Курсовая работа. Расчет конструкций рабочей площадки

Кр.docx

Задание на курсовую работу5
Расчет конструкций рабочей площадки6
1Компоновка рабочей площадки6
2Материалы конструкций8
3Нагрузки на рабочую площадку8
4Расчетная ячейка рабочей площадки8
Расчет прогонов кровли12
1Подбор сечения прогона13
2Проверка прочности принятого сечения14
3Размещение нагелей15
Расчет клееной балки16
1Подбор сечения клееной балки17
2Проверка прочности принятого сечения:19
3Проверка прочности клеевого шва на скалывание при изгибе:19
4Проверка жесткости балки:19
5Требуемая площадь смятия опорной подушки:19
6Проверка собственного веса балки.20
Расчет центрально сжатой стойки (колонны)20
1Подбор сечения центрально-сжатой стойки( колонны)21
2Проверка прочности принятого сечения22
Узлы сопряжения балок24
На протяжение многих веков дерево было и остается одним из основных строительных материалов удобным в процессе строительства и эффективным в эксплуатации. Деревянные дома строились в основном по принципу сруба но уже в XIX веке в Скандинавских странах с ним стала соперничать деревянно-каркасная технология возведения зданий.
В Канаде и США деревянно-каркасные дома строятся более 200 лет. Сегодня около 80% населения США Канады Норвегии Швеции и Финляндии строят для себя именно такие дома. Этот выбор обусловлен постоянно растущими требованиями западных потребителей к экологичности энергосберегаемости и комфортабельности жилья. Предпочтение в малоэтажном строительстве безоговорочно отдано более дешевым энергосберегающим и экономичным деревянным конструкциям.
Дерево - долговечный материал что подтверждается многочисленными примерами. Прошло более 300 лет с тех пор как российскими мастерами был построен архитектурный ансамбль Кижского погоста; множество деревянно-каркасных домов в Канаде которые были построены еще в период основания европейцами Америки успешно эксплуатируются до сих пор. Неоднократные профилактические ремонты за сотни лет изменили эти дома до неузнаваемости но основа дома - деревянный каркас остается неизменной.
В 80-х годах XX в. Когда в Японии только начинали строиться первые деревянно-каркасные дома консервативное население этой страны неохотно их приобретало. Однако после крупного землетрясения в Киото которое обернулось настоящей катастрофой для населения Японии каркасные дома остались одними из немногих зданий которые не подверглись разрушению доказав тем самым полную безопасность для проживающих в них людей и прочность своей конструкции. С тех пор более 75% населения Японии выбирают именно деревянно-каркасные дома.
Для наших северных соседей в рамках реализации национального проекта “Доступное жилье-гражданам России” и Федеральной целевой программы “Жилье на 2002-2012 годы” соответствующим государственным структурам и частному бизнесу создается благоприятный климат для продвижения деревянно-каркасной технологии. Только за прошлый год количество заводов-производителей увеличилось на 30. Затраты рекламных компаний - сотни миллионов. Все соответствующие технологии производятся на территории РФ.
Для удовлетворения требований современных украинских норм теплосбережения толщина стены из традиционного кирпича должна быть не менее 08м. что является экономически нецелесообразным поэтому следует использовать более современные методы устройства конструкции стены и применять новые эффективные утеплители. Стена деревянно-каркасного дома полностью удовлетворяет требованиям таких норм и более того превышает их требования. На отопление в домах построенных по деревянно-каркасной технологии расходы в 9 раз ниже чем в обычных многоквартирных домах с кирпичными пенобетонными или железобетонными стенами.
Кроме всех перечисленных достоинств каркасный дом обладает массой других преимуществ на которые мы не сразу обращаем внимание. Например: внутренние коммуникации дома скрыты от наших глаз в стены и перед жильцом больше не возникает вопрос как их спрятать чтобы не испортить интерьер.
Задание на курсовую работу
Расчет конструкций рабочей площадки
Рабочая площадка располагается внутри здания и служит для размещения на ней технологического оборудования материалов и обслуживающего персонала. Площадка состоит из несущих щитов прогонов покрытия клееных главных балок и колонн. Колонны опираются на собственные фундаменты (Рисунок 1).
Рисунок 1. Рабочая площадка
– асфальтовая стяжка; 2 – несущий щит; 3 – прогон; 4 – главная балка; 5 – колонна.
1Компоновка рабочей площадки
Компоновку площадки начинают с нанесения разбивочной сетки колонн маркировка которой приведена ниже (Рисунок 2). На пересечениях осей устанавливают колонны затем составляют план расположения балок рабочей площадки.
Главные балки располагают вдоль большего шага колонн прогоны – в перпендикулярном к ним направлении. Прогоны из конструктивных соображений целесообразно смещать с оси колонны на половину их шага (а2).
Крайние главные балки имеют консольные части с = а2 + (150 + 200) мм.
Рисунок 2. Разбивочная сетка колон
2Материалы конструкций
В качестве основных материалов для несущих деревянных конструкций используются пиломатериалы из сосны и ели. Древесина для изготовления конструкций эксплуатируемых в закрытых зданиях как в нашем случае должна иметь влажность не более 20 %. Пиломатериалы предназначенные для клееных конструкций и элементов должны иметь влажность во время изготовления в пределах 8-12 % и удовлетворять требованиям ГОСТ 20850-75.
Жидкие клеи на основе синтетических смол для склеивания древесины принимаются на основе СНиП -25-80.
3Нагрузки на рабочую площадку
Конструкции рабочей площадки рассчитывают на равномерно распределенные переменную полезную и постоянную нагрузку от собственного веса покрытия. Расчет на прочность балок и устойчивость колонн выполняют по предельным расчетным нагрузкам а на жесткость балок по эксплуатационным нагрузкам.
Характеристическое значение переменной нагрузки .
4Расчетная ячейка рабочей площадки
Расчет конструкции начинаем с установления расчетной схемы. Выделим из рабочей площадки среднюю расчетную ячейку ограниченную параметрами L и B. Для этой ячейки выполняем расчет конструкций балок Б1 и Б2 (балок прогона и клееной балки) а также колонны К (Рисунок 3).
Рисунок 3. Расчетная схема ячейки рабочей площдки
Принимаем несущий щит из досок шириной 10 см толщиной 25 см 4 поперечные и 6 диагональных планок из досок 4х10 см (Рисунок 4). Расстояние между прогонами покрытия для нашего задания длину несущего щита назначаем равной удвоенному расстояние между прогонами – 2 м (2·1=2м) а ширину определим из расчета: трехпролетное здание с длиной в поперечном направлении В = 3 м (3·3=9 м) значит ширина щита должна быть равной 15 м (910=09) где 10 – количество щитов в поперечном направлении на любые 2 прогона.
Эти несущие щиты укладываются на прогоны покрытия и их настил работает на изгиб как двухпролетная балка. Настил кровли рассчитывается с учетом его неразрезности в пределах двух пролетов.
Рисунок 4. Несущий щит
Собираем постоянную нагрузку от собственного веса ограждающей части покрытия. В нашем примере характеристическое значение переменной нагрузки – Ро=4 кНм2 (Таблица 1.)
Таблица 1. Сбор нагрузок
Элементы конструкций
Характери-стическая нагрузка кНм2
Коэффи-циент надежности по нагрузке γfm
Расчетная предель-ная нагрузка
Масса асфальтовой стяжки (где t – толщина стяжки;
ρ – плотность асф. смеси; g – ускорение свободного падения.)
Масса настила щита (где t – толщина щита; ρ – плотность древесины)
Поперечные и диагональные планки настила (ориентировочно 50% массы настила)
– Суммарная характеристическая нагрузка на 1м2 покрытия:
где: – характеристическая нагрузка от собственного веса ограждающей части покрытия.
– Суммарная расчетная предельная нагрузка на 1м2 покрытия:
– Общая расчетная предельная нагрузка на 1 п.м. полосы настила шириной b = 1 м:
где: – коэффициент надежности по временной нагрузке.
– Максимальный изгибающий момент на промежуточной опоре (Рисунок 5):
Рисунок 5. Схема загружения балки равномерно распределенной нагрузкой
– Момент сопротивления настила щита шириной b = 1 м:
– Напряжение изгиба:
где: – расчетное сопротивление на изгиб (см. приложение 1 (1) ).
Проверка жесткости настила щита.
– Эксплуатационная нагрузка на 1 п.м. полосы настила шириной b=1 м:
где: – коэффициент надежности по нагрузке для эксплуатационного значения .
– Момент инерции настила щита:
– Максимальный прогиб для двухпролетной неразрезной балки:
– Полученный прогиб сравниваем с предельным (для настилов):
Расчет прогонов кровли
Прогоны предназначены для восприятия вышележащей нагрузки и передачи ее на основные несущие конструкции. Прогоны покрытия могут быть: разрезными консольно-балочными неразрезными.
Основным решением многопролетных прогонов в покрытиях по несущим деревянным конструкциям следует считать спаренные прогоны работающие как неразрезные (Рисунок 6).
Рисунок 6. Схема загружения прогона равномерно распределенной нагрузкой.
Прогоны в этой случае выполнятся из двух досок поставленных на ребро. Доски стыкуются в разбежку слева и справа от опоры на расстоянии х = 021·В в месте нулевого значения момента. При этом неразрезная система прогонов при равных пролетах и равномерно распределенной нагрузке является равнопрогибной. Здесь значения опорных и пролетных изгибающих моментов и прогибов так же как в консольно-балочной системе.
Стыки досок прикрепляются к неразрезной доске гвоздями.
Кроме этих расчетных гвоздей по длине прогона ставятся конструктивно такие же гвозди через 50 см в шахматном порядке.
Прогоны кровли принимаем спаренными со стыками расположенными по длине в разбежку на расстоянии 021·В от опоры. Такие прогоны рассчитываются как многопролетные балки с пролетом равным расстоянию между несущими конструкциями.
1Подбор сечения прогона
Принимаем ориентировочно сечение прогона учитывая соотношение: hb>2: b= 38 мм = 0038 м; h = 180 мм = 018 м.
где b - ширина прогона состоящая из двух досок поставленных на ребро т.е. b=2t (t – толщина доски t = 0019 м.)
Тогда: b x h = 0038 х 018 м и собственный вес 1п.м. прогона будет равен:
где – плотность материала плотность древесины ;
– характеристическая постоянная нагрузка на 1 п.м. прогона:
– общая расчетная предельная нагрузка приходящаяся на 1 п.м. прогона:
где: – коэффициенты надежности по нагрузке табл. 5.1. (2);
– максимальный изгибающий момент:
– требуемый момент сопротивления прогона:
Определим ширину прогона:
Исходя из соотношения: hb > 2· если b = 61 мм ; h = 180
Принимаем прогоны из 2-х досок 2 х 32 х 22 см.
2Проверка прочности принятого сечения
Момент инерции прогона определяем по формуле:
Жесткость определяем по формуле:
Относительный прогиб:
Расстояние от опоры до стыка прогона:
Диаметр гвоздей принимаем диаметром 04 см и длиной 100 см и соединяем ими спаренные прогоны в местах стыков досок.
Расчетную несущую способность одного среза гвоздя определяем по (3).
где с – толщина средних элементов а также элементов равных по толщине.
При длине гвоздя больше толщины соединяемых элементов принимаем c с условием выхода гвоздя:
где а – толщина доски прогона т.е. а = 32 cм
Таким образом в расчет принимаем .
Требуемое количество гвоздей определяем по формуле:
Расставляя 7 гвоздей в одном вертикальном ряду расстояние между осями гвоздей поперек волокон получаем:
Расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины от гвоздя до стыка (до торца доски) должно быть (3):
Расчет клееной балки
Клееные деревянные конструкции обладают большей прочностью и жесткостью по сравнению с составными конструкциями на податливых связях. Клееные балки применяют главным образом в качестве несущих конструкций покрытий зданий (Рисунок 7).
Рисунок 7. Клееная балка
Балки как правило бывают прямоугольного сечения составленного из пакета досок склеиваемых по пласти. В покрытиях применяют балки постоянной высоты с опорами на одном и разных уровнях и балки переменной высоты двускатные.
Ширину балок после двусторонней острожки кромок досок до склеивания пакета и острожки боковых плоскостей балки после ее склеивания принимают равной - 120 140 170 180 мм. Толщину досок после острожки их по пластям 35 или 45 мм.
Высоту h балок постоянного сечения назначают примерно равной 112 пролета но не более 16 В. Расчет клееных балок производится таким же образом как и балок цельного сечения.
1Подбор сечения клееной балки
Рассмотрим главную балку на которую с двух сторон опираются балки настила. Длина здания в продольном направлении L = 6 м. Главная балка является однопролетной шарнирно опертой. Нагрузка от собственного веса покрытия:
Таблица 2. Сбор нагрузок на главную балку
Коэффици-ент надежности по нагрузке γfm
Расчетная предельная нагрузка
Масса асфальтовой стяжки
Масса прогона кровли
Принимая коэффициент собственного веса Ксв = 5 определяем собственный вес балки:
При расстоянии между балками B = 3 м нагрузка на 1 п.м. балки:
– суммарная характеристическая нагрузка:
– общая расчетная предельная нагрузка:
Расчетный изгибающий момент:
Наибольшая расчетная поперечная сила:
Требуемый момент сопротивления балки:
Подбираем сечение клееной балки.
Балку проектируем прямоугольного сечения. Размеры досок в черновой заготовке 180 х 25 мм. После двойной острожки кромок досок ширина балки b будет равна 170 мм а после острожки пластей по 25 мм с каждой стороны толщина доски станет 20 мм.
Требуемая высота сечения при b =170 мм = 016 м:
Принимаем сечение составленное из 23 доски с общей высотой .
Для обеспечения поперечной устойчивости клееной балки (4) необходимо чтобы :
Соотношение соблюдается
Момент сопротивления сечения:
2Проверка прочности принятого сечения:
где: mб - поправочный коэффициент при высоте балки 46 см равный 115 (прил. 4 (1)).
3Проверка прочности клеевого шва на скалывание при изгибе:
где: – расчетная ширина сечения принимаемая 06 полной ширины шва;
– высота сечения балки;
– расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон при изгибе (приложение 1 (1)).
Момент инерции сечения:
4Проверка жесткости балки:
– максимальный прогиб в середине пролета балки:
– относительный прогиб:
5Требуемая площадь смятия опорной подушки:
где: mn – коэффициент для расчетных сопротивлений (3);
Rсм – смятие поперек волокон в опорных частях (прил. 1 (1)).
При ширине балки b =14 см требуемая ширина опорной подушки равна:
По сортамену (прил. 3 (1)) можем принять доску шириной 10 и13 см. Принимаем bпод = 10 см. Толщину доски принимаем 50 мм = 5 см.
Рисунок 8. Многослойная клееная балка
6Проверка собственного веса балки.
При длине консолей балки а = 70 см = 07 м собственный вес балки отнесенный к 1м2 плана составляет:
что больше принятого в расчет нормативного собственного веса равного 015 кНм2.
Следовательно фактический коэффициент собственного веса балки будет:
Расчет центрально сжатой стойки (колонны)
Центрально-сжатые деревянные стержни в расчетном отношении можно разделить на три группы: стержни малой гибкости (λ 30)стержни средней гибкости (λ = 30 - 75) и стержни большой гибкости (λ > 75).
Расчетная гибкость сжатых элементов не должна превышать следующих предельных значений: для основных сжатых элементов - пояса опорные раскосы и опорные стойки ферм колонн - 120; для второстепенных сжатых элементов - промежуточные стойки и раскосы ферм и другие - 150; для элементов связей – 200 (см. приложение 5 (1)).
1Подбор сечения центрально-сжатой стойки( колонны)
Отметка верха площадки составляет Н = 42 м отметка низа колонны Н1= – 015 м тогда расчетная длина стойки (колонны) составляет:
где : – строительная высота покрытия
где: – толщина поперечных и диагональных планок щита кровли;
– толщина досок щита кровли;
– высота клееной балки;
– толщина опорной подушки.
Расчетное продольное усилие:
Задаемся гибкостью λ = 70 соответствующий этой гибкости коэффициент
φ = 0608 (см. приложение 6 (1)).
Находим требуемый минимальный радиус инерции
где а – принятый размер стороны сечения стойки.
Требуемая площадь поперечного сечения стойки:
где: Rс – расчетное сопротивление сжатию (см. приложение 1 (1)).
В соответствии с требуемой площадью и сортаментом пиломатериалов (см. приложение 3 (1)) принимаем b = h =13 см А =13 х 13 = 169 см2 > Атр = 1366 см2.
Гибкость стойки относительно оси х:
Расчетная гибкость не превышает предельных значений.
где 0501 – значение φ соответствующее гибкости 786 (см. приложение 6 (1)).
Проверка напряжения не превышает допустимые значения.
Рисунок 9. Конструктивная и расчетная схема колонны
База колонны служит для передачи нагрузки с колонны (центрально-сжатого стержня) на фундамент и обеспечивает закрепление нижнего конца стойки в соответствии с расчетной схемой.
В данной курсовой работе принимаем конструктивно опорный узел с применением стального башмака.
Рисунок 10. Опорный узел центрально- сжатой стойки (колонны):
-стойка; 2-болт; 3-стальной башмак; 4-гидроизоляция; 5-анкер; 6-сварка.
Узлы сопряжения балок
Сопряжение главных балок и прогонов между собой выполняют на монтаже. В соответствии с заданием рассматриваем сопряжение этажное.
Этажное сопряжение балок наиболее технологичное но имеет повышенную строительную высоту. Положение прогона на главной балке фиксируется болтами грубой или нормальной точности (класс В или С) поставленными конструктивно. Главная балка в месте опирания прогона укрепляется поперечными ребрами жесткости.
Рисунок 11. Узел сопряжения
-клееная балка; 2-болты; 3–опорная подкладка (подушка); 4- колонна; 5–уголоки; 6-хомут.
Бабич Владимир Васильевич и Марченко Елена Ивановна. Методические указания к выполнению курсовой работы "Строительные деревянные контрукции рабочей площадки" для студентов специальности 6.060101 "Строительство". Днепропетровск: ИНСО ПГАСА 2010. стр. 47.
ДБН В.1.2.-2:2006. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. 2006.
СНиП - 25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции. 1980.
Карлсен Г. Г. Деревянные конструкции. Москва: Госстройиздат 1929. стр. 542.
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учеб. пособие для студентов вузов обучающихся по спец. "Промышленное и гражданское строительство". Под редакцией Иванова В.А.. 2-е. Москва: Высшая школа 1990. стр. 287.

ДКнов,брош.doc

Министерство образования и науки Украины
ПРИДНЕПРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра строительства и архитектуры
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы “Строительные деревянные конструкции рабочей площадки” по дисциплине “Деревянные конструкции”
для студентов направления подготовки 0921 «Строительство»
специальности 6.060101 «Промышленное и гражданское строительство»
Методические указания к выполнению курсовой работы «Строительные деревянные конструкции рабочей площадки» по дисциплине «Деревянные конструкции» для студентов направления подготовки 6.060101 «Строительство» специальности «Промышленное и гражданское строительство». Днепропетровск ИНСО ПГАСА 2010 г. 47 стр.
В настоящих указаниях изложены принципы решений деревянных конструкций рабочей площадки состоящей из деревянных колонн балок и несущих щитов а также примеры решений этих несущих элементов.
на заседании кафедры
строительства и архитектуры
протокол № 8 від 25.03.10 г.
Составители:Бабич В.В. к. т. н. доцент
Марченко Е.И. ассистент.
Ответственный за выпуск:
заведующий кафедрой «Строительство и архитектура» ИНСО ПГАСА д.т.н. профессор Л.М. Диденко.
Рецензент: к.т.н. доц.Панченко В.М.
Применение древесины в строительстве
Строительная древесина ее свойства
1. Положительные свойства
2. Отрицательные свойства
Сортамент строительных материалов из древесины
Средства соединения элементов деревянных конструкций
2. Соединения на нагелях
3. Размещения нагелей
Расчет конструкций рабочей площадки
1. Компоновка рабочей площадки
2. Материалы конструкций
3. Нагрузки на рабочую площадку
4. Расчетная ячейка рабочей площадки
Расчет прогонов кровли
Расчет клееной балки
Расчет центрально-сжатой стойки (колонны)
Узлы сопряжения балок
Оформление пояснительной записки
Приложение 1. Расчетные сопротивления древесины ели и сосны
Приложение 2. Предельные деформации (прогибы) изгибаемых элементов зданий
Приложение 3. Рекомендуемый сортамент пиленых лесных материалов
Приложение 4. Переходные коэффициенты mб к моменту сопротивления при изгибе клееных элементов
Приложение 5. Предельная гибкость элементов деревянных конструкций
Приложение 6 Значение некоторых коэффициентов φ продольного изгиба центрально-сжатых элементов
Пример оформления чертежей
Пути повышения эффективности применения деревянных конструкций в строительстве
Ценные строительные свойства древесины определяют и области ее эффективного использования. Малая плотность сухой древесины при сравнительно большой прочности и жесткости (вдоль волокон) делает целесообразным применение деревянных конструкций в покрытиях общественных промышленных и сельскохозяйственных зданий поскольку в них наряду с наиболее полным использованием лучших конструкционных свойств сухой древесины легче всего осуществить конструктивные меры борьбы с гниением. Экологическая чистота делает древесину особенно целесообразной для строительства жилья в частности коттеджного типа. В ограждающих частях отапливаемых зданий при этом хорошо используется малая теплопроводность сухой древесины поперек волокон. Химическая стойкость сухой древесины оправдывает преимущественное применение безметальных и особенно клееных деревянных конструкций для покрытий химических цехов и складов.
Для несущих конструкций применяют сосну ель лиственницу пихту кедр. Лиственные породы - осина березу ольху липу и тополь - применяют лишь в конструкциях временных зданий и сооружений а также для устройства опалубки лесов и подмостей.
В наибольшей степени требованиям современного строительства отвечают клееные деревянные конструкции. Они позволяют повышать качество строительства и широко применять сборные детали любой формы и размеров. Клееные конструкции являются наиболее экономичными по расходу лесоматериала.
Применение новых материалов типа водостойкой фанеры древесностружечных и древесноволокнистых плит древеснослоистых пластиков и фибролита позволяет использовать малопригодную для строительства древесину и отходы.
Индустриальное производство из высушенного лесоматериала и применение необходимых конструктивных и химических мероприятий по защите древесины от гниения и пожарной опасности создает условия для существенного повышения капитальности деревянных конструкций.
Древесина – материал органического происхождения. Ее используют в строительстве обычно после простой обработки мало меняющей ее начальные механические и физические свойства. Рассмотрим свойства строительной древесины которые оказывают влияние на проектирование возведение и эксплуатацию деревянных конструкций.
1. Положительные свойства.
- малый объемный вес при относительно высокой прочности: строительная древесина весит примерно в 5 раз меньше железобетона и в 16 раз меньше стали. Расчетное сопротивление ее осевому сжатию (Rc=13МПа) такое же как у железобетона (при марке бетона 300) и в 16 раз меньше чему стали марки Ст 3 то есть во столько же раз меньше во сколько плотность древесины меньше стали.
- легкость добывания и простота обработки;
- возможность сборки разборки переноса и переделки отдельных деревянных конструкций и целых сооружений;
- благоприятные термические свойства древесины. Коэффициент линейного термического расширения хвойных пород вдоль волокон составляет 0000004 - 0000005 то есть примерно в 2-3- раза меньше чем у стали и железобетона.
Еще меньше во сравнению со сталью и железобетоном у древесины коэффициент теплопроводности. Для сосны и ели коэффициент теплопроводности вдоль волокон составляет около 030 ккалч·м2·град. а поперек волокон – 012 – 015 ккалч·м2·град. Этот показатель позволяет использовать древесину в качестве эффективного утеплителя;
- высокая долговечность строительной древесины при надлежащем режиме эксплуатации конструкции. В качестве примера долговечности деревянных конструкций можно привести фермы покрытия манежа в Москве построенные в 1817 году.
2. Отрицательные свойства.
- неоднородность строения древесины. Вследствие этого прочность ее очень зависит от угла между направлениями волокон и действующего усилия. Так при изменении угла от 0 до 30º прочность древесины на сжатие падает почти в 5 раз;
-изменение размеров деформаций получаемых при сжатии и смятии древесины под разными углами к направлению волокон;
- прочность строительной древесины в большой степени зависит от наличия и расположения сучков косослоя и др. Образцы взятые из ствола у корня выше чем у кроны на 15-20%;
- ограниченность сортамента строительной натуральной древесины как по форме поперечных сечений (круг или прямоугольник) так и по размерам (максимальная длина пиленых лесных материалов 65 м круглых поделочных бревен -85 м).
- большая зависимость физико-механических свойств и размеров от влажности. В свежесрубленной древесине наибольшей влажностью обладает заболонь (110 – 120%) и меньшей – ядровая часть (35-50%). В процессе высыхания может наступить обратное соотношение. Поэтому при определении влажности древесины крупных строительных сортаментов следует брать пробу в разных местах на глубине 25-30 мм и на расстоянии не ближе 05 м от торца. Получаемые при этом показатели абсолютной влажности древесины следует рассматривать как средние.
С увеличением влажности предел прочности ее почти при всех видах статической работы резко падает. Изменение влажности древесины от 5 до 15% сопровождается падением прочности на сжатие почти в 2 раза. Дальнейшее увлажнение ее до 25% вызывает уменьшение прочности еще на 13 а изменение влажности древесины сверх 30% (точка насыщения волокна) уже незначительно уменьшает прочность. Наиболее слабое влияние оказывает изменение влажности древесины на работу ее при растяжении вдоль волокон. Совсем не обнаружена зависимость прочности древесины на ударный изгиб от ее влажности. Повышение влажности древесины сопровождается значительным увеличением деформаций при одинаковых напряжениях;
- высыхание древесины – является существенным недостатком часто сопровождается сильным растрескиванием что несет за собой снижение несущей способности деревянных элементов и их соединений и значительные и неравномерные изменения начальных размеров поперечных сечений бревен брусьев и досок;
- усушка разбухание гниение и горение подверженность химическим воздействиям порча некоторыми видами жучков и моллюсков.
Рис. 2.1. Усушечные деформации:
а - усушка (и разбухание) древесины в направлениях касательном к годовым слоям радиальном и продольном;
б - изменение размеров и формы поперечного сечения под влиянием усушки; в - коробление досок в зависимости от их расположения по отношению к центру бревна; г – растрескивание
Лесоматериалы делятся на круглые и пиленые. Круглые лесоматериалы по качеству делят на четыре сорта и бессортные (мелкие). Для рационального использования бревен в конструкциях их нередко применяют без обработки в «цилиндр» а со «сбегом» - уширением к корню (8 мм на 1000 мм длины); брусья с «обзолом» без полной опиловки.
Пиломатериалы изготовляют из хвойных и лиственных деревьев в зависимости от сечений получаемых от распиловок различают следующие виды пиломатериалов:
а) по размерам поперечного сечения — доски если ширина больше двойной толщины; бруски если ширина не более двойной толщины; брусья если толщина и ширина более 100 мм;
Доски – пиломатериал толщиной до 100 мм при соотношении ширины и толщины более 2. Их разделяют на тонкие толщиной до 32 мм для лиственных пород и более 40 мм для хвойных. Тонкие доски называют тесом. В зависимости от чистоты опиловки доски бывают необрезные с неопиленными кромками на всю длину доски и или на половину длины и обрезные – с кромками пропиленными по всей длине (в данном случае сечение доски представляет собой правильный прямоугольник) или более чем на половину длины доски.
Обапол – боковая часть образующаяся при распиловке бревна на доски или бруски. Одна сторона у него полностью пропилена вторая частично (дощатый обапол) или непропиленная (горбыльный обапол).
б) по характеру обработки: обрезные если все четыре стороны обпилены и необрезные у которых пласти пропилены а кромки частично или полностью не пропилены.
Стандартными длинами пиломатериалов считаются длины до 65 м с градацией 025 м.
Существует сортамент пиломатериалов изготовляемых промышленностью (прил. 3). По специальному заказу возможен выпуск пиломатериалов с отступлением от норм.
В промышленности пиломатериалы в зависимости от наличия и размеров пороков делят на сорта: для хвойных пород - четыре для лиственных - три.
Рис. 3.1. Лесоматериалы:
а- общая характеристика; б - стандартные размеры бревен и пластин; в - наименование материалов по размерам сечения;
- бревно; 2 - пластина; 3 - четвертина; 4 - лежень;
- горбыль; 6-полуобрезной брус; 7 - четырехбитный брус;
- необрезные доски; 9 - обрезные доски; 10 - брусок;
- тонкая доска; 12 - толстая доска; 13 - комель;
За последние годы в строительстве стали широко применять так называемую облагороженную древесину — древесные пластики которые получают из продуктов переработки натуральной древесины склеенных синтетическими смолами при высоких давлении и температуре. Виды древесных пластиков:
а) фанера - состоит из нечетного количества склеенных взаимно перпендикулярных слоев древесного лущеного шпона толщиной 05-15 мм последний изготовляют из разных пород древесины но лучше - из березы. Наружные слои шпона в фанере называемые «рубашками» имеют одинаковое направление волокон древесины и изготовляются из более качественного шпона чем внутренние слои называемые «серединками». Продольным направлением фанеры считается направление волокон в «рубашках».
По нормам для клееных деревянных конструкций следует применять фанеру ФСФ и бакелизированную фанеру ФБС у которой все слои пропитаны водостойкими смолами. Фанеру выпускают в листах размерами до 2440
б) древесно-волокнистые плиты ДВП толщиной 3-6 мм изготовляемые из связующего и растертой до волокнистого состояния древесной массы;
в) древесно-стружечные плиты ДСП толщиной 6-32 мм изготовляемые способом горячего прессования под давлением пропитанных смолами мелких древесных стружек. Эти плиты требуют обязательного антисептирования. Применяют их преимущественно для перегородок и обшивок;
г) ориентированно-стружечные плиты ОСП применяемые в самое последнее время образованные прессованием прямоугольных плоских щепов пропитанных водостойкими смолами и парафином в условиях высокого давления и температуры. В наружных слоях полоски щепов располагаются в основном параллельно длине плиты;
д) древесно-слоистый пластик получаемый при полной пропитке шпона смолой с последующим горячим прессованием. Это самый прочный из всех древесных пластиков но из-за дороговизны его применяют лишь для небольших ответственных деталей (шпонок нагелей косынок и др.).
Группы деревянных конструкций.
Деревянные конструкции делятся на группы определяемые температурно-влажностными условиями эксплуатации. Эти группы представлены в таблице 3.1.
Группы деревянных конструкций
Условия эксплуатации конструкций
Внутри отапливаемых помещений при относительной влаж-ности воздуха φ ≤ 60%
Производственные общественные и жилые здания
то же при φ= 61- 75%
Производственные здания
Внутри неотапли-ваемых помещений в которых нет выделения водяных паров
Внутри неотапли-ваемых помещений в которых есть выде-ление водяных паров
Животноводческие здания
На открытом воздухе в том числе в районах с расчетной температу-рой ниже - 40°С
Опоры воздушных линий электропере-дачи связи и осветительных сетей
При соприкосновении с грунтом
Шахтные крепи шпалы и опоры устанавливаемые в грунт
При постоянном увлажнении капельно-жидкой влагой
Для соединения элементов деревянных конструкций используют весьма своеобразные средства. По характеру работы эти средства соединения можно разделить на 6 групп:
) связи работающие на выдергивание;
В практике нашего строительства наиболее распространены нагели клей и врубки реже – шпонки и растянутые связи.
Основной недостаток всех видов соединения (за исключением клея) – большая податливость. Гвозди например обладают хорошей плотностью в период загружения но дают больше деформации в процессе эксплуатации находясь под расчетной нагрузкой.
Средства соединения деревянных элементов имеют ограниченную область применения обусловленные специфическими их особенностями. Так врубки и косые шпонки используют только для передачи усилий одного направления и преимущественно в конструкциях из брусьев или бревен кольцевые и зубчатые шпонки- в дощатых сквозных конструкциях клей – в дощатых конструкциях сплошных поперечных сечений.
Соединения на кольцевых шпонках на пластинчатых нагелях и на клею применяют в конструкциях которые изготовляют на заводах. Соединения на врубках и цилиндрических нагелях особенно на гвоздях широко используют в конструкциях построечного изготовления. Соединения на врубках и на цилиндрических нагелях требуют наименьшей затраты рабочей силы на изготовление по сравнению со всеми остальными видами соединений.
2. Соединения на нагелях.
Нагелями называют стальные и деревянные вкладыши в форме цилиндра или пластинки препятствующие смещению соединяемых элементов без распора последних. К цилиндрическим нагелям относят болты и штыри (стержни из круглой стали) а также проволочные гвозди. Значительно реже в строительстве встречаются дубовые цилиндрические нагели трубки (обрезки газовых труб) глухари и шурупы.
В зависимости от способа постановки нагелей различают:
- нагели закладываемые в приготовленные для них отверстия соответствующие их полному размеру – болты штыри трубки дубовые цилиндрические и пластинчатые нагели;
- нагели забиваемые или завинчиваемые без предварительной подготовки гнезда – гвозди проволочные диаметром до 6 мм некоторые виды стальных пластинок и тонкие шурупы диаметром не более 4 мм.
Работа нагелей весьма сложна и в некоторой мере напоминает работу клееного соединения.
При расчете нагельных соединений так же как и болтовых пренебрегают неравномерностью распределения сминающих напряжений по цилиндрическим поверхностям в направлении поперек оси нагеля и учитывают условные напряжения отнесенные к диаметральному сечению и распределенные по нему равномерно.
Способ расчета нагельных соединений принятый в практике нашего проектирования предусматривает проверку прочности соединений на смятие.
3. Размещения нагелей.
Прочность древесины на скалывание или раскалывание должна быть обеспечена надлежащим порядком размещения нагелей в соединениях. Нагели ставят в отверстия заранее рассверленные на полный диаметр и полную глубину в отверстия рассверленные не полностью или забивают без предварительной подготовки отверстий.
Сверлить отверстия рекомендуется электросверлом с направляющей рамой. Диаметр сверла назначают обычно равным диаметру нагеля. Вследствие упругих свойств древесины фактический диаметр отверстия оказывается немного меньше диаметра сверла что и обеспечивает достаточную начальную плотность соединения.
Рис. 4.1. Размещение цилиндрических нагелей и гвоздей:
а - нагелей; б - гвоздей рядовое; в — шахматное; г — косыми рядами
При назначении минимального расстояния между гвоздями необходимо учитывать опасность раскалывания древесины которое тем более вероятно чем больше диаметр забиваемого гвоздя и чем тоньше пробиваемая доска.
Если с ≥ 10d (рис. 4.1.) S1 = 15d; с = 4d; S1 = 25d.
Значения S1 для промежуточных соотношений с:d можно принимать S1 = 15d; расстояние S2 ≥ 15d; S3 ≥ 4d или S3 ≥ 3d.
Для соединения элементов строительных конструкций обычно применяют гвозди d=4 мм ;длиной d=5 мм ;длиной d=6 мм ;длиной l=150 и 200 мм.
Дощато-гвоздевые спаренные прогоны (рис. 4.2) являются многопролетными неразрезными. Они состоят из двух рядов досок толщиной не менее 4 см соединенных пластями при помощи гвоздей. Крайние пролеты этих прогонов включая сечение над второй опорой где действуют большие чем в среднем изгибающие моменты усиливаются третьей доской. Они устанавливаются в скатных покрытиях поперек скатов с шагом не более 15 м и опираются на наклонные верхние кромки основных несущих конструкций и поперечных стен зданий так же как и однопролетные брусчатые прогоны. Так же как и те они крепятся к опорам от перемещений вниз по скатам покрытий.
Концы досок каждого ряда соединяются гвоздевыми расчетными стыками. Стыки соседних рядов досок располагаются по длине прогона вразбежку на расстояниях равных 15 длин пролетов от опор там где изгибающие моменты имеют значения близкие к нулевым. При этом накладкой в каждом стыке является соседняя цельная доска. Между стыками соседние доски соединяются гвоздями через каждые полметра.
Рис. 4.2. Дощато-гвоздевые прогоны покрытий:
а - общий вид; б - стыки; в — расчетная схема; 1 - доски; 2 - гвозди
Дощато-гвоздевые прогоны применяют только в сочетании с настилами например перекрестными воспринимающими скатные составляющие нагрузок и предупреждающими возникновение косого изгиба на который эти прогоны работают ненадежно. Дощато-гвоздевые прогоны требуют меньшего расхода древесины чем брусчатые но их изготовление значительно более трудоемко.
Дощато-гвоздевые спаренные прогоны работают и рассчитываются на изгиб от действия к скату покрытия равномерно распределенных нагрузок от собственного веса всех элементов покрытия g и веса снега s. При шаге прогонов В и угле наклона покрытия α эта нагрузка определяется из выражения:
q = (g соs α + s)соs2 α·a.
Расчетной схемой дощато-гвоздевого прогона является горизонтальная многопролетная неразрезная шарнирно опертая балка с равными пролетами. Максимальные изгибающие моменты в ней возникают в сечениях над средними опорами они принимаются равными М = q·l212 и над вторыми от концов прогона опорами М1 = q·l210.
Подбор сечения и проверка нормальных напряжений при изгибе производятся по максимальному моменту на промежуточных опорах с использованием формулы:
где М – расчетный изгибаемый момент;
Rи – расчетное сопротивление древесины изгибу (см. прил. 1).
Рабочая площадка располагается внутри здания и служит для размещения на ней технологического оборудования материалов и обслуживающего персонала. Площадка состоит из несущих щитов прогонов покрытия клееных главных балок и колонн. Колонны опираются на собственные фундаменты (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Рабочая площадка:
а) схема площадки б) сопряжение балок
– асфальтовая стяжка; 2 – несущий щит; 3 – прогон;
– главная балка; 5 – колонна.
Компоновку площадки начинают с нанесения разбивочной сетки колонн маркировка которой приведена ниже (рис 5.2). На пересечениях осей устанавливают колонны затем составляют план расположения балок рабочей площадки.
Главные балки располагают вдоль большего шага колонн прогоны – в перпендикулярном к ним направлении. Прогоны из конструктивных соображений целесообразно смещать с оси колонны на половину их шага (а2).
Крайние главные балки имеют консольные части с = а2 + (150 + 200) мм.
Например: длина здания в продольном направлении L= 6 м = 6000 мм; длина здания в поперечном (перпендикулярном) направлении – В = 5 м = 5000 мм. Шаг балок настила а=Lп=65=12 где п – количество балок в одном пролете.
Рис. 5.2. Разбивочная сетка колонн
Компоновку продольного и поперечного разрезов выполняют на основании вертикальных отметок Н - отметка верха площадки (дано в задании) и Н1 = -0.150 м. –отметка низа колонн. В качестве нулевой отметки принимают уровень чистого пола здания. Для обеспечения пространственной устойчивости конструкций площадки обычно между средними колоннами наружных рядов устанавливают крестовые связи. Настилом рабочей площадки служат сборные несущие щиты. При этом вес каждого щита не должен превышать веса монтажного блока покрытия при ручной укладке равного 1 кН.
В качестве основных материалов для несущих деревянных конструкций используются пиломатериалы из сосны и ели. Древесина для изготовления конструкций эксплуатируемых в закрытых зданиях как в нашем случае должна иметь влажность не более 20 %. Пиломатериалы предназначенные для клееных конструкций и элементов должны иметь влажность во время изготовления в пределах 8-12 % и удовлетворять требованиям ГОСТ 20850-75.
Жидкие клеи на основе синтетических смол для склеивания древесины принимаются на основе СНиП -25-80.
Конструкции рабочей площадки рассчитывают на равномерно распределенные переменную полезную и постоянную нагрузку от собственного веса покрытия. Расчет на прочность балок и устойчивость колонн выполняют по предельным расчетным нагрузкам а на жесткость балок по эксплуатационным нагрузкам.
Характеристическое значение переменной нагрузки Ро ( кНм2) дано в задании.
Расчет конструкции начинаем с установления расчетной схемы. Выделим из рабочей площадки среднюю расчетную ячейку ограниченную параметрами L и B. Для этой ячейки выполняем расчет конструкций балок Б1 и Б2 (балок прогона и клееной балки) а также колонны К. Например для рабочей площадки с размерами в продольном и поперечном направлении соответственно L = 6 м и B= 5 м расчетная ячейка будет выглядеть следующим образом (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Расчетная схема ячейки рабочей площадки
Несущий щит представляет собой сплошной настил из досок с нижней стороны которого на гвоздях прибиты поперечные и диагональные планки. Эти планки выполняя функции распределительных брусков обеспечивает совместную работу досок настила на изгиб при сосредоточенной монтажной нагрузке и пространственную неизменяемость кровельного покрытия.
Например: Принимаем несущий щит из досок шириной 10 см толщиной 25 см 4 поперечные и 6 диагональных планок из досок 4х10 см (рис 6.1). Расстояние между прогонами покрытия для нашего задания а = lпp = 12 м длину несущего щита назначаем равной удвоенному расстояние между прогонами – 24 м (2·12=24м) а ширину определим из расчета: трехпролетное здание с длиной в поперечном направлении В=5 м (3·5=15 м) значит ширина щита должна быть равной 15 м (1510=15) где 10 - количество щитов в поперечном направлении на любые 2 прогона.
Эти несущие щиты укладываются на прогоны покрытия и их настил работает на изгиб как двухпролетная балка. Настил кровли рассчитывается с учетом его неразрезности в пределах двух пролетов.
Рис. 6.1 Несущий щит
При загружении двухпролетной балки равномерно распределенной нагрузкой q от собственного веса и переменной Ро наибольший изгибающий момент на средней опоре равен:
а наибольший прогиб в пролете:
где Е – модуль упругости древесины принимается 1·107 кНм2;
Iх – момент инерции настила щита определяемый по формуле:
Полученный прогиб сравнивается с предельным [f] (см. приложение 2).
Пример. Собираем постоянную нагрузку от собственного веса ограждающей части покрытия. В нашем примере характеристическое значение переменной нагрузки – Ро=4 кНм2 (табл. 6.1.)
Элементы конструкций
Характери-стическая нагрузка кНм2
Коэффи-циент надежности по нагрузке γfm
Расчетная предель-ная нагрузка
Масса асфальтовой стяжки
mа = tаρg = 00415981
(где t – толщина стяжки;
ρ – плотность асф. смеси;
g – ускорение свободного падения.)
mщ= tщρg =002505·981
(где t – толщина щита;
ρ – плотность древесины)
Поперечные и диагональные планки настила (ориентировочно 50% массы настила)
- Суммарная характеристическая нагрузка на 1м2 покрытия:
где gо – характеристическая нагрузка от собственного веса ограждающей части покрытия.
- Суммарная расчетная предельная нагрузка на 1м2 покрытия:
- Общая расчетная предельная нагрузка на 1 п.м. полосы настила шириной b = 1 м:
где γfe – коэффициент надежности по временной нагрузке.
- Максимальный изгибающий момент на промежуточной опоре (рис. 6.2.):
Рис. 6.2. Схема загружения балки равномерно распределенной нагрузкой.
- Момент сопротивления настила щита шириной b = 1 м:
- Напряжение изгиба:
где Ru – расчетное сопротивление на изгиб (см. приложение 1).
Проверка жесткости настила щита.
- Эксплуатационная нагрузка на 1 п.м. полосы настила шириной b=1 м:
где γfе – коэффициент надежности по нагрузке для эксплуатационного значения γfе=11.
- Момент инерции настила щита:
- Максимальный прогиб для двухпролетной неразрезной балки:
- Полученный прогиб сравниваем с предельным (для настилов):
Расчет прогонов кровли.
Прогоны предназначены для восприятия вышележащей нагрузки и передачи ее на основные несущие конструкции. Прогоны покрытия могут быть: разрезными консольно-балочными неразрезными.
Основным решением многопролетных прогонов в покрытиях по несущим деревянным конструкциям следует считать спаренные прогоны работающие как неразрезные (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Схема загружения прогона равномерно
распределенной нагрузкой.
Прогоны в этой случае выполнятся из двух досок поставленных на ребро. Доски стыкуются в разбежку слева и справа от опоры на расстоянии х = 021·В в месте нулевого значения момента. При этом неразрезная система прогонов при равных пролетах и равномерно распределенной нагрузке является равнопрогибной. Здесь значения опорных и пролетных изгибающих моментов и прогибов так же как в консольно-балочной системе при расположении стыков на расстоянии х = 021 В от опоры составляет:
Стыки досок прикрепляются к неразрезной доске гвоздями количество которых определяется по формуле:
где х – расстояние от оси опоры до стыка;
Т - расчетная несущая способность среза гвоздя наименьшее значение [3].
Затем вычисляем расстояние между осями гвоздей поперек волокон [3]:
Расстояние между осями гвоздя вдоль волокон до стыка (торца доски) должно быть [3]:
Кроме этих расчетных гвоздей по длине прогона ставятся конструктивно такие же гвозди через 50 см в шахматном порядке.
Расчет прогонов на поперечный изгиб заключается в проверке прочности и жесткости. При подборе сечения прогона прочность проверяется в месте наибольшего изгибающего момента. По формуле находим требуемый момент сопротивления прогона:
Задаваясь определенной высотой сечения прогона определяют ширину прогона:
- Жесткость определяем по формуле:
- Момент инерции прогона определяем по формуле:
Производим проверку: используя приложение 2.
Пример. Прогоны кровли принимаем спаренными со стыками расположенными по длине в разбежку на расстоянии 021·В от опоры. Такие прогоны рассчитываются как многопролетные балки с пролетом равным расстоянию между несущими конструкциями.
Принимаем ориентировочно сечение прогона учитывая соотношение: hb>2·: b= 50 мм = 005 м; h = 150 мм = 015 м.
где b- ширина прогона состоящая из двух досок поставленных на ребро т.е. b=2t (t- толщина доски t=0025 м) см.П.3.
Тогда: bxh = 005 х 015 м и собственный вес 1п.м. прогона будет равен:
где 05 – плотность древесины;
- характеристическая постоянная нагрузка на 1 п.м. прогона:
- общая расчетная предельная нагрузка приходящаяся на 1 п.м. прогона:
где γfm – коэффициенты надежности по нагрузке табл. 5.1.[4];
- максимальный изгибающий момент:
- требуемый момент сопротивления прогона:
Определим ширину прогона:
Исходя из соотношения: hb>2· если b= 294 мм ; h = 150
Нужно увеличить высоту сечения прогона увеличим hпр=22 см и определим ширину прогона:
По П. 3 находим что ближайшая подходящая толщина доски t=75 мм=75 смт.е b=2t =2·75 =14 см Принимаем прогоны из двух досок 2 х 75 х 22 см.
Момент инерции прогона определяем по формуле:
Жесткость определяем по формуле:
Относительный прогиб:
Расстояние от опоры до стыка прогона:
Диаметр гвоздей принимаем диаметром 05 см и длиной 12 см (см. п. 4.3.) и соединяем ими спаренные прогоны в местах стыков досок.
Расчетную несущую способность одного среза гвоздя определяем по [3]:
Тс = 035 с·d = 035·75·05 = 13 кН
где с – толщина средних элементов а также элементов равных по толщине.
Если длина гвоздя больше толщины соединяемых элементов например если бы мы приняли гвозди диаметром 05 см и длиной 20 см то в формуле
с – было бы принято с условием выхода гвоздя т.е.
с=75-20·05 = 6 5 см.
Ти=25·d2 + 001·а2=25 052 + 001·752 = 0625+056=119 кН
где а – толщина доски прогона т.е. а = 75 cм
но не более:Ти= 4·d2 = 4·052 = 1 кН.
Таким образом в расчет принимаем Тmin= 1 кН.
Требуемое количество гвоздей определяем по формуле:
Расставляя 7 гвоздей в одном вертикальном ряду расстояние между осями гвоздей поперек волокон получаем:
Расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины от гвоздя до стыка (до торца доски) должно быть [3]:
S1= 15·d = 15·05 = 75 см.
Расчет клееной балки.
Клееные деревянные конструкции обладают большей прочностью и жесткостью по сравнению с составными конструкциями на податливых связях. Клееные балки применяют главным образом в качестве несущих конструкций покрытий зданий (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Клееная балка
Балки как правило бывают прямоугольного сечения составленного из пакета досок склеиваемых по пласти. В покрытиях применяют балки постоянной высоты с опорами на одном и разных уровнях и балки переменной высоты двускатные.
Ширину балок после двусторонней острожки кромок досок до склеивания пакета и острожки боковых плоскостей балки после ее склеивания принимают равной - 120 140 170 180 мм. Толщину досок после острожки их по пластям 35 или 45 мм.
Высоту h балок постоянного сечения назначают примерно равной 112 пролета но не более 16 В. Расчет клееных балок производится таким же образом как и балок цельного сечения.
Определяется предельная расчетная нагрузка включая собственный вес балки который находится по формуле:
где К св – коэффициент собственного веса который колеблется от 4 до 6.
Вычисляются опорные реакции максимальный изгибающий момент и ориентировочные поперечные размеры балки.
Находят требуемый момент сопротивления балки:
По принятой ширине балки b определяют ее полную высоту из условий прочности:
Проверяется прочность клеевого шва на скалывание:
где VA = Q - расчетная поперечная сила;
bрас – расчетная ширина сечения принимаемая 06 полной ширины шва;
h0 – высота сечения балки;
Rск – расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон при изгибе (см. приложение 1).
Проверяется прогиб балки нагруженной нормативной равномерно распределенной нагрузкой:
Пример. Рассмотрим главную балку на которую с двух сторон опираются балки настила. Длина здания в продольном направлении L=6 м. Главная балка является однопролетной шарнирно опертой. Нагрузка от собственного веса покрытия:
Коэффици-ент надежности по нагрузке γfm
Расчетная предельная нагрузка
Масса прогона кровли
mпр= 2·b·h·ρ·115= =2·0075·022·5·115
Принимая коэффициент собственного веса Ксв=5 определяем собственный вес балки:
При расстоянии между балками B=5 м нагрузка на 1 п.м. балки:
- суммарная характеристическая нагрузка:
- общая расчетная предельная нагрузка:
Расчетный изгибающий момент:
Наибольшая расчетная поперечная сила:
Требуемый момент сопротивления балки:
Подбираем сечение клееной балки.
Балку проектируем прямоугольного сечения. Размеры досок в черновой заготовке 130 х 40 мм. После двойной острожки кромок досок ширина балки b будет равна 120 мм а после острожки пластей по 25 мм с каждой стороны толщина доски станет 35 мм.
Требуемая высота сечения при b =120 мм = 012 м:
Принимаем сечение составленное из 21 доски с общей высотой h=21х35 =735 см.
Для обеспечения поперечной устойчивости клееной балки [2] необходимо чтобы :
Соотношение не соблюдается необходимо либо увеличить количество досок в пакете (22 доски) либо выбрать доски большего размера например 150 х 50 мм.
Выбираем доски большего размера: 150 х 50 мм в черновой заготовке. После двойной острожки кромок досок ширина балки b будет равна 140 мм а после острожки пластей по 25 мм с каждой стороны толщина доски станет 45 мм.
Требуемая высота сечения при b =140 мм = 014 м:
Принимаем сечение составленное из 16 досок с общей высотой h=16х45 =72 см.
Отношение высоты сечения к ширине:
Момент сопротивления сечения:
Проверка прочности принятого сечения:
где mб - поправочный коэффициент при высоте балки 72 см равный 098 (прил. 4).
Проверка прочности клеевого шва на скалывание при изгибе:
Момент инерции сечения:
Проверка жесткости балки:
- максимальный прогиб в середине пролета балки:
- относительный прогиб:
Требуемая площадь смятия опорной подушки:
где mn – коэффициент для расчетных сопротивлений [3];
Rсм - смятие поперек волокон в опорных частях (прил. 1).
При ширине балки b =15 см требуемая ширина опорной подушки равна:
По сортамену (прил. 3) можем принять доску шириной 18 или 20 см. Принимаем bпод = 20 см. Толщину доски принимаем 75 мм =75 см.
Рис. 8.2. Многослойная клееная балка
Можно также применять опорную подушку ширина доски которой будет больше ширины досок клееной балки. Тогда значения b и bпод будут другими (см. прил. 3) а узел соединения будет иметь вид показанный на рис. 11.
Проверка собственного веса балки.
При длине консолей балки а=125 см =0125 м собственный вес балки отнесенный к 1м2 плана составляет:
что меньше принятого в расчет нормативного собственного веса равного 015 кНм2.
Следовательно фактический коэффициент собственного веса балки будет:
Расчет центрально-сжатой стойки (колонны).
Центрально-сжатые деревянные стержни в расчетном отношении можно разделить на три группы: стержни малой гибкости (λ 30)стержни средней гибкости (λ = 30 - 75) и стержни большой гибкости (λ > 75).
Расчетная гибкость сжатых элементов не должна превышать следующих предельных значений: для основных сжатых элементов - пояса опорные раскосы и опорные стойки ферм колонн - 120; для второстепенных сжатых элементов - промежуточные стойки и раскосы ферм и другие - 150; для элементов связей – 200 (см. приложение 5).
Подбор сечений центрально-сжатых стержней производят в следующем порядке:
- определяют расчетную длину колонны (высоту) в соответствии с конструктивной схемой (рис. 9.1.):
где Н – отметка верха площадки;
Н1 – отметка низа колонны;
hстр – строительная высота покрытия.
- задаются гибкостью стержня;
- определяют требуемый радиус инерции по формуле:
где Iбр Абр - момент инерции и площадь поперечного сечения брутто элемента и устанавливают меньший размер поперечного сечения
- определяют требуемую площадь;
- проверяют принятое сечение по формуле:
где φ- коэффициент продольного изгиба. Определяется по формулам:
-при гибкости элемента λ ≤ 70:
-при гибкости элемента λ > 70:
где коэффициент а = 08 – для древесины;
коэффициент А = 3000 – для древесины [3] .
Пример расчета центрально-сжатой стойки. Предположим что отметка верха площадки составляет Н= 68 м (см. в задании) отметка низа колонны Н1= – 015 м тогда расчетная длина стойки (колонны) составляет:
hк = Н - hстр - Н1 = 680 – 108 –(- 15) = 557 см = 5 57 м
где hстр = tа.с. + tщ + hпр.+ hк.б + hоп = 4 + 25 + 22 + 72 + 75 = 108 см.
Расчетное продольное усилие:
N = 2·Qmax = 2·90 = 180 кН
Задаемся гибкостью λ= 70 соответствующий этой гибкости коэффициент
φ = 0608 (см. приложение 6).
Находим требуемый минимальный радиус инерции
где а – принятый размер стороны сечения стойки.
Требуемая площадь поперечного сечения стойки:
где Rс – расчетное сопротивление сжатию (см. приложение 1).
В соответствии с требуемой площадью и сортаментом пиломатериалов (см. приложение 3) принимаем b = h =18 см А = =18 х 18 = 324 см2 > Атр = 228 см2.
Гибкость стойки относительно оси х:
Расчетная гибкость не превышает предельных значений.
где 0271 - значение φ соответствующее гибкости 107 (см. приложение 6).
Так как расчетное напряжение превышает допустимое то по сортаменту древесины принимаем сечение бруса: b = h =25 см
А = 25 х 25 = 625 см2 .
Гибкость стойки относительно оси х:
Соответствующий гибкости λ= 78 коэффициент φ = 0523.
Проверка напряжения не превышает допустимые значения.
Рис. 9.1. Конструктивная и расчетная схема колонны
База колонны служит для передачи нагрузки с колонны (центрально-сжатого стержня) на фундамент и обеспечивает закрепление нижнего конца стойки в соответствии с расчетной схемой.
В данной курсовой работе принимаем конструктивно опорный узел с применением стального башмака.
Рис. 10. Опорный узел центрально-сжатой стойки (колонны):
-стойка; 2-болт; 3-стальной башмак; 4-гидроизоляция;
Сопряжение главных балок и прогонов между собой выполняют на монтаже. В соответствии с заданием рассматриваем сопряжение этажное.
Этажное сопряжение балок наиболее технологичное но имеет повышенную строительную высоту. Положение прогона на главной балке фиксируется болтами грубой или нормальной точности (класс В или С) поставленными конструктивно. Если опорная реакция балки настила превышает 100 кН то главная балка в месте опирания прогона укрепляется поперечными ребрами жесткости.
Рис. 11 Узел сопряжения:
-клееная балка; 2-болты; 3–опорная подкладка (подушка);
- колонна; 5–уголоки; 6-хомут.
Оформление пояснительной записки и чертежей
Пояснительная записка состоит из расчета конструкций рабочей площадки в которой следует отразить все конструктивные элементы с рисунками и пояснениями по расчету а также рисунки и расчеты рассматриваемых узлов балочной клетки.
Рабочие чертежи ДК (деревянные конструкции) служат исходным материалом для разработки деталировочных чертежей составления сметы и заказа пиломатериала. В состав курсовой работы входят 3 чертежа: ведомость элементов примечания схемы расположения конструкций чертежи узлов конструкций. Чертежи выполняются в масштабе на формате А4 (3 листа) либо на листе формата А2.
Схема состоит из плана и двух разрезов. На плане обязательно показывают колонны прогоны главные балки а также следующие основные размеры: шаги колонн расстояния между прогонами. На разрезах показывают схемы сопряжений балок опирания колонн на фундаменты схемы связей.
Масштаб схемы плана и разрезов 1:200; прогонов несущего щита 1:50 1:75.
Все элементы конструкций рабочей площадки на плане и разрезах обозначают марками. Марки обозначают заглавными буквами и цифрами. Например К1 К2 -для колонн; Б1 Б2 - для балок.
На чертежах ДК должны быть изображены узлы конструкций для возможности последующего конструирования элементов и их соединений. Масштабы узлов 1:10 1:15 1:20 1:25. На узлах называют марки соединяемых элементов и проставляют отметки.
Узлы маркируют на схеме. Номер узла на схеме и разрезах дают в кружке диаметром 12 14 мм.
На чертежах ДК обязательно должны быть разработаны и приведены следующие основные узлы: узел сопряжения щита настила с прогоном узел сопряжения главной балки с колонной; база колонны. В примечании указывают: материал из которого изготовлены конструкции клей используемый при изготовлении главной (клееной) балки.
Расчетные сопротивления древесины ели и сосны
Напряженное состояние и характеристика элементов
Расчетные сопротивления
Изгиб сжатие смятие вдоль волокон
а) элементы прямоугольного сечения (кроме «б» «в») высотой до 50 см;
б) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 11 до 13 см при высоте сечения свыше 11 до 50 см;
в) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 13 см при высоте сечения свыше 13 до 50 см;
Смятие поперек волокон в опорных частях
Скалывание вдоль волокон при изгибе и в соединениях для максимального напряжения
Предельные деформации (прогибы) изгибаемых элементов зданий
Предельные прогибы в долях пролета не более
Междуэтажные перекрытия.
Чердачные перекрытия.
Покрытия (кроме ендов).
а) прогоны стропильные фермы;
б) основные клееные балки;
г) настилы и обрешетка;
Панели стен навесные.
Примечание: При наличии мокрой штукатурки прогиб элементов перекрытий только от длительной временной нагрузки не должен превышать 1350 пролета.
Рекомендуемый сортамент пиленых лесных материалов
Примечание. Размеры пиломатериалов по длине установлены с градацией 025 м от 1 до 65 м.
Переходные коэффициенты mб к моменту сопротивления
при изгибе клееных элементов
Примечание: При ширине сечения b менее 14 см Ru принимают не более 13·103 кНм2
Предельная гибкость элементов деревянных конструкций
Наименование элементов конструкций
Предель-ная гибкость
Сжатые пояса опорные раскосы опорные стойки ферм колонны
Прочие сжатые элементы ферм и других сквозных конструкций
Сжатые элементы связей
Растянутые пояса ферм в вертикальной плоскости
Прочие растянутые элементы ферм и других сквозных конструкций
Значение некоторых коэффициентов φ продольного изгиба
центрально-сжатых элементов
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учеб. пособие для студентов вузов обучающихся по спец. «Промышленное и гражданское строительство. - Под ред. проф. Иванова В.А. – 2 изд. перераб. и доп. – М.: Высш. школа 1990. – 287 с. илл.
Деревянные конструкции. Г.Г. Карлсен и др. – Москва: Госстройиздат. – 542 с
СНиП П – 25 – 80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции.
ДБН В.1. 2. - 2:2006. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.

Рисунки_recover.dwg

Схема расположения конструкцй рабочей площадки
Дощато-гвоздевые прогоны перекрытий (М1:25)
Примечания q*;1. Древесина для несущих элементов деревянных конструкций принята по ГОСТ 9463-88. 2. Жидкий клей на основе синтетических смол
принятый по СНиП II-25-80 ФР-12 ТУ 6-05-1748-75. 3. Металлические элементы конструкций - сталь С235 по СНиП II-23-81*. 4. Неоговоренные болты диаметром 16 мм."