Выставочный павильон в г. Красноярск

СОДЕРЖАНИЕ.docx

Основные проектные решения ..
Проектирование плиты покрытия
Сбор нагрузок и статический расчет на купол . ..
1 Определение снеговой нагрузки
2 Определение полной нагрузки ..
3 Определение местного изгиба нижней обшивки от постоянной нагрузки ..
Проектирование дощато-клееной колонны
1 Расчет узла защемления колонны в фундамент .
2 Расчет верхнего опорного кольца
3 Расчет нижнего опорного кольца
Обеспечение долговечности конструкции . .
Патентные исследования
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..
Приложение А. Патентные исследования

дерево на печать.dwg

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУАРКИ
СПЕЦИФИКАЦИЯ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
Геометрическая схема полуарки; Отправочный элемент; Узел примыкания колец к ребрам
Деревянные элементы клеенные из пиломатериала сосны 2 сорта по ГОСТ 8486-86
ГОСТ 24454-80. Влажность 12 %. 2. Для склеивания пиломатериала применять фенольно-резорциновый клей ФРФ-50 по ТУ 2252-024-10687966-98 Клей наносит на обе склеиваемые поверхности. Расход клея не менее 300 гм² склеиваемой поверхности. 3. Клеенные элементы изготавливать в соответствии с "Руководством по изготовлению и контролю качества деревянных клеенных конструкций". 4. Запрессовка при давлении 0
-1 МПа. 5. Доски в пределах слоя стыковать по длине на зубчатый шип типа II-10 по ГОСТ 19414-90. 6. Марку стали применить С-245 по ГОСТ 27772-88*. 7. Сварку производить электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75*. Минимальный катет швов принимать 6 мм. 8.3 читать совместно с листами 1
Клееный брус 136x396x6000
Металлический башмак
Полуарка клеедощатая l=6м
Рубероид 3-х слойный
Связь скатная металлическая
План конструкций купола; План плит покрытия; Разрез 1-1; Развертка по стенам и плитам покрытия
Выставочный павильон в г. Красноярске
Район строительства - г. Красноярск 2. Класс здания по ответственности - II 3. Степень огнестойкости - III 4. Условия эксплуатации конструкций - А1 5. Снеговой район - IV (Sg=2
кПа) 6. Ветровой район - III (Wo=0
кПа) 7. Для защиты здания от увлажнения по периметру здания устроить асфальтобетонную отмостку шириной 1 м 8. Монтаж конструкций вести с соблюдением требований СП 70.13330.2012 "Несущие и ограждающие конструкции" 9.1 читать совместно с листами 2
ПЛАН КОНСТРУКЦИЙ КУПОЛА
РАЗВЕРТКА ПО СТЕНАМ И ПЛИТАМ ПОКРЫТИЯ
См. совместно с листом 1
СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Нижнее опорное кольцо
Верхнее опорное кольцо
Цокольная бетонная панель 4
железобетонная приставка
слив из оцинкованной стали
КП 411201214-270800.62-2016 л.3
Кровля рулонная 3-х слойная
Клеефаферная панель покрытия
Клеедощатые арки и кольца
КП 411201214-270800.62-2016
КР 411201214-270800.62-2016
КП 411201214-270800.62-2016 л.1
нагельные болты ø12
кобылка 1500х167х67
стальное несущее кольцо купола
КП 411201214-270800.62-2016 л.2
клееное кольцо купола
клееное ребро купола
Расчетная схема арки
Дополнительные узлы сопряжения
КР 411009660-270115.65-2014
клееное ребро купола
валиковый шарнир d=30мм
деталь крепления клееного кольца
ребро жесткости стального кольца
стальное кольцо из швеллера №14
Цементно-песчанная стяжка t=50мм
Песчанно-гравийная подготовка t=200мм

записка на печать.docx

Основные проектные решения ..
Проектирование плиты покрытия
Сбор нагрузок и статический расчет на купол . ..
Проектирование дощато-клееной колонны
1 Расчет узла защемления колонны в фундамент .
2 Расчет верхнего опорного кольца
3 Расчет нижнего опорного кольца
Обеспечение долговечности конструкции . .
Патентные исследования
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..
Курсовой проект является наиболее эффективным средством закрепления и углубления теоретических знаний полученных при изучении курса «Конструкции из дерева и пластмасс».
Цель: Разработать технические решения выполнить расчеты и рабочие чертежи несущих конструкций здания.
Выбрать материалы для изготовления соответствующих элементов и конструкций и назначить расчетные сопротивления установить класс здания степень огнестойкости и условия эксплуатации.
Определить нагрузки действующие на сооружение и вычислить внутренние усилия возникающие при этом в элементах конструкций.
Законструировать и рассчитать ограждающие и несущие конструкции здания их элементы узлы и соединения.
Выбрать основные принципы монтажа здания и предложить мероприятия по обеспечению его долговечности защите конструкций от гниения возгорания и коррозии.
Произвести оценку производственной базы района - района строительства.
Назначение здания – Выставочный павильон.
Район строительства – г. Красноярск.
Диаметр описанной окружности – 12 м.
Высота до низа несущих конструкций покрытия (НКП) – 4 м.
Температурно-влажностные условия эксплуатации – А1 [2].
Степень огнестойкости здания – III [СП 4.13130.2013].
Уровень ответственности здания – II [ГОСТ Р 54257-2010].
Характеристика района строительства:
климатический район – IВ [4];
температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 092 – -40С [4];
среднемесячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца – 78 % [4];
расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли (IV район по весу снегового покрова) – sg = 24 кПа [3];
нормативное значение ветрового давления (III район по ветровому давлению) – w0 = 038 кПа [3];
Конструкции – заводского изготовления.
Материал конструкций – сосна II сорта.
Основные проектные решения
Выставочный павильон в плане имеет правильную восьмиугольную форму.
Несущей конструкцией покрытия является ребристый купол пролетом 12 м и высотой 2 м который состоит из поставленных радиально по углам плоских трехшарнирных арок опирающихся верхними концами в верхнее опорное кольцо а нижними – на нижнее распорное кольцо уложенное на колонны здания высотой 4 м.
Плоские радиальные арки выполняем гнутоклеёными постоянного сечения по длине. Материал ребер купола – сосновые доски II сорта влажностью до 12 %.
Расстояние между арками по нижнему кольцу принимаем 4710 м.
Устойчивость арок в плоскости а также общую неизменяемость покрытия обеспечивают постановкой поперечных и вертикальных связей. Число пар полуарок принимаем равным 4.
Верхнее сжатое кольцо проектируем жестким поскольку две полуарки расположенные в одной диаметральной плоскости и прерванные кольцом рассматриваются как единая трехшарнирная арка. Прогоны на куполе располагаются через 12 м. Диаметр верхнего кольца выбран из условия размещения ребер по периметру кольца – 133 м.
Верхнее кольцо принимаем стальным многоугольным из прокатных профилей нижнее – деревянным.
По верху арок укладываем покрытие из плит трапецевидной формы. В качестве плит покрытия применяем утепленную клеефаферную плиту покрытия. Кровля – рулонная трехслойная.
Для восприятия горизонтальных нагрузок действующих на здание и передачи их на фундаменты в плоскостях стен устанавливаем вертикальные крестообразные связи между колоннами.
Компоновочная схема здания с расстановкой связей показана на рисунке 1.
а – план конструкции купола; б – развертка по стенам и плитам покрытия
Рисунок 1 – Вид здания
1 Технико-экономическая оценка конструктивных решений здания
Рассчитываем нагрузки от собственной массы конструкций.
Перед началом расчета найдем массу плит покрытия и изоляционного ковра.
Нагрузка от собственного веса плит 0126 кНм2 (по приложение 2 [1]).
Нагрузка от веса гидроизоляционного трехслойного ковра 009 кНм2 (по приложение 3 [1]).
Нагрузка от собственной массы несущей конструкции на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяется по формуле
где qn – постоянная нормативная нагрузка на несущую конструкцию от собственной массы вышележащих конструкций (настилов утеплителя кровли и др.) Нм2;
pn – нормативная временная нагрузка от снега и ветра если последняя
совпадает по направлению с первой приведенная к 1 м2 горизонтальной проекции Нм2 определяется по формуле
pn = 07cectSg . (1.2)
где ce – коэффициент сноса;
ct – термический коэффициент;
– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;
Sg - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности.
Значения принимаем по (СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия): ce=085 ct=1 =1 Sg=24.
Подставляем значения в формулу (1.2) получаем
pn = 07085124 =1428 кНм2.
KM – коэффициент учитывающий собственную массу конструкции в зависимости от ее типа и определяемым по таблицам приведенным в справочной и учебной литературе.
Принимаем: qn = 0216 кНм2; KM = 3.
Подставляем значения в формулу (1.1) получаем
Определяем расход металла и древесины на несущие конструкции покрытия.
Расход металла на несущие конструкции по заданию в целом определяется по формуле
где – коэффициент металлоемкости конструкции;
l – пролет здания м.
– то же что и в формуле (1.1).
Принимаем: L = 3768 м; l = 12 м.
Подставляем значения в формулу (1.3) получаем
Расход древесины «в деле» на несущие конструкции по зданию VD определяется по формуле
где ρD – плотность древесины принимаемая по (по прил. Д [2]) в зависимости от породы кгм3;
– то же что и в формуле (1.1);
– то же что и в формуле (1.3);
Подставляем значения в формулу (1.4) получаем
Расход лесоматериалов для изготовления несущих конструкций покрытия с учетом отходов определяется по формуле
где kо – коэффициент учитывающий отходы древесины;
– то же что и в формуле (1.4).
Подставляем значения в формулу (1.5) получаем
Общий расход древесины приведенный к круглому лесу определяется по формуле
где 161 – переводный коэффициент указывающий расход круглого леса на изготовление 1 м3 пиломатериалов;
– то же что и в формуле (1.5).
Подставляем значения в формулу (1.6) получаем
Масса конструкции m определяется по формуле
где – то же что и в формуле (1.4);
– то же что и в формуле (1.3).
– плотность древесины в зависимости от породы кгм3.
Подставляем значения в формулу (1.7) получаем
Трудоёмкость изготовления T определяется по формуле
где – то же что и в формуле (1.4).
Подставляем значения в формулу (1.8) получаем
Трудоёмкость монтажа Т определяется по формуле
где 100 чел.-ч – трудоемкость монтажа на 1 м2 грузовой площади по [приложению 1 таблица 5];
S – площадь покрытия м2.
Принимаем: S = 11304 м2.
Подставляем значения в формулу (1.9) получаем
Технико-экономическую оценку конструктивных решений здания проводим в упрощенной форме используя методику изложенную в [1].
Таблица 1 – Технико-экономическая оценка конструктивных решений здания
Наименование показателя
Общий расход древесины приведенный к круглому лесу
Расход основных материалов:
– сталь в натуральном весе
Трудоёмкость изготовления
Трудоёмкость возведения
Стоимость клееной древесины
Стоимость конструкции
2 Геометрический расчёт купола
Известно что каждая пара ребер образует трехшарнирную арку. Приняв шаг арок B ≤ 6 м определим требуемое количество арок.
Требуемое количество арок n определяется по формуле
где Dn – диаметр нижнего кольца м.
Принимаем: Dn = 12 м; = 314.
Подставляем значения в формулу (1.10) получаем
Величина шага B определяется по формуле
где Dn – то же что и в формуле (1.10);
n – то же что и в формуле (1.10).
Подставляем значения в формулу (1.11) получаем
Длина стрелы подъема арки f определяется по формуле
где Dn – то же что и в формуле (1.10).
Подставляем значения в формулу (1.12) получаем
Радиус кривизны арки R определяется по формуле
где f – то же что и в формуле (1.12);
D – диаметр нижнего кольца м.
Половина центрального угла дуги купола φ0 определяется по формуле
где R – то же что и в формуле (1.13);
D – то же что и в формуле (1.13).
Подставляем значения в формулу (1.14) получаем
Центральный угол определяется по формуле
где φ0 – то же что и в формуле (1.14);
Подставляем значения в формулу (1.15) получаем
Длина дуги купола определяется по формуле
φ0 – то же что и в формуле (1.14).
Подставляем значения в формулу (1.16) получаем
Длина дуги арки S определяется по формуле
φ – то же что и в формуле (1.15).
Подставляем значения в формулу (1.17) получаем
Диаметр верхнего кольца выбран из условия размещения ребер по периметру кольца Dn= 133 м.
Длина дуги ребра купола между верхним и нижним опорными кольцами определяется по формуле
где – то же что и в формуле (1.16);
Dn – диаметр верхнего кольца м.
Принимаем: Dn = 133 м.
Подставляем значения в формулу (1.18) получаем
Стрела подъема полуарки определяется по формуле
Подставляем значения в формулу (1.19) получаем
– арка 2 – верхнее кольцо
Рисунок 2 Геометрическая схема конструкции
Проектирование плиты покрытия
Плита покрытия трапециевидного сечения с опиранием продольных ребер на ребра купола.
Теплотехнический расчет кровельного покрытия купола
Расчеты производятся в соответствии с требованиями СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»; СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий». Теплофизические характеристики материала стены приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Теплофизические характеристики материала стены
Коэффициент теплопроводности
Теплоизоляционные плиты из каменной ваты ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС (ТУ 5762-004-45757203-99)
Примечание. Материалы соответствуют условиям эксплуатации А таблице 2 СП 50.13330.2012. Внутренний отделочный слой в расчет не включен.
Величина градусо-суток отопительного периода Dd ºС·сут определяется по формуле
где zот.пер – продолжительность отопительного периода;
– расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания ºС;
– средняя температура наружного воздуха ºС для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8 ºС.
Принимаем: = 67 ºС; zот.пер = 233 сут.
Подставляем значения в формулу (2.1) получаем
Так как величина Dd отличается от табличного нормируемое значение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций следует определяется по формуле
где Rreg – нормируемое сопротивление ;
– то же что и в формуле (2.1).
Принимаем: а=00004; b=16.
Подставляем значения в формулу (2.2) получаем
Сопротивление теплопередаче Rо м2 ºСВт однородной многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле [8].
где - термическое сопротивление ограждающей конструкции
– коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции
– коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции
– расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя.
Подставляем значения в формулу (2.3) получаем
Принимаем утеплитель ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС толщиной 150 мм.
Теплотехнический расчет пенополистирола
Сравнивая утеплитель ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС и утеплитель пенополистирол можно сказать что более экономичнее и целесообразнее является использование утеплителя ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС.
Конструктивный расчет плиты покрытия.
Плита покрытия – трапециевидного сечения с опиранием продольных ребер на ребра купола. Ширину плиты приняли равной ширине клеефанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания bп = 1480 мм (из листа 1500 мм по ГОСТ 10632-89).
Древесина ребер – сосна II сорта по ГОСТ 8486-86Е*.
Обшивки плит – березовая фанера повышенной водостойкости марки ФСФ сорта IIII (ГОСТ 3916.1-96). Клей марки ФРФ-50. Толщина верхней обшивки 12 мм толщина нижней обшивки – 9 мм.
Утеплитель – теплоизоляционные плиты «ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС» плотностью 45 кгм3 толщиной 150 мм.
Пароизоляция – полиэтиленовая пленка толщиной 02 мм. Воздушная прослойка над утеплителем - вентилируемая вдоль панели.
Кровля из рулонных материалов трехслойная. Первый слой рубероида наклеивают на заводе с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной прокатки слоя. Оставшиеся два слоя наклеивают после установки панели. К верхней обшивке прилегает пленка для влагозащитной пароизоляции к нижней обшивке – для водонепроницаемой пароизоляции.
Конструктивная схема плиты.
Размеры плиты в плане назначаем 4710×1470 с тремя продольными ребрами. Направление волокон наружных слоев фанеры верхней и нижней обшивок принимаем продольными. Деревянный каркас плиты образуем четырьмя продольными ребрами из досок жестко склеенных с фанерными обшивками расстояние в свету между которыми bо 50 см. Обшивки проектируем: верхнюю - из семислойной фанеры толщиной 10 мм а нижнюю –толщиной 8 мм. Для удержания утеплителя в проектном положении устанавливаем решетку из брусков 25*25 мм которые крепятся гвоздями к ребрам. Плиту рассчитываем как свободно лежащую на двух опорах однопролетную балку. Продольные ребра размером 200 мм. после фрезерования верхних кромок и сушки до влажности (10±2) % принимаем равными 190×40 мм по ГОСТ 24454-80. Высота плиты hп = 211 мм.
Рисунок 3 – Конструктивное решение панели: 1 – верхняя обшивка; 2 – продольные ребра; 3 – воздушная прослойка; 4 – утеплитель; 5 – нижняя обшивка; 6 – прижимные бруски.
Расчетные характеристики матеиалов
Для фанеры марки ФСФ сорта IIII из древесины березы по таблице 6 13 и 14 [3]
Таблица 3 - Расчетные характеристики материалов
Расчетная нагрузка МПа
Расчетное сопротивление растяжению вдоль волокон Rфр
Расчетное сопротивление сжатию вдоль волокон Rфс
Расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон Rфск
Модуль упругости вдоль волокон Еф
Модуль упругости поперек волокон Еф
Расчетное сопротивление изгибу поперек волокон Еф. 90
Для ребер согласно [3] модуль упругости древесины вдоль волокон имеем: Ед = 11000 МПа.
Модуль упругости определяется по формуле
где – коэффициент приведения;
- расчетное сопротивление изгибу поперек волокон;
Ед - модуль упругости древесины вдоль волокон.
Подставляем значения в формулу (2.4) получаем
Номинальная длина плиты ln = 4710 мм.
Конструктивная длина определяется по формуле
где с – величина зазора между торцами плит (с =10 мм);
ln – номинальная длина плиты м.
Принимаем: ln = 4710 мм.
Подставляем значения в формулу (2.5) получаем
lc = 4710 – 10 = 4700 мм.
Номинальная ширина плиты bn = 1500 мм.
Конструктивная ширина верхней обшивки b1 = 1470 мм.
Конструктивная ширина нижней обшивки b2 = 1490 мм.
Высота плиты: hn = 211 мм.
Толщина верхней обшивки 1 = 12 мм.
Толщина нижней обшивки 2 = 9 мм.
Высота ребра hp = hп – 1 – 2 = 190 мм.
Ширина сечения ребра bp = 40 мм.
Размеры плиты представлены на рисунке 4.
Рисинок 4 – Фактическое сечение клеефанерной плиты
Сбор нагрузок и статический расчет на купол
При расчете купола не учитываем его пространственной работы расчленим его на отдельные плоские арки пролетом 12 м и в запас прочности рассчитываем их на все виды нагрузок как плоские системы.
Ветровая нагрузка w дается равномерно распределенной по длине верхнего пояса арки. В связи с небольшой высотой арки она не учитывается так как почти не увеличивает усилий действующих в сечении арки (нагрузка в виде ветрового откоса w).
Определение снеговой нагрузки
Город Красноярск расположен в IV снеговом районе вес снегового покрова Sg = 24 кПа [таблице 10.1 СП 20.13330.2011].
Согласно [п.10.1 СП 20.13330.2011] нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле
где – коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов принимаемый в соответствии с [п.10.5 СП 20.13330.2011];
– термический коэффициент принимаемый в соответствии с [п.10.6 СП 20.13330.2011];
– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие по [п.10.4 СП 20.13330.2011];
– вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли по [табл.10.1 СП 20.13330.2011].
Подставляем значения в формулу (3.1) получаем
Расчетное значение снеговой нагрузки S определяется по формуле
где – то же что и в формуле (3.1);
γf – коэффициент надежности по снеговой нагрузке [п. 10.12 СП 20.13330.2011].
Подставляем значения в формулу (3.2) получаем
S = 1428·14 = 1999 кНм2
Для зданий с купольными круговыми и близкими к ним очертанию покрытиями коэффициент определяют по [табл. Г.13 СП 20.13330.2011].
Так как купол имеет соотношение fd = 0167 > 005 то следует учитывать варианты 1 2 3. Но вариант 3 не учитываем т.к. купол не имеет сильно шероховатой поверхности покрытия наличия на нем сильно возвышающихся надстроек фонарей и снегозадерживающих преград и т.д.
Для варианта 1 значения определяются по [табл.Г.2 СП 20.13330.2011]. Промежуточные значения определяются интерполяцией.
Для варианта 2 следует принимать при где ; при =15s =0 при α > 60.
Таблица 3 – Коэффициент 1 по первому варианту
Нормативная снеговая нагрузка S0 по первому варианту представлена в таблице 4.
Таблица 4 – Нормативная снеговая нагрузка по первому варианту.
На участке между четвертым и пятым кольцом коэффициент 1 согласно таблице Г.3 СП 20.13330.2011 равен 1.
Для второго варианта r1 = 4950; .
Расчеты коэффициентов 2 и 3 произведены в программе Microsoft Exel 2013 и приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Коэффициенты 2 и 3 по второму варианту
Нормативная снеговая нагрузка S0 по второму варианту представлена в таблице 6.
Таблица 6 – Нормативная снеговая нагрузка по второму варианту.
Максимальное нормативное значение снеговой нагрузки S0 = 1428 кНм2.
Определение полной нагрузки
Нагрузки на плиту приведены в таблице 7.
Таблица 7 – Нагрузки на плиту
Нормативная нагрузка кНм
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Расчетная нагрузка кНм
(ρ = 1400 кНм3; = 9 мм)
Вес фанерных обшивок
(ρ = 600 кНм3; = 12 + 9 мм)
Вес продольных ребер
Вес поперечных ребер
(ρ = 45 кНм3; = 150 мм)
(ρ = 910 кНм3; = 02 мм)
(ρ = 600 кНм3; = 9 мм)
Полная нагрузка на 1 м панели:
Нагрузки на верхнюю и нижнюю обшивки
Верхняя обшивка работает на местный изгиб от постоянной расчётной нагрузки q1 (нормативная q1н) в сочетании со снеговой нагрузкой S0 (Sн) или весом монтажника Р=10012=120 кгс=12 кН
где 0126 кНм - нагрузка от кровли (γf=13).
Нижняя обшивка работает на местный изгиб от постоянной нагрузки q2 (нормативная q2н) которая складывается из веса тепло-пароизоляции и собственного веса нижней обшивки
Статическая расчетная схема обшивки при местном изгибе представляет собой балку (полосу) пролетом а имеющую прямоугольное сечение шириной 100 мм. и высотой 1 (или 2) которая защемлена на опорах (продольных ребрах).
Шаг продольных ребер а определяем из условий прочности и жесткости обшивок.
Местный изгиб балки от постоянной и временной (снеговой) нагрузок
условие прочности верхней обшивки при изгибе определяется по формуле
где – максимальный изгибающий момент;
– момент сопротивления поперечного сечения балки;
ф.и. – максимальное изгибающее напряжение в балке;
– расчетное сопротивление фанеры обшивки изгибу поперек волокон наружных шпонов определяемое (по таблице 6 [2]).
Отсюда предельный пролет балки определяется по формуле
где – толщина фанеры;
Rф.и.90° – то же что и в формуле (3.3);
– расчетная нагрузка от рулонной трехслойной кровли и фанеры на 1 м2 плиты покрытия;
– расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 плиты покрытия.
Принимаем: = 0012 м; = 0243 кН; = 1999 кН.
Подставляем значения в формулу (3.4) получаем
Предельный относительный прогиб верхней обшивки определяется по формуле
где Еф.и90°=6000 МПа (табл. 14 [2]) – модуль упругости фанеры обшивки поперек волокон наружных швов;
I1 – момент инерции поперечного сечения балки;
а – предельный пролет балки;
50 – предельное значение относительного прогиба для обшивок плит покрытия.
Отсюда расстояние между продольными ребрами а определяется по формуле
где Rф.и.90° – то же что и в формуле (3.3);
– то же что и в формуле (3.4);
– то же что и в формуле (3.4).
Подставляем значения в формулу (3.6) получаем
Местный изгиб обшивки от постоянной и кратковременной нагрузки
условие прочности верхней обшивки при таком загружении определяется по формуле
где mn – коэффициент условий работы обшивки при монтажных нагрузках;
Р = 12. кН – расчетная нагрузка от веса монтажника;
а – то же что в формуле (3.4);
– то же что в формуле (3.3);
– то же что в формуле (3.4).
Рисунок 5 – Расчетная схема обшивки панели
где Rф.и 90° - то же что и в формуле (3.3);
q1 – то же что в формуле (3.4);
mнР – то же что и в формуле (3.7).
Подставляем значения в формулу (3.8) получаем
Местный изгиб нижней обшивки от постоянной нагрузки
Предельный шаг продольных ребер из условия прочности нижней обшивки при местном изгибе а определяется по формуле
q2 – постоянная нагрузка.
Принимаем: ; q2 = 0145 кНм2.
Подставляем значения в формулу (3.9)
Из условия обеспечения требуемой жесткости а определяется по формуле
где Rф.и 90° – то же что и в формуле (3.3);
– постоянная нагрузка.
Окончательно принимаем шаг не более минимального из найденных
Принимаем шаг продольных ребер а=715 мм
Расчетная ширина верхней и нижней обшивок и определяется формулой
– ширина фанерной обшивки.
Принимаем: 470 мм; 490 мм.
Подставляем значения в формулу (3.11) получаем
Площади поперечных сечений определяются по формулам
где – приведенная расчетная ширина фанерной обшивки;
Подставляем значения в формулу (3.12) получаем
– то же что и в формуле (3.10).
Подставляем значения в формулу (3.13) получаем
где n – количество продольных ребер;
– ширина поперечных ребер;
– ширина продольных ребер.
Подставляем значения в формулу (3.14) получаем
Полная приведенная к материалу обшивки площадь поперечного сечения плиты рассчитывается по формуле
где – то же что и в формуле (3.12);
– то же что и в формуле (3.14);
– то же что и в формуле (3.13);
– то же что и в формуле (2.4).
Рисунок 6 Приведенное (расчётное) поперечное сечение клеефанерной плиты
Статический момент приведенного сечения относительно оси проходящей по нижней грани плиты определяется по формуле
где – то же что и в формуле (3.15);
Подставляем значения в формулу (3.16) получаем
Расстояние от нижней грани плиты до нейтральной оси приведенного сечения определяется по формуле
где – то же что и в формуле (3.16);
– то же что и в формуле (3.15).
Подставляем значения в формулу (3.17) получаем
Расстояние от верхней грани плиты до нейтральной оси приведенного сечения определяется по формуле
где – то же что и в формуле (3.14);
– то же что и в формуле (3.17).
Подставляем значения в формулу (3.18) получаем
Расстояние от центра тяжести поперечного сечения ребер до нейтральной оси приведенного сечения определяется по формуле
– то же что и в формуле (3.17);
Подставляем значения в формулу (3.19) получаем
Момент инерции поперечного сечения верхней обшивки относительно нейтральной оси определяется по формуле
– то же что и в формуле (3.18).
Подставляем значения в формулу (3.20) получаем
Момент инерции поперечного сечения нижней обшивки относительно нейтральной оси определяется по формуле
где – то же что и в формуле (3.13);
Подставляем значения в формулу (3.21) получаем
Момент инерции поперечного сечения продольных ребер относительно нейтральной оси определяется по формуле
где – расстояние от центра тяжести поперечного сечения ребер до нейтральной оси приведенного сечения;
n – то же что и в формуле (3.14).
Подставляем значения в формулу (3.22) получаем
Полный приведенный момент инерции поперечного сечения плиты определяется по формуле
где – то же что и в формуле (3.22);
– то же что и в формуле (3.20) и (3.21);
Подставляем значения в формулу (3.23) получаем
Приведенные моменты сопротивления поперечного сечения плиты в верхней и нижней обшивках от общего изгиба определяется по формуле
где – то же что и в формуле (3.23);
– то же что и в формуле (3.17) и (3.18).
Подставляем значения в формулу (3.24) получаем
Проверки плиты на прочность
Проверка прочности растянутой (нижней) обшивки определяется по формуле
где – максимальное растягивающее напряжение в обшивке;
М – максимальный изгибающий момент в плите;
– коэффициент условий работы учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры растяжению в стыках принимаемый равным при усовом соединении или с накладками принимаемый для фанеры обычной;
– расчетное сопротивление фанеры растяжению вдоль волокон наружных шпонов;
то же что и в формуле (3.24).
Принимаем: ; М = 679 кН; = 14 МПа
Подставляем значения в формулу (3.25) получаем
Максимальный изгибающий момент в середине пролета определяется по формуле
где q – расчетная погонная равномерно распределенная нагрузка на плиту;
- расчетный пролет плиты определяется по формуле
где длина площадки опирания плиты на несущую конструкцию покрытия.
Подставляем значения в формулу (3.27) и (3.26) получаем
Проверка прочности сжатой (верхней) обшивки определяется по формуле
где - расчетное сопротивление фанеры сжатию вдоль волокон наружных шпонов;
то же что и в формуле (3.26);
коэффициент определяется по формуле
Подставляем значения в формулу (3.29) и (3.28) получаем
Устойчивость обшивки обеспечена.
Проверка на местный изгиб сжатой (верхней) обшивки от сосредоточенной силы определяется по формуле
где – коэффициент условий работы;
расчетное сопротивление фанеры сжатию вдоль волокон наружных шпонов.
приведенный момент сопротивления поперечного сечения плиты для определения максимального напряжения в фанерной обшивке от общего изгиба.
Подставляем значения в формулу (3.30) получаем
Проверка касательных напряжений в местах приклеивания фанеры к ребрам определяется по формуле
где – суммарная ширина поперечного сечения ребер;
– расчетное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа;
– статический момент верхней обшивки относительно нейтральной оси приведенного сечения определяется по формуле
Подставляем значения в формулу (3.32) получаем
– максимальное поперечное усилие в плите определяется по формуле
– то же что и в формуле (3.27).
q – полная расчетная нагрузка кНм
Принимаем: q = 2516 кНм.
Подставляем значения в формулу (3.33) и (3.31) получаем
Проверка скалывающих напряжений в продольных ребрах определяется формуле
– то же что и в формуле (3.33);
– то же что и в формуле (3.31);
– то же что и в формуле (3.23);
q – полная расчетная нагрузка кНм;
– статический момент сдвигаемой части приведенного сечения относительно нейтральной оси определяется по формуле
– то же что и в формуле (3.18);
– то же что и в формуле (3.14).
Подставляем значения в формулу (3.35) получаем
Подставляем значения в формулу (3.34) получаем
Относительный прогиб плиты определяется по формуле
где - предельный прогиб в плитах покрытия;
– коэффициент учитывающий увеличение прогиба плиты с деревянным каркасом при воздействии длительных нагрузок;
– то же что и в формуле (3.15);
q – нормативная расчетная нагрузка кНм;
– то же что и в формуле (3.27);
Ед – модуль упругости древесины вдоль волоко.
Принимаем: q = 2651 кНм; Ед = 11000 МПа.
Подставляем значения в формулу (3.36) получаем
Прочность продольного ребра определяется по формуле
Подставляем значения в формулу (3.38) получаем
Проверки плиты на прочность выполняются.
1 Статический расчет арки
Определение нагрузок действующих на арку
Собственный вес арки определяется по формуле
где Sgн – нормативное значение снеговой нагрузки;
qgплн – нормативная нагрузка от веса покрытия;
Км – то же что и в формуле (1.1);
Принимаем: Км = 3; Sgн = 1999 кНм2; qgплн = 0339 кНм; = 12 м.
Подставляем значения в формулу (4.1) получаем
Расчетная снеговая нагрузка 1 м2 горизонтальной проекции определяется по формуле
где S0 – то же что и в формуле (3.1);
– то же что и в формуле (3.2).
Подставляем значения в формулу (4.2) получаем
При снеговой нагрузке распределенной по треугольнику определяется по формуле
Подставляем значения в формулу (4.3) получаем
Расчет арки производим в программе SCAD. Для загружения арки выбераем 3 комбинации нагрузок:
)qрас (на весь пролет) +S1 (на весь пролет);
)qрас (на весь пролет)+S2 (на половину пролета);
)qрас (на весь пролет)+S1 (на половину пролета).
Результаты расчета на программе SCAD заносим в таблицу 8. Расчетная схема и эпюры усилий показаны на рисунке 7 и 8.
Таблица 8 – Результаты расчета на программе SCAD
Рисунок 7 – Расчетная схема арки для программы SCAD
а) qрас+S1 б) qрас+S12 в) qрас+S22
Рисунок 8 – Эпюры усилий в арке
Реакции при полном загружении постоянной нагрузкой и снеговой распределенной по треугольнику на половине пролета арки определяются по формулам:
где – расчетная нагрузка от собственного веса покрытия кНм;
– распределенная нагрузка от снегового покрова кНм;
– длина стрелы подъема арки м.
Подставляем значения в формулы (4.4) (4.5) и (4.6) получаем
2 Конструктивный расчет арки
Проверка прочности принятого сечения арки
Комплектуем сечение из 12 досок толщиной по 33 мм (после острожки) и шириной 136 мм.
Высота сечения h=3312=396 мм
Площадь сечения Fрас=03960136=0054 м2
Расчетный момент инерции
где b – ширина сечения;
h –высота сечения соответственно.
Подставляем значения в формулу (4.7) получаем
Расчетный момент сопротивления определяется по формуле
где b – то же что и в формуле (4.7);
h – то же что и в формуле (4.7).
Подставляем значения в формулу (4.8) получаем
Статический момент определяем по формуле
Подставляем значения в формулу (4.9) получаем
Коэффициент условий работы mв=1 коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления за счет конечных или радиальных деформаций mгн=1
при Rа = 1200033 = 36364 > 250 понижающий коэффициент mб=1 (при h=396 см).
Максимальное напряжение сжатия определяется по формуле
где изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок определяемый из расчета по деформированной схеме;
mб - понижающий коэффициент mб=1 (при h=396 см);
Расчетный момент сопротивления;
продольная сила на данном участке;
расчетное сопротивление сжатию и изгибу.
Изгибающий момент Мд на полуарке определяется по формуле
где изгибающий момент из 3 комбинации нагрузок;
расчетное сопротивление древесины к сжатию;
коэффициент продольного изгиба определяющийся по формуле
где коэффициент для древесины;
Принимаем: А = 3000; S =1291 см; М = 5271 кН·м.
Подставляем значения в формулу (5.5) (5.4) (5.3) и (5.2) получаем
Условие выполняется.
Проверка устойчивости плоской формы деформирования арки
При положительном изгибающем моменте сжатая грань арки имеет раскрепление панелями через lp=150 см.
Согласно (п. 6.20 [2]) проверка выполняется по формуле
где то же что и в формулах (5.1) и (5.3).
коэффициент определяющийся по формуле
где коэффициент для изгибаемых элементов прямоугольного постоянного сечения.
Подставляем значения в формулу (5.7) получаем
Так как арка подкреплена из плоскости изгиба в промежуточных точках растянутой от момента М кромке то М необходимо умножить на коэффициент
где то же что и в формуле (5.7);
центральный угол в радианах.
Подставляем значения в формулу (5.8) получаем
Гибкость арки из плоскости определяется по формуле
где то же что и в формуле (5.7).
Подставляем значения в формулу (5.9) получаем
Коэффициент продольного изгиба определяется по формуле
где то же что и в формуле (5.9).
а - толщина сечения.
Подставляем значения в формулу (5.10) получаем
Согласно (п. 6.20 [2]) необходимо умножить на коэффициент который определяется по формуле
Подставляем значения в формулу (5.11) получаем
Подставляем значения в формулу (5.6) получаем
Условие выполняется поэтому раскрепление внутренней кромки в промежутке между верхним и нижним опорным кольцами не требуется.
Проверка скалывающих напряжений
Проверка скалывающих напряжений определяется по формуле
где расчетная нагрузка по 3 загружению;
S статический момент;
понижающий коэффициент mб=1 (при h=396 см);
Применяем: = 2747 кН; ;
Подставляем значения в формулу (5.12) получаем
Условие удовлетворяется.
Рисунок 9 – Расчетная схема арки
Рисунок 10 – Геометрическая схема полуарки
Проектирование дощато-клееной колонны
Колонну проектируем клеедощатой из древесины сосны второго сорта.
Высота колонны H=40 м.
Для обеспечения поперечной жесткости колонна защемлена в фундамент. Сверху на нее опирается нижнее опорное кольцо.
Предварительный подбор сечения колонны
Предельная гибкость для колонн равна 120 (таблице17 [2]).
Гибкость элементов цельного сечения определяется по формулам
Выражаем из формулы (6.1)
Выражаем из формулы (6.3)
где коэффициент для определения расчетной длины прямолинейных элементов;
H свободная длина элемента м;
= для прямоугольного сечения.
Подставляем значения в формулу (6.2) и (6.4) получим
Принимаем что для изготовления колонн используют доски шириной 125 мм и толщиной 40 мм. После фрезерования (острожки) толщина досок составит 40 - 7 = 33 мм. Ширина колонны после фрезерования (острожки) заготовочных блоков по пластин будет bк = 125 - 15 = 110 мм.
С учётом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонны будет
hk = 1233 = 396 мм.; bк = 110 мм.
Определение нагрузок на колонну
Рисунок 11 Расчетная схема поперечной рамы
Ветровую нагрузку рассчитываем согласно [3 п. 11.1].
Так как местом строительства является г. Красноярск который согласно [3 карта 3] расположен в III районе по скоростному давлению ветра и для него w0 = 038 кПа – нормативное значение ветрового давления [3 таблице 11.1]. Аэродинамический коэффициент согласно [3 рисунку Д1.4] с наветренной стороны с1 = 085 с заветренной с2 = 05.
Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле
для наветренной стороны
wакт = w0·k·c1 (6.3)
где нормативное значение ветрового давления;
с1 аэродинамический коэффициент;
k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления [3 таблица 11.2].
Принимаем ; с1 = 085; k = 046.
Подставляем значения в формулу (6.5) получим
wакт = 038·046·085 = 0149 кНм2
для заветренной стороны
где то же что и в формуле (6.3);
с2 аэродинамический коэффициент;
k – то же что и в формуле (6.3);
Принимаем: ; с1 = 05; k = 046.
Подставляем значения в формулу (6.4) получим
wот = 038·046·05 = 0087 кНм2
Интенсивность ветровой нагрузки на колонну с наветренной стороны qакт и с заветренной стороны qот определяется по формулам
qакт = w1·γf·B1γn (6.5)
qот = w2·γf·B1γn (6.6)
где γf = 14 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;
B1 = 471 м – расстояние между колоннами.
Подставляем значения в формулу (6.5) и (6.6) получим
qакт = 0149·14·471095 = 093 кНм;
qот = 0087·14·471095 = 054 кНм.
Нагрузка от снега определяется по формуле
где – длина дуги купола;
S – расстояние между колоннами.
– то же что и в формуле (3.1)
Принимаем: = 1291 м; S = 471 м.
Подставляем значения в формулу (6.7) получим
Сосредоточенные нагрузки
С участков стенового ограждения Wакт Wот определяются по формулам
Wакт = w1·γf ·2A1 = w1·γfγn·B1·H2 (6.8)
Wот= w2·γf ·2A1 = w2·γf γn ·B1·H2 (6.9)
где γn B1 w1 w2 – то же что и в формуле (6.5) (6.6).
Подставляем значения в формулу (6.8) и (6.9) получим
Wакт = 0149·14095·471·42 = 187 кН;
Wот= 0087·14095·471·42 = 109 кН.
Нагрузка от собственного веса панелей
Собственный вес панелей qст=017 кНм2;
Расчетная нагрузка от панелей qст. р.= 01711095=018 кНм2;
Нагрузка на колонну от стен Gст = 018·(4 - 06)·471 = 288 кН;
Собственный вес колонны qк=0110039645=0871 кНм2.
Нагрузка от собственного веса колонны
Нагрузка от ригеля (арки) определяется по формуле
где – то же что и в формуле (6.7)
Подставляем значения в формулу (6.10) получим
Определение усилий в колонне
Определение изгибающих моментов от ветровой нагрузки (усилие в арке) определяется по формуле
где – ветровая нагрузка передаваемая на покрытия расположенного вне колонны;
– нагрузки от ветра.
Подставляем значения в формулу (6.11) получим
Изгибающие моменты в уровне верха фундамента определяются по формулам
где – то же что и в формуле (6.11);
изгибающий момент в уровне верха фундамента.
Принимаем: = 068 кН.
Подставляем значения в формулу (6.12) и (6.13) получим
От внецентренного приложения нагрузки от стен определяется
эксцентриситет приложения нагрузки от стен
где – толщина панели;
высота сечения колонны м.
Подставляем значения в формулу (6.14) получим
изгибающий момент действующий на колонну определяется по формуле
где– то же что и в формуле (6.13);
изгибающий момент определяется по формуле
где– нагрузка на колонну от стен;
е то же что и в формуле (6.14).
Подставляем значения в формулу (6.15) и (6.16) получим
Mст = 288·0303 = 087 кН·м
где– то же что и в формуле (6.15).
Подставляем значения в формулу (6.17) и (6.18) получим
Определение поперечных сил определяется по формуле
от ветровой нагрузки
где – то же что и в формуле (6.12).
Подставляем значения в формулу (6.19) получим
от внецентренного приложения нагрузки от стены
Определение усилий в колоннах с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний определяется по формулам
первое сочетание нагрузок
где – нагрузка на колонну от веса ригеля;
расчетный вес колонны;
нагрузка на колонну от снега.
Подставляем значения в формулу (6.20) получим
Моменты на уровне верха фундамента определяются по формулам
где то же что и в формуле (6.12) (6.13);
то же что и в формуле (6.17) (6.18).
Подставляем значения в формулу (6.21) и (6.22) получим
9 + 122 095 = 1168 кН·м;
- 009 + 114 095 = 1074 кН·м.
Поперечная сила определяется по формуле
где то же что и в формуле (6.19).
Подставляем значения в формулу (6.23) получим
Для расчета колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения: M = Mлев = 1168 кНм N = 6335 кН.
второе сочетание нагрузок
где то же что и в формуле (6.20).
Подставляем значения в формулу (6.24) получим
третье сочетание нагрузок
где то же что и в формуле (6.21) (6.22).
Подставляем значения в формулу (6.25) и (6.26) получим
Подставляем значения в формулу (6.27) получим
Нормальную (продольную) силу определяют по формуле при
где то же что и в формуле (6.20) умноженное на коэффициент.
Подставляем значения в формулу (6.28) получим
Расчет колонны на прочность по нормальным напряжениям и на устойчивость плоской формы деформирования
Расчет производим на прочность по формуле п. 4.17 [3] (как внецентренно-сжатый элемент) и определяется по формуле
mб - понижающий коэффициент;
Изгибающий момент Мд на полуарке определяется по формуле
При древесине 2 сорта и при принятых размерах сечения (таблица 3 [2]) имеем Rc=15 МПа с учетом mн mсл=12 (таблица 8 [2]) и mб=0894 (таблица 9 [2])
Площадь сечения Fрас=hkbk=03960110=0044 м2
При М = 1168 кНм; N = 6335 кН
Момент сопротивления определяем по формуле (4.8)
где момент на уровне верха фундамента;
где то же что и в формуле (5.3).
Подставляем значения в формулу (6.31) получим
При эпюре моментов треугольного очертания поправочный коэффициент kн
где то же что и в формуле (6.31).
Принимаем: = 0821; = 122.
Подставляем значения в формулу (6.32) и (6.31) получим
Расчетная длина колонны (в плоскости рамы) определяется по формуле
где 22 – коэффициент принимаемый для элементов с одним защемленным и одним свободным нагруженным концом.
Подставляем значения в формулу (6.33) получим
Все значения подставляем в формулу (6.29) получим
Прочность обеспечена.
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится (формуле. 38 [2]).
Принимаем lp=l0=H=40 м.
коэффициент для изгибаемых элементов прямоугольного постоянного сечения определяющийся по формуле
Подставляем значения в формулу (6.36) получаем
Подставляем значения в формулу (6.35) получаем
Гибкость колонны из плоскости определяется по формуле
где то же что и в формуле (6.35)
Подставляем значения в формулу (6.37) получаем
Подставляем значения в формулу (6.38) получаем
Все значения подставляем в формулу (6.38) получаем
Устойчивость обеспечена.
Расчет на устойчивость из плоскости как центрально-сжатого стержня определяется по формуле
где изгибающий момент;
Подставляем значения в формулу (6.39) получаем
Рисунок 12-Расчетная схема колонны
1 Расчет узла защемления колонны в фундаменте
Принимаем решение узла защемления колонны в фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В20 () из которой выпущены четыре стержня из арматуры периодического профиля из стали класса А-II. Вклеивание арматурных стержней в древесину осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея марки ЭПЦ-1. Конструкция узла защемления колонны в фундаменте и расчетная схема показаны на рисунке 13.
Принимаем (предварительно) диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диаметр отверстия определяется по формуле
где диаметр арматуры стержней.
Подставляем значения в формулу (7.1) получаем
Расстояние между осью арматурного стержня до наружных граней колонны должно быть не менее 2·dа.
Отсюда а = 218 = 36 мм.
При определении усилий в арматурных стержнях учитываем что прочность бетона на смятие более прочности древесины.
Усилия в растянутых арматурных стержнях находим используя два условия равновесия
где Мд – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок определяемый из расчета по деформированной схеме;
Rсм. – расчетное сопротивление древесины смятию МПа;
а - расстояние между осью арматурного стержня до наружных граней колонны принимаем 36мм;
hк – высота сечения колонны;
N– максимальное усилие в растянутых арматурных стержнях;
- ширина сечения колонны.
Принимаем: N = 1543 кН; Мд = 1268 кНм; Rсм = 161 МПа; bк = 0110 м; hк = 0396 м.
Подставляем значения в формулу (7.2) и (7.3) получаем
Из второго равенства определим а затем подставив значение в первое неравенство получим значение . Произведя необходимые вычисления получим значения и .
Расчетная несущая способность вклеиваемых стержней на вдергивание определяется по формуле
где Rск. – расчетное сопротивление древесины скалыванию МПа;
da – диаметр отверстия м;
kc – коэффициент учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня который следует определять по формуле:
Принимаем (предварительно) длину заделки стержня 360 мм ( 20·da) получим
где то же что и в формуле (7.4);
длина заделки стержня.
Подставляем значения в формулу (7.5) и (7.4) получаем
Требуемое число стержней определяется по формуле
где то же что и в формуле (7.2);
то же что и в формуле (7.4).
Подставляем значения в формулу (7.6) получаем
Принимается 6 стержней.
Рисунок 13 Конструкция узла защемления колонны в фундамент
2 Расчет верхнего опорного кольца
Верхнее кольцо предусматриваем многоугольным. Диаметр описанного круга определяем из условия размещения ребер купола. Сжимающее усилие в кольце N = 6925 кН. Конструктивно принимаем расстояние между осями арки равным 30 см.
Диаметр окружности кольца определяется по формуле
где S длина окружности кольца принимаем 240 см.
Подставляем значения в формулу (7.7) получаем
Принимаем D = 80 см a = 314 см.
Устойчивость определяется по формуле
где n число сторон правильного многоугольника;
Е – модуль упругости принимаем 210ГПа;
N – максимальное сжимающие усилие в кольце;
а - расстояние между осями арки;
Ix – момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси.
выражаем из формулы (7.8).
Принимаем из условия конструирования швеллер №5 с Iу=561 см4 Z0=116 см. h=5 см b=32 см d=044 см t=07 см.
Верхнее кольцо проверяем на устойчивость по формуле
где D то же что и в формуле (7.7);
E I N - то же что и в формуле (7.8);
Z0 – принимаем по сортаменту.
Принимаем: N = 6925 кН; Iу=561 см4; Z0=116 см.
Подставляем значения в формулу (7.9) получаем
– плита покрытия с радиальным расположением несущих ребер; 2 – клееное кольцо купола; 3- стальные башмаки ребра; 4 – болты 12 мм; 5 – валиковый шарнир 30 мм; 6 – клееное кольцо вентиляционного продуха; 7 – деталь крепления клееного кольца; 8 – стальное кольцо из швеллера № 14; 9 – ребро жесткости стального кольца; 10 – стальной башмак верхнего кольца; 11 – оцинкованная сталь; 12 – вентиляционный продух.
Рисунок 14 Узел верхнего кольца
3 Расчет нижнего опорного кольца
Опорный узел решается при помощи клееного деревянного кольца воспринимаемое усилие от арки через нагельные болты. Нагрузка на колонну передается через опорное деревянное кольцо.
Расчет ведется на полное меридианное усилие в ребре N = 9059 кН передающееся на нижнее опорное кольцо. Опорное кольцо принято деревянным многоугольным.
Требуемая ширина площадки смятия определяется по формуле
где N max расчетная нагрузка на 2 комбинации нагрузок на арку.
– то же что и в формуле (7.2);
b - ширина оголовка принимаем 150 мм.
Принимаем: N = 9059 кН.
Подставляем значения в формулу (7.19) получаем
Конструктивно принимаем b = 200 мм.
Нагрузка определяется по формулам
где N то же что и в формуле (7.10).
Принимаем: N = 9059 кН; = 150 мм.
Подставляем значения в формулу (7.20) получаем
где b ширина оголовка;
q – то же что и в формуле (7.20).
Подставляем значения в формулу (7.21) получаем
Из формулы выражаем получаем
где М то же что и в формуле (7.21);
- расчетное сопротивление стали растяжению;
b – то же что и в формуле (7.21).
Подставляем значения в формулу (7.22) получаем
Принимаем толщину опорной пластины 10 мм.
Угол наклона арки к опорному кольцу равен 37.
Горизонтальное усилие (распор) приходящее в опорный узел
где - максимальное усилие в ребре.
Подставляем значения в формулу (7.23) получаем
Растягивающее усилие в нижнем опорном кольце определяется по формуле
где - горизонтальное усилие.
Подставляем значения в формулу (7.24) получаем
Сечение опорного кольца принимаем 136 мм на 4 х 33=132 мм с площадью сечения
Кольцо как центрально-растянутый элемент определяется по формуле
где площадь сечения опорного кольца;
- максимальное усилие в ребре;
расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.
Подставляем значения в формулу (7.25) получаем
Обжимающую металлическую пластину принимаем сечением 100 х 4 мм.
Производим расчет болтов стягивающих металлические пластины в узле нижнего пояса. Из условия размещения болтов по высоте сечения принимаем диаметр болтов 12 мм.
где d – диаметр болта.
Подставляем значения в формулу (7.26) получаем
Требуемое количество болтов определяется по формуле
где Т– то же что и в формуле (7.26);
Подставляем значения в формулу (7.27) получаем
– деревянное клееное многоугольное кольцо; 2 – ребро купола; 3 стальные башмаки ребра; 4 – болты 12 мм; 5 – валиковый шарнир 30 мм; 6 – стальной башмак нижнего кольца; 7 – стяжные болты; 8 – упорная пластина
Рисунок 12 Узел нижнего кольца
Принимаем размеры поперечного сечения кобылки 67x117 мм (из доски 75х125 мм). Крепление кобылки к арке осуществляем стяжными болтами. Расчетное усилие действующие на болт определим по рис. 13.
где – расчетные нагрузки.
Подставляем значения в формулу (7.28) получаем
Для расчета кобылки как многопролетной балки применим программу SCAD. Максимальный изгибающий момент М=348 кНм R1=1102 кН R2=1194 кН R3=725 кН.
Принимаем диаметр болтов 12 мм.
Рисунок 13 Расчету кобылки
Необходимое количество болтов определяем по формуле (7.29)
Принимаем 2 болта располагаем их как показано на рисунке 13 (в три ряда) в соответствие с требованиями (п. 7.18 [2]).
Сечение кобылки на прочность определяется по формуле
момент сопротивления сечения
где а – то же что и в формуле (7.18);
h – ширина кобылки м.
Подставляем значения в формулу (7.30) получаем
W – то же что и в формуле (7.16);
Rи – расчетное сопротивление МПа.
Подставляем значения в формулу (7.31) получаем
Обеспечение долговечности конструкций
Обеспечение долговечности деревянных конструкций включает защиту от увлажнения и биологического разрушения защиту от возгорания а также защиту металлических элементов от коррозии.
Защита древесины от увлажнения и биологического разрушения производится согласно [2]. Меры защиты металлических элементов от коррозии указаны согласно [СП 28.13330.2012].
1 Конструктивные меры защиты от увлажнения и гниения
Конструктивные меры защиты от увлажнения и гниения устанавливаются требованиями СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» п. 8.64-8.82.
Химические меры защиты деревянных конструкций от коррозии вызываемой воздействием биологических агентов предусматривают антисептирование консервирование нанесение лакокрасочных материалов или составов комплексного действия. При воздействии химических агрессивных сред следует предусматривать покрытие конструкций лакокрасочными материалами или поверхностную пропитку составами комплексного действия.
Также рекомендуется использовать следующие государственные стандарты по защите древесины:
ГОСТ 20022.0-93 «Защита древесины. Параметры защищенности» распространяется на древесину и устанавливает параметры защищенности объектов защиты от биологического разрушения.
ГОСТ 20022.1-90 «Защита древесины. Термины и определения» устанавливает термины и определения понятий относящихся к защите древесины.
ГОСТ 20022.2-80 «Защита древесины. Классификация» устанавливает классификацию древесины по: стойкости к гниению и пропитываемости защитными средствами; скорости расконсервирования и уязвимости объектов защиты; классификацию защитных средств древесины.
ГОСТ 20022.3-75 «Защита древесины. Предпропиточная подготовка накалыванием» распространяется на древесину и устанавливает способ предпропиточной подготовки накалыванием.
ГОСТ 20022.4-75 «Защита древесины. Панельный способ пропитки» распространяется на древесину и устанавливает панельный способ пропитки защитными средствами.
ГОСТ 20022.5-93 «Защита древесины. Автоклавная пропитка маслянистыми защитными средствами» устанавливает способы пропитки изделий из древесины эксплуатируемых в условиях классов службы IX -XVIII по ГОСТ 20022.2.
2 Меры защиты от возгорания
Федеральный закон от 22.07.2008 N123-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» принят в целях
защиты жизни здоровья имущества граждан и юридических лиц государственного и муниципального имущества от пожаров определяет основные положения технического регулирования в области пожарной безопасности и устанавливает общие требования пожарной безопасности к объектам защиты (продукции) в том числе к зданиям сооружениям и строениям промышленным объектам пожарно-технической продукции и продукции общего назначения.
Положения настоящего Федерального закона об обеспечении пожарной безопасности объектов защиты обязательны для исполнения при проектировании строительстве капитальном ремонте реконструкции техническом перевооружении изменении функционального назначения техническом обслуживании эксплуатации и утилизации объектов защиты.
СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» устанавливает общие минимальные требования противопожарной защиты помещений зданий и других строительных сооружений на всех этапах их создания и эксплуатации а также пожарно-техническую классификацию зданий их элементов и частей помещений строительных конструкций материалов и изделий.
СП 4.13130.2013«Системы противопожарной защиты» Применение настоящего свода правил обеспечивает соблюдение требований к объемно-планировочным и конструктивным решениям по ограничению распространения пожара в зданиях и сооружениях установленныхФедеральным закономот 22 июля 2008г. N123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".(Докипедия: Свод правил СП 4.13130.2013"Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям"(утв. приказом МЧС России от 24 апреля 2013г. N288))
В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие национальные стандарты и своды правил:
ГОСТР 51115-97Техника пожарная. Стволы пожарные лафетные комбинированные. Общие технические требования. Методы испытаний
ГОСТР 53279-2009Головки соединительные пожарные. Общие технические требования. Методы исследований
ГОСТР 53324-2009Ограждение резервуаров. Требования пожарной безопасности
ГОСТ 9544-2005 Арматура трубопроводная запорная. Классы и нормы герметичности затворов
СП 2.13130.2009Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты
СП 5.13130.2009Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования
СП 7.13130.2009Отопление вентиляция кондиционирование. Требования пожарной безопасности
СП8.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности
СП 10.13130.2009Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Требования пожарной безопасности
СП 11.13130.2009 Места дислокации подразделений пожарной охраны. Порядок и методика определения.
При проектировании деревянных конструкций следует предусматривать мероприятия по обеспечению долговечности и требуемых показателей огнестойкости и пожарной опасности согласно требованиям СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции».
3 Защита конструкций при перевозке и хранении
Защита конструкций при перевозке и хранении устанавливается общими требованиями СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» п. 3.7-3.10.
СП 49.13330.2012 «Безопасность труда в строительстве. Часть 1» п. 6.3 устанавливает требования безопасности при складировании материалов и конструкций.
Согласно п. 6.3.3 материалы изделия конструкции и оборудование при складировании на строительной площадке и рабочих местах должны укладываться следующим образом:
– круглый лес – в штабель высотой не более 15 м с прокладками между рядами и установкой упоров против раскатывания ширина штабеля менее его высоты не допускается;
– пиломатериалы – в штабель высота которого при рядовой укладке составляет не более половины ширины штабеля а при укладке в клетки – не более ширины штабеля.
4 Защита металлических элементов от коррозии
Металлические соединительные детали деревянных конструкций должны быть защищены от коррозии.
Крепежные металлические элементы (метизы) – гвозди саморезы болты шпильки и др. должны иметь цинковое покрытие.
Элементы и узлы соединения конструкций должны иметь свободный доступ для осмотров и возобновления защитных покрытий. При отсутствии возможности обеспечения этих требований конструкции первоначально должны быть защищены от коррозии на весь период эксплуатации.
Для защиты от коррозии стальных конструкций с болтовыми соединениями со стыковой сваркой и угловыми швами а также болтов шайб и гаек необходимо предусматривать горячее цинкование методом погружения в расплав поГОСТ 9.307и термодиффузионное цинкование по ГОСТ 9.316. Эти методы защиты от коррозии допускается предусматривать для стальных конструкций со сваркой внахлест при условии сплошной обварки по контуру или обеспечения гарантированного зазора между свариваемыми элементами не менее 15 мм.
Монтажные сварные швы соединений конструкций должны быть защищены путем газотермического напыления цинка или алюминия поГОСТ 9.304или лакокрасочными покрытиями III и IV групп (органосиликатные кремнийорганические хлоркаучуковые перхлорвиниловые эпоксидные и др.) с применением протекторной цинконаполненной грунтовки после монтажа конструкций. Оцинкованные плоскости сопряжения конструкций на высокопрочных болтах должны быть перед монтажом обработаны металлической дробью для обеспечения коэффициента трения не ниже 037.
Вместо горячего цинкования стальных конструкций (при толщине слоя 60-100 мкм) допускается предусматривать для мелких элементов (с мерной длиной до 1 м) кроме болтов гаек и шайб гальваническое цинкование или кадмирование (при толщине слоя 42 мкм) с последующим хроматированием.
)Ребристый купол (патент РФ № 2298618)
Изобретение относится к области строительства в частности к конструкциям купольных покрытий. Технический результат изобретения заключается в обеспечении жесткости и равномерном распределении действующей нагрузки по поверхности купола что повышает его несущую способность. Купол содержит меридиональные арочные ребра из шарнирно соединенных между собой несущих элементов. В местах соединения этих несущих элементов к меридиональным арочным ребрам закреплены жесткие прогоны образуя по поверхности купола кольцевые несущие элементы. Эти кольцевые несущие элементы делят каждый сектор купола на трапециевидные и верхнюю треугольную секции. В трапециевидных секциях жестко закреплены дополнительные элементы жесткости выполненные в виде четырехугольника из стержней. Четырехугольники размещены по поверхности купола в шахматном порядке и каждый закреплен своими вершинами в серединах соответствующих жестких прогонов и несущих элементов образующих стороны трапеции.
)Клееный деревянный брус (патент РФ № 2344247)
Изобретение относится к элементам строительных конструкций. Брус включает пластины клеевые прослойки между пластинами и армирующие прокладки из сетки размещенные в клеевых прослойках. Армирующие прокладки размещены непрерывно по всей длине бруса а их края выступают из клеевых прослоек по меньшей мере по одному из кантов бруса. Изобретение повышает эксплуатационную долговечность и стойкость деревянного бруса.
)Способ возведения куполообразных зданий (патент РФ № 2454514)
Изобретение относится к области строительства а именно к способам возведения куполообразных зданий и может быть использовано при строительстве зданий различных форм. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности использования различных теплоизоляционных материалов и разнообразия форм зданий при сохранении прочностных характеристик. Формируют куполообразный каркас из шарнирно соединенных элементов устанавливают опалубку путем обшивки внутренней стороны каркаса по регулируемым направляющим. Затем формируют по меньшей мере один слой бетона нанесением его на внешнюю сторону опалубки с армированием слоя сеткой снимают опалубку обшивают по регулируемым направляющим внешнюю сторону каркаса и в процессе обшивки заполняют пространство между образующейся внешней стенкой и теплоизоляционным материалом.
)Коньковый узел деревянной конструкции (патент РФ № 2256752)
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении деревянных арок рам и ферм. Коньковый узел деревянной конструкции включает клееные деревянные элементы шарнир накладки. Шарнир снабжен стеклопластиковыми пластинами криволинейной в плане формы по центрам которых расположены стеклопластиковые полусферические головки которые входят в углубления стеклопластиковой центрирующей шайбы
вставленной своими гранями в пазы деревянных накладок. Стекловолокна в пластинах криволинейной в плане формы направлены вдоль высоты и ширины торцов клееных деревянных элементов а сами пластины не выходят за грани этих торцов. Технический результат - повышение прочности конькового узла и снижение металлоемкости деревянной конструкции.
)Шарнирный узел сопряжения деревянных элементов в ферме (патент РФ № 2484211)
Изобретение относится к области строительства в частности к шарнирному узлу сопряжения деревянных элементов в ферме. Технический результат заключается в повышении несущей способности прочности и исключении концентраторов напряжений. Узел включает сопрягаемые деревянные элементы с установленными в них упрочняющими стержнями и закрепленные на торцах металлические опорные элементы. Торцы сопрягаемых элементов опилены под прямым углом к их граням. Опорные элементы образованы из двух пластин разной высоты соединенных между собой ступенчато. Большая из пластин расположена примыкающей к торцу и смещена по его высоте в сторону нижней грани. Средние части опорных элементов уперты посередине с эксцентриситетом относительно осей верхнего пояса конструкции в стальной шарнирный валик. Валик скреплен листовой фасонкой с установленной со стороны решетки жесткой накладкой. Накладка закреплена на нижних гранях деревянных элементов с помощью упрочняющих стержней. Жесткая накладка выполнена в виде двухскатного опорного столика к которому закреплены элементы решетки.
В ходе курсового проектирования был разработан вариант конструктивного решения купольного здания автовокзала павильонного типа по оптимальным параметрам. Были рассчитаны необходимые узлы.
Кроме этого было выполнено:
) знакомство с рациональными областями применения тех или иных конструкций из дерева и полимерных материалов;
) освоены основные принципы объемно-планировочной компоновки зданий (сооружений);
) приобретены навыки правильного установления конструктивных и расчетных схем зданий и их отдельных элементов;
) овладение рациональными алгоритмами расчетов конструкций и их элементов для обеспечения необходимой прочности жесткости и устойчивости проектируемого объекта.
Данное курсовое проектирование позволило приобрести навыки в решении таких задач как:
- выбор на основании вариантного сравнения наиболее рационального конструктивно-компоновочное решения здания;
- выбор материалов для изготовления соответствующих элементов и конструкций назначение расчетных сопротивлений определение класса здания степени огнестойкости и условий эксплуатации;
- определение нагрузок действующих на сооружение и вычисление внутренних усилий возникающих при этом в элементах конструкций;
- конструирование и расчет ограждающих и несущих конструкций здания их элементов узлов и соединений;
- выбор основных принципов монтажа здания и предположение мероприятий по обеспечению его долговечности защите конструкций от гниения возгорания и коррозии.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Конструкции из дерева и пластмасс: Задания и методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС» для студентов специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство» Сост. И.С.Инжутов В.Н.Шапошников А.И.Вологдин С.В.Деордиев. – Красноярск: КрасГАСА 2004. – 46с.
СП 64.13330.2011. Деревянные конструкции. Свод правил. – М.: Стройиздат 2011.-86с.
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. – М.: ФГУП ЦПП 2011. – 83с.
СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99. – Введ. 01.01.2013. – Москва : Минрегион России 2012. – 116 с.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП 2000. – 96с.
ГОСТ 24454-80. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры. – Госстандарт СССР
Пособие по проектированию деревянных конструкций ( к СНиП II-25-80) ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.: Стройиздат 1986. – 216с.
Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов Ю.В.Слицкоухов В.Д.Буданов М.М.Галпоев и др.; Под ред. Г.Г.Карлсена и Ю.В.Слицкоухова. – 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1986. – 543с. ил.
Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования: Учеб. пособие для вузов Ю.В.Слицкоухов И.М.Гуськов Л.К.Ермоленко и др.; Под ред. Ю.В.Слицкоухова. – М.: Стройиздат 1991. – 256с: ил.
Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет И.М.Гринь. – Издательское объединение «Вища школа» 1975. – 280с.
Компоновочные схемы узлы и детали деревянных зданий: Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство» Сост. И.С.Инжутов В.Н.Шапошников А.И.Вологдин. – Красноярск: КрасГАСА 1999. – 46с.
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: Головное изд-во 1981. – 392с.