Конструкции из дерева и пластмасс

КДиП.dwg

Схема расположения арок
Спецификация металлических изделий
Спецификация деревянных элементов по маркам
Спецификация древесины для деревянных конструкций
Сорт древесины элементов констукции
Для изготовления конструкций применяется древесина породы сосна
ясень ГОСТ 24454-80*. 2.Для клееных конструкций применяется клей на основе карбомида
СП 64.13330.2011 3.Максимальная влажность клееных конструкций -7-9%
неклееных-15-20%. 4.Для защиты от возгорания принимаем огнезащитное покрытие эмаль ХВ-5169
грунтовка от биологического повреждения пинотекс «Бейс». 5.В местах контакта дерева с металлом и железобетонном устраивают дополнительную гидроизоляцию(обмазачную или рулонную) 6.Болты оцинковать в заводских условиях
Конструкции из дерева и пластмасс
Проектирование несущих конструкций

Записка КДиП.docx

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Белгородский государственный технологический университет
Кафедра строительства и городского хозяйства
по дисциплине: «Конструкции из дерева и пластмасс»
ВЫБОР НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ .. . ..4
РАСЧЁТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 5
1.Расчёт трёхслойной клеефанерной плиты .5
2. Расчет на устойчивость сжатой обшивки 6
3. Расчёт на скалывание по клеевому слою фанерной обшивки .. ..7
4 Проверка плиты на прогиб . 7
Расчёт несущих конструкций . 8
1. Расчёт фермы крупнопанельной пятиугольной 8
1.1. Конструктивный расчёт 8
1.2. Статический расчёт 8
1.3. Определение расчетных усилий . ..9
2. Расчет и конструирование узлов 12
2.1. Расчет промежуточного узла .. 13
2.2. Расчет конькового узла 14
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 16
1 Защита от гниения 16
2 Защита от возгорания ..17
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .18
Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций применение которых в строительстве является одним из важнейших направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
Древесина это самовозобновляющийся строительный материал обладающий следующими достоинствами:
требует малые энерго- и трудозатраты на её заготовление;
имеет малый коэффициент линейного расширения;
имеет малый коэффициент теплопроводности;
экологически чистый и архитектурно выразительный материал;
высокая степень гвоздимости;
К недостаткам можно отнести:
биологическое повреждение;
Древесина надежно склеивается водостойкими синтетическими клеями. Благодаря этому изготавливаются клеедеревянные элементы крупных сечений больших длин и различных форм. Из таких элементов изготавливаются объекты больших пролетов. Применение клееных деревянных конструкций снижает массу зданий и сооружений обеспечивает их капитальность и длительность эксплуатации а так же уменьшает трудоемкость возведения сооружения.
В данном курсовом проекте необходимо запроектировать несущие конструкции производственного здания:
Плита трехслойная клеефанерная
Арка трехшарнирная кругового очертания.
Характеристика здания
Здание имеет в плане прямоугольное очертание размером 63х24м. Температурно-влажностные условия эксплуатации 3:
-эксплуатационная влажность древесины до 20%
-максимальная влажность воздуха при температуре 20 °С до 85%
Район строительства – II район снеговой нагрузки(S=2.4кНм2) III район ветровой нагрузки(W0=038кПа) [ снип 23-01-99 Строительная климатология]
В качестве несущей конструкции принята арка трех шарнирная кругового очертания
пролётом 24м и высотой 52м.
Ограждающая часть покрытия выполнена из утеплённых трёхслойных клеефанерных плит (12х 42м) с обшивкой из двух листов фанеры – ФСФ соединенных на "ус" размером 12х24м толщиной 9 мм укладываемых по рёбрам (рис.1) . Каркас клееный деревянный из четырёх продольных рёбер с размерами 190(200)х44(50)мм по ГОСТ 24.45-80*(15 раздел [2]-припуски на острожку).. Утеплитель - минераловатная плита из базальта плотностью 06кНм² кровля рулонная.
Для склеивания древесины следует принимать клеи на основе резорцина и меламина с предварительным перемешиванием; утеплитель-теплоизоляционные плиты на синтетическом связующем; пароизоляция-полиэтиленовая пленка толщиной 02мм
Здание I уровня ответсвенности коэффициент надежности по назначению n=1. ([1] табл.7)
Для фанеры – ФСФ в соответствии с [1] табл.6 расчётное сопротивление сжатию в плоскости листа вдоль волокон Rф.с.=12МПа расчетное сопротивление скалыванию в плоскости листа Rф.ск.=08МПа.
Модуль упругости фанеры Е=9000МПа модуль упругости древесины Е=10000МПа.
ВЫБОР НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ С ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ ОБОСНОВАНИМ
Рамы и арки применяются в качестве несущего каркаса зданий различного назначения. Они относятся к распорным конструкциям. Благодаря наличию распора изгибающие моменты в них значительно меньше чем в балочных конструкциях вследствие чего арками и рамами можно перекрывать большие пролеты чем балками.
Распор в арках он может быть воспринят затяжкой или передан на фундамен
Арки проектируют как правило 3-шарнирными. Основная схема арки трехшарнирной кругового очертания показана на рис.1.
В курсовом проекте принимаем: сосна 2 сорт
Рис. 1- Арки трехшарнирная кругового очертания.
В неотапливаемых зданиях ограждающие конструкции выполняют в виде деревянных или стеклопластиковых настилов для покрытий и обшивок стен. Для отапливаемых зданий рекомендуются плиты покрытий и стеновые панели.
Конструкции настилов и прогонов зависят от типа несущих конструкций и их шага от вида гидроизоляционного покрытия от их назначения и т.п. В покрытиях в зависимости от материала кровли применяют дощатые (под мягкую кровлю) или брусчатые настилы под кровлю асбестоцементных или стеклопластиковых волнистых листов черепицу кровельную сталь.
РАСЧЁТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
1. Расчёт трёхслойной клеефанерной плиты
По заданию для каркаса здания при расчёте плиты принимаем клеефанерную ребристую конструкцию плиты с 4 продольными рёбрами поперечные рёбра принимаем из бруса сечением 44х190мм по ГОСТ 24.45-80*(15 раздел [2]-припуски на острожку).
Для обшивки принимаем фанеру – ФСФ ВВВ из березы по ГОСТ 39.16.1-96 толщиной 9мм; Утеплитель-минераловатные плиты из базальта плотностью 06 кНм3
Рис. 1.1. Габариты сечения: а) план плиты; б) продольный разрез 1-1; в) поперечный разрез 2-2
Таблица 2.1. Сбор нагрузок на 1 м² верхней обшивки кНм
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кНм²
Коэффициент надёжности по нагрузке
Расчётная нагрузка кНм²
рубероида трехслойная
Прод. и Попереч. ребра
Утеплитель мин.ватные
Итого постоянная нагрузка
Конструктивная схема в плане назначаем 5180х1190мм. Направление верхней и нижней обшивки принимаем продольными. Ребра после фрезерования принимаем 190х44 влажностью (10±2%)относительная высота плиты hl=2085180=125>135
Расчетный пролет плиты с учетом опорного участка не менее 55см составляет l=5180-60=5120
Рис 1.2 Расчетная схема и эпюры Q и M.
- Коэффициент надежности по назначению (коэффициент надежности по ответственности) учитывает степень ответственности сооружения и обеспечивает требуемый уровень надежности. Так как у меня 1 класс здания принимаем коэффициент
Геометрические характеристики поперечного сечения:
Расчетная ширина фанерных обшивок
bрас=09b=0.9*119=107.1см
Положение нейтральной оси симметрии сечения:
Приведенный момент инерции поперечного сечения плиты
Момент сопротивления поперечного сечения плиты:
Геометрические характеристики клеефанерной плиты приводим к фанерной обшивке учитывая отношение =100009000=11
Проверка плиты на прочности:
Напряжение в верхней сжатой обшивке:
При отношении расстояния С1 между продольными ребрами к толщине обшивки
Усилие в верхней обшивке при местном изгибе определяем как в балке заделанной по концам (у продольных ребер) изгибающий момент в обшивке:
Момент сопротивления обшивки шириной 100см:
Напряжение от изгиба сосредоточенной силой:
Напряжение скалывания клеефанерных швов между слоями фанеры( в пределах ширины продольных ребер)
Проверка жесткости плиты
Жесткость обеспечена
Расчет несущих конструкций
Сегментная трехшарнирная клеедеревянная арка. Здание I уровня ответственности Здания и сооружения имеющие ограниченное народно-хозяйственное и социальное значение. Это – здания складов временные здания и сооружения и т.д.Район строительства по снеговой нагрузке IV по ветровой III. Кровля –мягкая многослойная. Пролет =24м шаг 42м.
Рис 3.0 Расчетная схема сегментной трехшарнирной клеедеревянной арки.
1 Геометрический расчет (см. рис. 3.0). Стрела подъема 56м.
Центральный угол полуарки
Таблица 3.1 Координаты и углы наклона касательной к расчетным сечениям арки
Координаты точек оси арки
Углы наклона касательной к расчетным сечениям:
Результаты подсчетов сведены в табл. 3.1
Расчет производился по [3]
Постоянные расчетные нагрузки на 1 м2горизонтальной проекции покрытия определяются с введением коэффициента перегрузкиnв соответствии со СНиП II -6-74 пп. 2.2. Нормативные нагрузки умножаются на коэффициентk=Sl= 269724 = 112 учитывающий разницу между длиной дуги арки и ее проекцией.
Вес снегового покрова для IV районаP0= 24 кНм2горизонтальной проекции; коэффициентc1 учитывающий форму покрытия в соответствии со
СНиП II -6-74 табл. 5 п. 5.5 будет равен:
тогда нормативная равномерно распределенная снеговая нагрузка
Pнсн=P0×c1= 24 × 058 = 138 кНм2.
Собственный вес арки в зависимости от нормативного веса кровли и снега определим по формуле прил. 2
gнсв= (gнп+Pнсв)[1000(Kсвl) - 1] = (064 + 202)[1000(3 × 24) - 1] = 021 кНм2.
Отношение нормативного собственного веса покрытия к весу снегового покроваgнP0= 3.5624 = 148; коэффициент перегрузкиn= 14[4] тогда расчетная снеговая нагрузка на 1 м2горизонтальной проекции покрытия
S1=P0n c1= 24 × 14 × 0.58 = 1.95 кН м
При снеговой нагрузке распределенной по треугольнику коэффициент
P2=P0nc2= 24 × 14 × 21 = 7056 кН м2.
Расчетные нагрузки приходящиеся на 1 м горизонтальной проекции арки при шаге арок 4.2 м находятся:
от собственного веса покрытия по табл. 3.2
q1= 0.638 × 4.2 = 2.68 кНм;
q2= 0.21 × 4.2 = 0.882 кНм;
S1= 1.95 × 4.2 = 8.12 кНм;
S2= 7056 × 4.2 = 29.64 кНм.
Табл. 3.2 Нагрузки на сегментную трехшарнирную клеедеревянную арку
Коэф. Надежности по нагрузке
3 Статический расчет
Расчет арки производим для следующих сочетаний нагрузок (Рис 3.3)
) постоянной и снеговой равномерно распределенной по всему пролету; 2) постоянной по всему пролету и снеговой равномерно распределенной на половине пролета 3) постоянной по всему пролету и снеговой распределенной по треугольнику на половине пролета [4] п. 5.3
Рис 3.3 Расчетная схема арки.
3.1.Усилия от нагрузки S1 =819кНм расположенной слева
Изгибающие моменты на левой половине арки
Изгибающие моменты на правой половине арки
Продольные силы на левой половине арки
Продольные силы на правой половине арки
Поперечные силы на левой половине арки
Поперечные силы на правой половине арки
3.2.Усилия от нагрузки S2 =2964 кНм расположенной слева:[5] р. II с.322
Изгибающие моменты на левой полуарке:
Изгибающие моменты на правой половине арки:
Продольные силы на левой половине арки:
Продольные силы на правой половине арки:
Поперечные силы на левой половине арки:
Поперечные силы на правой половине арки:
3.3.Усилия от равномерно распределенной нагрузки q =4.186 кНм [2]
Результаты расчетов сведены в табл. 3.3
Табл. 3.3 Усилия в сечениях полуарки
Изгибающие моменты М КН*м
Продольные силы N. КН
Поперечные силы Q.КН
*Гр.2+гр.6 **Гр.2+гр.4 (!)Гр.2+гр.5.
4 Конструктивный расчет:[3]
Максимальные изгибающий момент в сечении 2 равен М=156345 кН*м соответствующая продольная сила N=107156 кН
Приближенный момент сопротивления сечения:
Криволинейные блоки полуарки склеиваем из досок сечением 25х275мм с учетом припусков на острожку 21х265мм [6]
Требуемая высота сечения:
Принимаем сечение высотой :
Момент сопротивления:
r = 0.289h=0.289*612=1769 см
Коэффициент учета дополнительного момента при деформации
Напряжение в сечении 2
Верхняя и нижняя кромки полуарки закреплены связями в плоскости ската через каждые поэтому проверку устойчивости плоской формы деформирования можно не производить.
4.1 Расчет на скалывание:[3]
Максимальное значение поперечной силы на опоре A=4362 кН
Статический момент сопротивления сечения
Момент инерции сечения
Напряжение скалывания
т.к. высота сечения больше 60см
5Расчет конькового узла:
Коньковый узел( рис 3.5) решается с помощью двух стальных креплений из упорного листа и двух фасонок с отверстиями для болтов. Расчет конькового узла производится на действие максимальных продольной : Nс = 13356кН и поперечной Qс = 2457кН сил.
Проверка торцевого сечения полуарки на смятие под углом φ = 460 к волокнам древесины.
Расчетное сопротивление смятию:
Rсмa = Rсм[1 + Rc(Rсм90 – 1)s
Площадь смятия F = 0.265*0.612 = 0.16218м2;
Напряжение = NF = 13356* 0.16218 = 0.8235МПа Rсма.
Определение числа болтов крепления конца полуарки к фасонкам.
Принимаются болты диаметром d = 24мм. и длинной 294мм [8]
Они работают симметрично при числе швов nш = 2 и толщине сечения полуарки
b = с = 265см под углом смятия к волокнам древесины.
[1] табл. 21 (с учетом )..
Несущая способность болта в одном срезе при изгибе:
смятие в крайнем элементе
по смятию древесины:
Рис. 3.5 Коньковый узел
Требуемое число болтов:
n = Q(Tnш) =2457(576*2) = 199.
Принимаем два болта диаметром d = 24мм. в соответствии с [8]
С учетом шага расстановки нагелей принимаем пластину 20х100х560 мм
6Расчет опорного узла:
Расчетная нормальная силаN=А=292409 кН поперечная силаH=114.382 (см. табл 3.3).
N=N+sin59*Hрасп=19963+sin44*13356=292409кН
H=Q+cos59*H=4362+cos44*13356=1396950 кН
Опорная площадь колонны:
При этом напряжение смятия составляет
где - расчетное сопротивление смятию которое определяется по табл.3 СНиП II-25-80. Нижняя часть колонны вставляется в стальной сварной башмак состоящей из диафрагмы воспринимающей распор двух боковых пластин воспринимающих поперечную силу и стальной плиты - подошвы башмака. При передаче распора на башмак колонна испытывает сжатие поперек волокон значение расчетного сопротивления которого определяется по таблице 3 СНиП II-25-80 и для принятого сорта древесины составляет:
Требуемая высота диафрагмы определяется из условия прочности колонны:
Конструктивно принимаем высоты диафрагмы h=18см
Рассчитываем опорную вертикальную диафрагму воспринимающую распор на изгиб как балку частично защемленную на опорах с учетом пластического перераспределения моментов:
Найдем требуемый из условия прочности момент сопротивления сечения. При этом примем что для устройства башмака применяется сталь С245 с расчетным сопротивлением
Тогда толщина диафрагмы:
Конструктивно принимаем толщину диафрагмы 20мм
Рис. 3.6 Опорный узел
Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты:
длина опорной плиты с у четом расстановки болтов [1]:
ширина опорной плиты:
включая зазор "с" между боковыми пластинами и аркой по 05 см.
Для крепления башмака к фундаменту принимаем анкерные болты диаметром 16 мм [8] имеющие следующие геометрические характеристики:
Анкерные болты работают на срез от действия распора. Определяем срезывающее усилие действующее на один болт:
Назначаем 4 болта на каждый
Напряжение среза определим по формуле:
где- расчетное сопротивление срезу стали класса С245 равное в соответствии с [7]табл.1*.
Конструктивно принимаем четыре анкерных болта М16
Для крепления башмака к опорной конструкции используем два шурупа
х50 в соответствии [11]
Опорный узел показан на рис 3.6
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1.Защита от гниения.
Древесина как материал органического происхождения является питательной средой для грибов и насекомых. Гниение древесины может происходить лишь при создании определенных условий: температура – от 0 до 50 град. C доступ кислорода влажность воздуха – 80–100% влажность самой древесины – не менее 15–20%. В идеале борьбу с возможным гниением древесины начинают еще на стадии производства и хранения пиломатериалов. Влажность свежесрубленной древесины меняется по сезонам но в среднем составляет 60–80% поэтому ее необходимо подвергать сушке. Самый доступный вариант – естественная сушка заключающаяся в не менее чем годовом «вылеживании».
Более качественна - стерилизация древесины. Она происходит естественно в процессе искусственной особенно высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при температуре выше 80оС приводит к гибели всех присутствующих в ней спор грибов.
Особого внимания заслуживают конструктивные мероприятия предупреждающие совместное воздействие избыточного увлажнения и промерзания деревянных конструкций резкой смены температур конденсации влаги недостаточной циркуляции воздуха. Защиту древесины от атмосферной влаги обеспечивают водонепроницаемая кровля и окраска водостойкими лакокрасочными материалами от капиллярной влаги – соответствующая гидроизоляция. Избежать конденсационного увлажнения можно правильно разместив тепло- и пароизолирующие слои (первый – ближе к наружной т. е. холодной поверхности второй – напротив ближе к внутренней т. е. теплой). Хорошее проветривание древесины благоприятно для её естественного высыхания в процессе эксплуатации. Элементы основных конструкций следует проектировать без зазоров и щелей где может застаиваться сырой воздух.
Разумеется деревянные конструкции должны опираться на фундаменты и располагаться выше уровня грунта. Не следует забывать об отводе грунтовых вод (дренаже) и устройстве отмосток. Повышению биостойкости способствует хорошее проветривание древесины обеспечивающее ее естественное высыхание в процессе эксплуатации. Для этого делают осушающие продухи в толще конструкции сообщающиеся с наружным воздухом. Естественные продухи образуются между листами асбестоцементной кровли. Также желательно чтобы рядом с домом не росли большие деревья создающие затенение и препятствующие аэрации. Весомый вклад в предупреждение гнилостных поражений деревянных стен может внести обшивка их досками. Особенно с торцов поскольку торцевой срез является наиболее «слабым местом» и проникание влаги происходит здесь гораздо быстрее и глубже.
Химическая защита древесины необходима в тех случаях когда её увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Конструкции эксплуатируемые на открытом воздухе в земле в толще ограждающих конструкций зданий и в других случаях неизбежно увлажняются атмосферной грунтовой или конденсационной влагой. Химическая защита таких конструкций от загнивания заключается в пропитке или покрытии их ядовитыми для грибов веществами – антисептиками.
Своевременному обнаружению загнивания способствуют тщательные ежегодные осмотры деревянных конструкций.
2 Защита от возгорания.
Древесина относится к сильногорючим и легковоспламеняемым материалам. Возгорание древесины при контакте с открытым огнем происходит при температуре 260 290 °С а при нагреве выше 350 °С газы выделяющиеся из древесины способны самовозгораться. Горение древесины происходит в результате ее нагрева до температуры при которой начинается ее термическое разложение с образованием горючих газов содержащих углерод.
Целью защиты от возгорания является повышение предела огнестойкости деревянных конструкций с тем чтобы они дольше сопротивлялись возгоранию и в процессе горения не создавали и не распространяли открытого пламени. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты деревянных конструкций от возгорания.
Конструктивная защита древесины от возгорания заключается в ликвидации условий благоприятных для возникновения и распространения пожара. В конструкциях производственных зданий с горячими процессами применение древесины не допустимо. Деревянные конструкции должны быть отделены от печей и нагревательных приборов достаточными расстояниями ил огнестойкими материалами. Для предотвращения распространения огня деревянные строения должны быть разделены на части противопожарными преградами и зонами из огнестойких конструкций. Деревянные ограждающие конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха по которым может распространяться пламя не доступное для тушения. Элементы деревянных конструкций должны быть массивными клеенными или брусчатыми имеющими большие пределы огнестойкости чем дощатые. Обыкновенная штукатурка значительно повышает сопротивление деревянных стен и потолков возгоранию.
Химическая защита производится в тех случаях когда от ограждающих деревянных конструкций требуется повышенная степень огнестойкости. Снижение возгораемости древесины вплоть до перевода ее в группу трудносгораемых можно достичь двумя путями: покрытием древесины огнезащитными составами и пропиткой древесины антипиренами (от греч. руг— огонь). Огнезащитные покрытия могут быть в виде обмазок красок и лаков. Обмазки состоят из неорганических связующих (глина известь гипс) наполнителей (слюда асбест и т. п.) и антипиренов. Огнезащитные пропитки — растворы солей и некоторых других веществ — антипиренов которыми пропитывают древесину. Эти вещества введённые в древесину при опасном нагреве плавятся или разлагаются покрывая её огнезащитными плёнками или газовыми оболочками препятствующими доступу кислорода к древесине которая при этом может только медленно разлагаться и тлеть не создавая открытого пламени и не распространяя огня. Пропитка древесины производится с одновременной пропиткой антисептиками. Защитные краски на основе жидкого стекла суперфосфата и других веществ наносятся на поверхность древесины. При нагревании во время пожара плёнки их вздуваются от выделяемых газов и создают воздушную прослойку временно препятствующую возгоранию.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
СП 64.13.330-2011 – Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 2-25-80.
Пособие к СНиП : II-25-80 Пособие по проектированию деревянных конструкций
Расчет конструкций из дерева 2-е издание стереотипное Ф.А.Байтемиров В.М.Головина Э.М.Улицкая-Москва: издательский центр «Академия» 2006.
СНиП II-6-74 "Нагрузки и воздействия
"Проектирование деревянных конструкций" учебное пособие Под редакцией Е.Н. Серова. Москва Санкт-Петербург 2011г.
Гост 24544-80 Пиломатериалы хвойных пород
СНиПII-23-81* «Стальные конструкции»
БОЛТЫ С ШЕСТИГРАННОЙ ГОЛОВКОЙ КЛАССА ТОЧНОСТИ В Конструкция и размеры ГОСТ 7805-70
ГОСТ 5915-70 (СТ СЭВ 3683-82) Гайки шестигранные класса точности В
Болты фундаментные общие технические условия. конструкция и размеры ГОСТ 24379.1-80