на проектирование4
Компоновка конструктивной схемы здания5
1Выбор несущих и ограждающих конструкций5
1.4Стеновое ограждение8
2Обеспечение пространственной жесткости9
Проектирование покрытия13
1Расчет двойного перекрестного настила13
1.1Исходные данные13
1.2Расчетная нагрузка от веса кровельного покрытия13
1.3Нагрузка от снега13
1.4Нагрузка от людей с инструментом13
1.5Расчет на прочность (на собственный вес и снег)14
1.6Расчет на прочность (на собственный вес и вес людей с инструментом)14
1.7Расчет на прогиб (на нормативное значение собственного веса и снеговой нагрузка)14
2Расчет неразрезного прогона15
Проектирование рамы20
1Расчетная схема рамы20
2Сбор нагрузок на раму20
2.1Постоянная нагрузка20
2.2Снеговая нагрузка21
2.3Ветровая нагрузка21
3Статический расчет22
3.1Усилия от постоянной нагрузки22
3.2Усилия от снеговой нагрузки23
3.1Усилия от ветровой нагрузки24
3.1Усилия от сочетания нагрузок28
4Подбор и проверка прочности и устойчивости элементов рамы29
4.1Подбор сечений элементов рамы29
4.2Проверка прочности сечений элементов рамы30
4.1Проверка устойчивости фанерной стенки34
5Проектирование узлов рамы34
5.1Опорный узел (пятовой шарнир)34
Мероприятия по защите конструкций от возгорания гниения и поражения биологическими вредителями44
1Защита от возгорания44
2Защита от гниения и поражения биологическими вредителями44
Библиографический список45
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Номер зачетной книжки:
Шифр курсового проекта:
Район строительства:
Тепловой режим здания:
Количество шагов рам N:
Трехшарнирная клеефанерная рама из прямолинейных элементов для сельскохозяйственного здания
Схема поперечной рамы:
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ЗДАНИЯ
1Выбор несущих и ограждающих конструкций
Поперечная рама трехшарнирная клеефанерная из прямолинейных элементов пролетом 20 м с высотой стойки до карнизного узла 3 м. Рама имеет коробчатое сечение своих элементов – ригеля и стоек которые в свою очередь состоят из клеедосчатых поясов и фанерных стоек.
В коньковом и опорном узлах сечение рамы сплошное состоящее из досок длиной 07 м. Это необходимо для крепления двух полурам накладками в коньковом узле и крепления рамы к фундаменту в опорном узле. Кроме того в карнизном узле и в середине пролета полурамы сечение тоже должно быть сплошным для крепления связей по ригелю и стойкам.
Наличие ребер жесткости обусловлено сортаментом фанерных листов 1500х1500 мм. К ребрам жесткости крепят «внахлест» фанерные листы. Сами ребра жесткости служат для опирания ограждающих конструкций.
Конструкционным материалом для рамы служат сосновые доски и бакелизированная фанера марки ФБС. Склеивание элементов ведут водостойким фенолформальдегидным клеем КБ-3.
Высота сечения рамы в карнизном узле:
Принимаем высоту сечения в карнизном узле:
где – толщина доски после острожки – 33 мм;
n – количество досок в сечении по высоте.
Высота сечения в пяте стойки:
Высота сечения в коньке:
Уклон кровли i=1:4. Угол наклона кровли:
мм (из-за малости α5).
Высота рамы от обреза фундамента:
α1=1404; α2=1612; α3=1839; α4=507; α5~0; α6=5202; α7=3798;
g-a=g-c=3-f=3-e=3-4=412 мм;
-f=37 мм; 1-1’=80 мм; 3-k=395 мм; 4-k=114 мм.
Рисунок 1.1 Схема полурамы
Торец здания выполняется при помощи самостоятельных стоек (брус 200х200 мм - СФ) и ригелей (доски 200х50 мм) которые воспринимают временную ветровую нагрузку и постоянную нагрузку от собственного веса конструктивных элементов и стенового ограждения. Торцевые стойки передают нагрузку от ветра на горизонтальные связи (СГ2). Конструкция торцевого фахверка представляет собой жесткую неизменяемую систему в своей плоскости. Для этого установлены подкосы в пролетах между торцевыми стойками. Шаг стоек составляет 4 м.
Маркировочная схема каркаса изображена на рисунке 1.3.
В проекте принято покрытие по неразрезным прогонам. Покрытие состоит из рабочего и защитного настилов а также прогонов. Рабочий настил воспринимает внешние нагрузки и передает их на прогоны из спаренных досок расположенные в направлении продольной оси здания. Прогоны передают нагрузку на раму. Шаг прогонов составляет 126 м.
Проектирование и расчет покрытия по прогонам см. п.2.
1.4Стеновое ограждение
В продольных стенах в качестве стеновых панелей применяются плиты с размерами 1200х6000 (марка ПС1). В торцевых стенах применяются плиты с размерами 1200х4000 (марка ПС2) и доборные плиты (марок ПС3 ПС4 ПС5).
Схема раскладки стеновых панелей на торце здания изображена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 Схема раскладки стеновых панелей на торце здания
2Обеспечение пространственной жесткости
В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается поперечными трехшарнирными рамами.
В продольном направлении жесткость здания обеспечивается:
) горизонтальными связями СГ1 (в осях 1-2 11-12) и СГ2 (в осях 6-7) которые воспринимают ветровую нагрузку действующую на торец здания;
) деревянными распорками (РГ1 и РГ2) в каждом шаге по обе стороны от конькового шарнира;
) вертикальными связями СВ1 (в осях 1-2 11-12) и СВ2 (в осях 6-7) которые воспринимают ветровую нагрузку действующую на торец здания а также необходимы для раскрепления стоек от потери устойчивости из плоскости рамы).
Расположение связей показано на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 Маркировочная схема каркаса прогонов. Система связей
Рисунок 1.4 Разрез 1-1
Рисунок 1.5 Разрез 2-2
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЯ
1Расчет двойного перекрестного настила
Толщина защитного слоя настила – 16 см;
Толщина рабочего слоя настила – 32 см;
Ширина досок рабочего настила – 10 см зазор – 10 см;
Шаг прогонов – 122 м;
Район строительства – г. Мурманск.
Число досок в полосе расчетной ширины 1 м:
Число сосредоточенных грузов на расчетной ширине:
Нормативная нагрузка от веса кровельного покрытия
Защитный настил из досок 1=16 мм
Рабочий настил из досок 2=32 мм
1.2Расчетная нагрузка от веса кровельного покрытия
1.3Нагрузка от снега
При α=1404 =1; вес снегового покрова для V снегового района Sg=32 кПа=320 кгсм2.
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия кПа:
Расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия:
1.4Нагрузка от людей с инструментом
1.5Расчет на прочность (на собственный вес и снег)
1.6Расчет на прочность (на собственный вес и вес людей с инструментом)
1.7Расчет на прогиб (на нормативное значение собственного веса и снеговой нагрузка)
Прочность двойного перекрестного настила достаточна прогиб его не больше нормативного.
Рисунок 2.1 Двойной перекрестный настил
2Расчет неразрезного прогона
Прогон состоит из двух рядов досок сечением 40х175 мм каждая и трех досок крайних пролетов. Шаг рам B=6 м. Стыки досок расположены на расстоянии lст=12 м от опор и соединены на гвоздях диметром 5 мм длиной 120 мм шаг прогонов 126 м:
Нормативная нагрузка на прогон составляет:
Расчетная нагрузка на прогон:
Максимальный изгибающий момент:
Поперечная сила в стыке:
Рисунок 2.2 Неразрезной прогон
Проверка прочности досок:
- момента сопротивления см3;
- напряжения изгиба:
Принимаю доски размером поперечного сечения 40х250 мм.
Тогда нормативная нагрузка на прогон:
- момент сопротивления см3;
Принимаю доски размером поперечного сечения 44х250 мм.
Принимаю доски размером поперечного сечения 50х250 мм.
Рисунок 2.3 Стык неразрезного прогона
Проверка прочности гвоздей стыка:
- расчетная длина защемления 1 гвоздя в доске:
- несущая способность 1 гвоздя из условия его изгиба:
- прочность на смятие древесины окологвоздевого гнезда:
В расчет принимаю меньшее значение при котором может произойти разрушение гвоздевого соединения т.е. Tu=8056 кгс.
Требуемое количество гвоздей
Расстановку гвоздей по высоте поперечного сечения произвожу в соответствии с требованиями СП [1]:
- расстояние от оси забивки гвоздей до стыка должно быть не менее S1=15d при толщине пробиваемого элемента 50 мм т.е. S1=155=75 мм. Принято S1=100 мм.
Расстояния S2 и S3 должны быть не менее 4d т.е. 20 мм.
Окончательно принимаю: S2=28 мм;
Рисунок 2.4 Расстановка гвоздей в стыке
Выполняю проверку изгиба:
- момент инерции сечения из 3 досок в крайних пролетах:
- относительный прогиб в крайних пролетах:
- момент инерции сечения из 2 досок в средних пролетах:
- относительный прогиб в средних пролетах:
Прочность и жесткость прогона обеспечены.
1Расчетная схема рамы
Расчетная схема - трехшарнирная рама с шарнирами в опорах и коньке. Очертание рамы принято по линии соединяющей центры тяжести сечений.
Координаты центров тяжести сечений рамы определяются из чертежа рамы. Начало координат располагается в центре опорного шарнира.
Высота расчетной схемы рамы:
Проекция длины стойки на вертикальную ось:
Проекция длины ригеля на вертикальную ось:
Длина расчетной схемы рамы:
Проекция длины стойки на горизонтальную ось:
Проекция длины ригеля на горизонтальную ось:
2Сбор нагрузок на раму
Рисунок 3.1 Расчетная схема трехшарнирной рамы
2.1Постоянная нагрузка
Расчетная нагрузка на 1 м2 настила определена в п.2.1.2.
Постоянная нагрузка на 1 п.м ригеля от веса кровли:
Расчетный собственный вес рамы:
Постоянная нагрузка на 1 п.м ригеля рамы:
2.2Снеговая нагрузка
Снеговая нагрузка на 1 п.м ригеля:
2.3Ветровая нагрузка
Расчетная погонная ветровая нагрузка на i-ую сторону рамы:
где Wm - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm на высоте z10 м над поверхностью земли:
k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте (k=1);
сei – аэродинамический коэффициент зависящий от отношения Hкрl=2520=0125:
- со стороны левой стойки рамы: ce1=08;
- со стороны правой стойки рамы: ce2=-05;
- со стороны левого ригеля рамы: сe3=02;
- со стороны правого ригеля рамы: ce4=-04.
Расчетная погонная ветровая нагрузка при действии ветра слева на:
- левой стойке рамы: кНм;
- правой стойке рамы: кНм;
- левом ригеле рамы: кНм;
- правом ригеле рамы: кНм.
Разложим ветровую нагрузку действующую нормально к скатам кровли на вертикальную и горизонтальную составляющие:
- левом (правом) ригеле:
3.1Усилия от постоянной нагрузки
Опорные реакции от постоянной нагрузки:
Распор от постоянной нагрузки:
Изгибающие моменты в i-ом сечении полурамы от постоянной нагрузки:
где xi yi – координаты центра тяжести i-го сечения:
Продольная и поперечная силы в i-ом сечении полурамы от постоянной нагрузки:
где - угол наклона касательной к горизонтали.
Расчет изгибающих моментов продольных и поперечных сил в i-ом сечении полурамы от постоянной нагрузки проведем в табл.3.1.
Расчет усилий в i-ом сечении полурамы от постоянной нагрузки
3.2Усилия от снеговой нагрузки
Опорные реакции от снеговой нагрузки:
Распор от снеговой нагрузки:
Изгибающие моменты i-ом сечении полурамы от снеговой нагрузки:
Продольная и поперечная силы в i-ом сечении полурамы от снеговой нагрузки:
Расчет изгибающих моментов продольных и поперечных сил в i-ом сечении полурамы от снеговой нагрузки проведем в табл.3.2.
Расчет усилий в i-ом сечении полурамы от снеговой нагрузки
3.1Усилия от ветровой нагрузки
Вертикальные опорные реакции от ветровой нагрузки:
Горизонтальные опорные реакции от ветровой нагрузки:
Изгибающие моменты в i-ом сечении полурамы от ветровой нагрузки:
Продольная и поперечная силы в i-ом сечении полурамы от ветровой нагрузки:
Расчет изгибающих моментов продольных и поперечных сил в i-ом сечении полурамы от ветровой нагрузки приведен в табл.3.3.
Изгибающие моменты в i-ом сечении полурамы от ветровой нагрузки
3.1Усилия от сочетания нагрузок
Расчетные реакции в опорном узле от сочетания нагрузок:
Усилия от сочетания нагрузок приведены в таблице 3.4.
Расчетные изгибающие моменты от сочетания нагрузок в сечениях рамы кНм
4Подбор и проверка прочности и устойчивости элементов рамы
4.1Подбор сечений элементов рамы
Требуемый момент сопротивления:
где Rр=9 МПа – расчетное сопротивление клееных элементов из древесины 2 сорта растяжению вдоль волокон
mв=1 – коэффициент условий работы;
mо=08 – коэффициент ослабления расчетного сечения.
Требуемый момент инерции:
Принимаю толщину фанерной стойки =21 мм и определяю момент инерции пояса относительно нейтральной оси:
где Ixф - момент инерции стенок относительно нейтральной оси.
Находим площадь сечения пояса:
Принимаю ширину досок bп=25 см тогда суммарная толщина досок пояса:
Принимаю толщину доски пояса t=33 см тогда количество досок в поясе:
Принимаю пояса из 11 досок сечением толщиной tхbп=33х25 cм с Σп=11х33=363 см.
Рисунок 3.2 Сечение ригеля рамы в т.4
4.2Проверка прочности сечений элементов рамы
а) Расчет прочности внецентренно-сжатых элементов рамы
Расчет сечений элементов рамы проводим в табличной форме (табл.3.5) по формуле прочности внецентренно-сжатого элемента:
i=INiIFрасчi+MДiWрасчi≤Rс
где MД – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок:
i – коэффициент изменяющийся от 0 до 1 учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента определяемый по формуле:
φi – коэффициент продольного изгиба зависящий от гибкости:
l0 – длина полурамы:
l0=lст+lр=lс.ycosα4+lp.xcosα2
lст и lр – длины стойки и ригеля полурамы
rпрi – приведенный радиус инерции:
Iпрi – приведенный момент инерции:
Iпрi=2(Σпbп312+Σпbп(h0i2)2)+(EфEд)Σфhi312
h0i – расстояние между осями поясов:
hi – высота i-ого сечения (в стойке):
hi=hп+(h-hп)yi(Hк-hф-ac)
hi – высота i-ого сечения (в ригеле):
hi=((lрам.х2-хi)(tgα3-tgα1)+hк)cosα2
Fпрi – приведенная площадь i-ого сечения:
Fпрi=2(Σпbп)+(EфEд)Σфhi
Wрасчi=Wпрi – приведенный момент сопротивления i-ого сечения:
при λi=l0rпрi 70 коэффициент продольного изгиба: φi=1-08(λi100)2
при λi ≥ 70 коэффициент продольного изгиба: φi=3000λi2.
Недонапряжение в i-ом сечении:
Расчет прочности внецентренно-сжатых сечений рамы
б) Расчет прочности клеевых швов прикрепляющих пояс к фанерной стенке на касательные напряжения
Расчет прочности клеевого шва прикрепляющего пояс к фанерной стенке на касательные напряжения в i-ом сечении рамы проводим в табличной форме (табл.3.6) по формуле:
i=IQiISдi(EдEф)(Iпр.ф.inihдi) ≤ Rф.скmв
где Sдi – статический момент площади пояса в i-ом сечении:
Iпр.ф.i – полный момент инерции сечения приведенный к материалу стенки:
Iпр.ф.i=Iфi+Iдi(EдEф)=Σфhi312+Σп(hi3-(hi-2bп)3)(12(EфEд))
Rф.ск=18 МПа – расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон наружных слоев;
mв=1 – коэффициент условий работы.
i=100(Rф.скmв-i)(Rф.скmв).
Расчет прочности клеевых швов
в) Расчет прочности фанерной стенки на срез
Расчет на прочность фанерной стенки на срез в i-ом сечении проводим в табличной форме (табл.3.7) по формуле:
ф.i=IQiISпр.ф.i(Iпр.ф.iΣф) ≤ Rф.срmв
где Rф.ср=11 МПа – расчетное сопротивление срезу вдоль волокон наружных слоев.
Sпр.ф.i–статический момент половины сечения фанерной стенки и пояса:
Sпр.ф.i=Sф.i+Sд.i(EдEф)=2Σфhi28+Σпbп(hi-bп)2(EдEф).
Недонапряжение в i-ом сечении: i=100(Rф.срmв-ф.i)(Rф.срmв).
Расчет прочности фанерной стенки на срез
г) Расчет прочности фанерной стенки на главные растягивающие напряжения
Расчет проводим в табличной форме (табл.3.8) по формуле:
р.ф.α.i=-05и.ф.i+((05и.ф.i)2+ф.i2))05 ≤ Rф.р.α=45°mв
где Rф.р.α=45°=165 МПа – расчетное сопротивление бакелизированной фанеры под углом 450 на растяжение;
и.ф.i. – нормальное напряжение от изгиба на уровне внутренней кромки сжатого пояса:
и.ф.i.=IMiIyi’Iпр.ф.i
ф.i – касательное напряжение определяемое на уровне внутренней кромки пояса:
ф.i.=IQiISпр.ф.i’(Iпр.ф.i.Σф)
Sпр.ф.i – статический момент пояса относительно нейтральной оси:
Sпр.ф.i.’=Σпbп(hi.-bп)2(EдEф)+Σфhi.(hi.-bп)2
Недонапряжение в i-ом сечении: i=100(Rф.р.α=45°mв-р.ф.i.)(Rф.р.α=45°mв).
Расчет прочности фанерной стенки на главные растягивающие напряжения
4.1Проверка устойчивости фанерной стенки
Проверку устойчивости проводим в сечении середины первой панели шириной а=60 см от карнизного узла с координатой:
Высота фанерной стенки за вычетом поясов:
hст=1045-225=545 см.
hстф=54521=2595 50 следовательно необходимости проверки устойчивости фанерной стенки из ее плоскости нет. Устойчивость фанерной стенки обеспечена.
5Проектирование узлов рамы
5.1Опорный узел (пятовой шарнир)
Крепление стойки осуществляется лобовым упором в фундамент. По внешним и боковым кромкам стойка закреплена металлическим сварным башмаком.
Проверка опорного сечения на скалывание по формуле:
=HSпрп(Iпрbпр) ≤ 06Rскmв
где bпр – приведенная ширина сечения:
bпр=363+42(1200010000)=4134 см.
Sпрп – статический момент пояса относительно нейтральной оси:
Sпрп=Sд+SфEфEд=(Σпbп)(hп-bп)2+EфEдΣфbп(hп-bп)2
Sпрп=(36325)(65-25)2+12000100004225(65-25)2=20670 см3.
Iпр – приведенный момент инерции:
Iпр=Iд+IфEфEд=Σпhп312+Σфhп312EфEд
Iпр=36365312+42653121200010000=946083125 см4
– коэффициент учитывающий непроклей.
=223212067010(9460831254134)=1179 МПа 06Rскmв=06211=126 МПа следовательно прочность опорного сечения на скалывание обеспечена.
Проверяем древесину на смятие в месте упора стойки рамы на фундамент по формуле:
где Fсм – площадь смятия:
Fсм=36365=23595 см2.
см=231871023595=0983 МПа Rсм=13 МПа следовательно прочность древесины на смятие в месте упора стойки рамы на фундамент обеспечена.
Высота вертикальной стенки башмака из условия смятия древесины поперек волокон:
hб=2232110(363118)=3416 см.
Для определения толщины этой стенки из условия ее изгиба как пластинки с частичным защемлением на опорах с учетом развития пластических деформаций при изгибе сначала находим момент:
M=22321036316=5064 кНм.
где Ry=230 МПа – расчетное сопротивление стали С235
Wтр=50641000230=2202 cм3.
=(62202100363)05=1908 мм.
Принимаем по ГОСТ 82-70* =20 мм.
Траверсы проектируем из уголков hв.пхhг.пхt=200х125х16 мм.
Проверяем вертикальную полку уголка приближенно без учета горизонтальной полки на внецентренное растяжение по формуле:
=H(2Fв.п)+MWв.п ≤ Ry
где Fв.п – площадь вертикальной полки:
Fв.п=(20-16)16=2944 см2
Wв.п – момент сопротивления вертикальной полки:
Wв.п=(20-16)2166=903 см3
M – изгибающий момент:
M=22321(02-0016)2=2054 кНм.
=2232110(22944)+20541000903=22271 МПа Ry=230 МПа следовательно прочность вертикальной полки уголка на внецентренное растяжение обеспечена.
Крепление траверсы (уголков) башмака к фундаменту предусматривается двумя болтами d=27 мм работающими на срез и растяжение.
Проверим условие прочности по напряжениям сжатия под горизонтальными полками башмака для бетона B125:
где Rb=75 МПа – расчетное сопротивление бетона сжатию;
W – момент сопротивления:
b=hг.п=125 см и l=375 см – ширина и длина опорной плоскости уголков башмака.
=205410002930=7 МПа Rb=75 МПа следовательно прочность бетона по напряжениям сжатия под горизонтальными полками башмака обеспечена.
Проверка анкерного болта на растяжение по ослабленному нарезкой сечению:
где Rр=230 МПа – сопротивление болта растяжению;
Nр – сила растягивающая болт:
Nр=2054(2320375)=4108 кН.
=41080459=895 МПа 08Rр=184 МПа следовательно прочность анкерного болта на растяжение обеспечена.
Проверка анкерного болта на срез:
=22321(20572)=19511 МПа Rср=230 МПа следовательно прочность анкерного болта на срез обеспечена.
Рисунок 3.3 Опорный узел
Расчет производим с допущениями что усилия от момента воспринимают только пояса фанерная стенка воспринимает только поперечную силу.
а) Расчет трехлобового упора
Продольные усилия в лобовом упоре:
N1’=-255992+(-38119)1056=-489 кН
N3’=-284632+(-40519)1056=-526 кН.
Рисунок 3.4 Силовой многоугольник
Усилие приходящееся на наименьшую площадку трехлобового упора определяем из силового многоугольника построенного в масштабе 1 мм - 10 кН (рисунок 3.3): Nсм=298 кН.
Напряжение смятия в площадке при α=29°:
см.α=NсмFсм ≤ Rсм.αmв
где Rсм.α – расчетное сопротивление смятию в лобовом упоре под углом α:
Rсм.α=Rсм(1+(RсмRсм90-1)sin3α)
Rсм.α=13(1+(133-1)sin329°)=942 МПа
Fсм – площадь смятия:
bп’ и hп’ – ширина и высота пояса;
см.α=298109075=328 МПа Rсм.αmв=9421=942 МПа следовательно прочность трехлобового упора на смятие обеспечена.
б) Расчет верхнего и нижнего замков
Усилие действующее на верхний и нижний замки:
где h0=134 м – плечо пары сил.
N=±4665134=±34813 кН.
Требуемая площадь нетто болтов работающих на растяжение:
где Rbt=210 МПа – расчетное сопротивление растяжению болтов класса 5.8.
Fнттр=3481310210=1658 см2.
Принимаем 2 болта d=36 мм Fнт=21017=2034 см2.
Конструкцию нижнего замка принимаем из двух трубок d=28 мм длиной l=70 мм приваренных к стальным полосам сечением 100х14 мм и стяжного болта dб=22 мм.
в) Расчет стальной полосы и нагелей
Рассчитываем шов прикрепляющий стальную полосу к сварному башмаку:
kш=34813100(408(14-1)180)=465 мм.
Полосу привариваем двухсторонним швом с катетом kш=6 мм. Для крепления полосы к поясу принимаем глухие стальные нагели dн=14 мм lн=100 мм (что больше 5dн=70 мм).
Несущая способность нагеля по изгибу:
Требуемое количество нагелей включая 20% глухарей монтажного назначения:
где N’=M4(h-bп)=40519(1056-025)=5027 кН.
Нагели размещаем в три ряда в шахматном порядке с расстоянием между ними:
- вдоль волокон S1=7dн=714=98 мм;
- поперек волокон досок пояса от кромки S2=3dн=314=42 мм
- расстояние между рядами S3=4dн=414=56 мм > 35dн > 3514=49 мм.
Проверяем металлическую полосу сечением b=10 см х =2 см на растяжение:
где Aнт – площадь сечения нетто стальной полосы:
Aнт=102-3142=116 см2.
=502710(2116)=2166 МПа Ry=230 МПа следовательно прочность металлической полосы на растяжение обеспечена.
Проверяем нагели на смятие в металлических накладках:
=502710(6142)=29923 МПа Rр=340 МПа следовательно прочность нагелей на смятие обеспечена.
Принимаем окончательное сечение стальных полосок 100х20 мм.
г) Подбор сечения коробчатых башмаков растянутого замка
Башмак принимаем из уголков 140х90х10 мм и 80х80х8 мм свариваемых в коробчатое сечение.
Проверку прочности принятого сечения проводим по формуле:
где Mmax – максимальный изгибающий момент в середине пролета:
Wmin – момент сопротивления сечения:
Ix0-x0 – момент инерции:
Ix0-x0=444+2220912+734+123212=5898 см4.
y0 – расстояние до центра тяжести сечения:
S1-1 – статический момент площади:
S1-1=A13z013+A14z014
S1-1=22246+12367=1845 см3.
Wmin=5898(14-535)=682 см3.
Mmax=348130082=1393 кНм.
=13931000682=20425 МПа Rи=210 МПа следовательно прочность принятого сечения обеспечена.
Рисунок 3.5 Карнизный узел
Торцы блоков полурам в коньковом узле соединяются впритык лобовым упором. Для того чтобы при деформации конькового узла в плоскости рамы избежать скола досок крайние доски ригеля имеют срез. Жесткость узла из плоскости рамы обеспечивается деревянными накладками сечением 32х8 см на болтах d=24 мм. Коньковый узел изображен на рисунке 3.5.
Расчетные усилия в узле (табл.3.4): N10=-22503 кН Q10=-6196 кН.
Сила N10 вызывает смятие ригеля напряжение смятия в торцах ригеля при α2=1612°:
F10=(hk-100)10Σп=(350-100)10363=9075 см2
Fсм=9075cos1612°=94464 см2.
Rсм.α – расчетное сопротивление смятию под углом α2:
Rсм.α=13(1+(133-1)sin31612°)=1213 МПа.
см=225031094464=238 МПа Rсм.αmв=12131=1213 МПа следовательно прочность на смятие обеспечена.
Поперечная сила Q10 воспринимается накладками и болтами. При расстоянии между болтами l1=240 мм и l2=960 мм находим вертикальные усилия в болтах:
V1=-6196960(240+960)=-4957 кН
V2=6196-4957=1239 кН.
Расчетная несущая способность двух срезных болтов диаметром d=24 мм из условий изгиба нагеля при направлении усилий под углом к волокнам α=90° (для накладок) должна быть не менее вертикальных усилий в болтах:
Tн=625d2(кα)05mв ≥ V1
Tн=625242(05)051=611 кН > V1=4957 кН.
Напряжение в накладках:
где M – изгибающий момент в накладке:
Wнт – момент сопротивления накладок с учетом ослабления сечения болтами:
Wнт=2(83226-282426)=271531 см3.
=29741000271531=1095 МПа Rcmв=131=13 МПа следовательно напряжение в накладках менее максимально допустимого.
Рисунок 3.6 Коньковый узел
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ ГНИЕНИЯ И ПОРАЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИМИ ВРЕДИТЕЛЯМИ
1Защита от возгорания
Мероприятия по защите конструкций от возгорания:
- химические – нанесение на поверхность конструкций антипирена ОФП-9;
- конструкционные – деревянные конструкции разделены на части противопожарными преградами из несгораемых материалов.
2Защита от гниения и поражения биологическими вредителями
Мероприятия по защите конструкций от гниения и поражения биологическими вредителями:
- химические - нанесение на поверхность конструкций антисептической пасты ПАФ-ЛСТ и влагозащитного лака;
- конструкционные - заключаются в обеспечении их воздушно-сухого состояния путем устройства гидро и пароизоляции; отвода воды с крыши; применения водонепроницаемой наружной обшивки; устройства хорошей вентиляции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
СП64.13330.2011 Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80М.: Минрегион России 2011.
СП20.13330.2011 Нагрузки и воздействияМ.: Минрегион России 2011.
СП16.13330.2011. Стальные конструкцииМ.: Минрегион России 2011.
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учеб. пособие для вузовПод ред. проф. Иванова В.А. – 3-е изд. перераб. и доп. –Киев: Вища школа. Головное изд-во 1981.-392 с.
Строительные конструкции: «Металлические конструкции» «Железобетонные и каменные конструкции» «Конструкции из дерева и пластмасс». Учебное пособие «Контроль знаний студентов по курсовому проектированию экзаменам и зачетам» специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения. ИГАСУ. Малбиев С.А. Телоян А.Л Лопатин А.Н. Иваново. 2006.
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». Конструкции из дерева и пластмасс. Расчет и конструирование деревянных рам. Ибрагимов А.М. ИИСИ. 1989.
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». Конструкции из дерева и пластмасс. Расчет и конструирование трехшарнирных клеефанерных рам. Ибрагимов А.М. ИИСИ. 1991.
Конструкции из дерева и пластмасс. Легкие ограждающие конструкции покрытий из эффективных материалов: Учебное пособие для строит. спец. вузов.Сост. С.А. Малбиев. Иванов.инж.-строит.ин-т. Иваново 1990.-108 с.