Курсовой проект конструкции из дерева и пластмасс

КДиП.dwg

Утепленная клеефанерная плита покрытия
Трехслойный рубероидный ковер
Оцинкованная кровельная сталь
Брус верхней обвязки
СПЕЦИФИКАЦИЯ НА ФЕРМУ (НАЧАЛО)
ПРИМЕЧАНИЯ: 1. Деревянные элементы фермы выполнены в виде клееного пакета из древесины сосны второго сорта (применительно к ГОСТ 24454-80) влажностью 12% с использованием фенольно-резольцированного клея ФРФ-50 ТУ 6--05-281-14-77.Деревянные онструкции обработаны вспучивающимся огнезащитным покрытием (ВПД) по ГОСТ 25130-82. Поверх покрытия нанесено 2 слоя пентафталеновой эмали ПФ-115 по ГОСТ 6465-76. 2. Металлические элементы конструкции выполнены из стали марки С235 по ГОСТ 27772-88. Соединение металлических элементов конструкции выполнено ручной электродуговой сваркой с применением электродов марки Э-42 ГОСТ 9467-75. Все металлические элементы окрашиваются масляной краской.
Рулонный ковер Клеефанерные плиты покрытия
Ф-1 на отметке +6.000
Связевые фермы в плос-ти верх.пояса в осях 1-2
Распорки в плос-ти ниж. пояса в осях 2-3
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ФЕРМЫ
План покрытия.Разрез1-1.
Геометрическая схема фермы.
Общий вид фермы. Узлы А
строит. производства
СПЕЦИФИКАЦИЯ НА ФЕРМУ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

ПЗ КДиП.doc

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ.
Рассчитать и сконструировать основные несущие и ограждающие конструкции одноэтажного двухпролетного промышленного здания.
- пролет А-Б – 18 м;
- пролет Б-В – 65 м;
- шаг конструкций – 44 м;
- район строительства – Братск;
- по снеговой нагрузке – I S0 = 056 кНм²;
- ограждающие конструкции покрытия-
- ограждающие конструкции стен - навесные клеефанерные стеновые панели
- несущие конструкции пролета А-Б - пятиугольная трапецеидальная металлодеревянная ферма;
- несущие конструкции пролета Б-В - клеефанерная балка с волнистой стенкой;
- колонны – дощато-клееные;
- здание неотапливаемое;
Расчет ограждающих конструкций покрытия.
1 Клеефанерная панель покрытия
Расчет несущей конструкции покрытия пролета А-Б.
1. Пятиугольная трапецеидальная металлодеревянная ферма
2. Выбор конструктивной схемы.
3. Конструктивный расчет.
4. Расчет и конструирование узловых соединений.
Расчет несущей конструкции покрытия пролета Б-В.
1. Клеефанерная балка с волнистой стенкой
2. Конструктивная схема балки.
4. Статический расчет балки.
Мероприятия по обеспечению пространственной устойчивости здания.
Мероприятия по обеспечению долговечности и огнестойкости проектируемых конструкций из дерева.
РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЯ.
1КЛЕЕФАНЕРНАЯ ПАНЕЛЬ ПОКРЫТИЯ.
Размер панели в плане 136х438м; обшивка из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта ВВВ по ГОСТ 3916-69*; ребра из сосновых досок второго сорта. Клей фенольно-резольцированный ФРФ-50 ТУ 6-05-281-14-77. Количество и сечение продольных ребер определяем по расчету верхней обшивки от монтажной нагрузки Р=10 кН (нормативная нагрузка) и от собственного веса панели а также от снеговой нагрузки. Кровля из рулонных материалов (рубероид) трехслойная. Первый слой рубероида наклеивают на заводе с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной прокаткой слоя. Оставшиеся два слоя наклеивают после установки панели.
КОМПОНОВКА РАБОЧЕГО СЕЧЕНИЯ ПАНЕЛИ.
Предварительно принимаем сечение продольных ребер из брусков 42х127 см остроганных по кромкам верхнюю и нижнюю обшивку ф=10 мм. Ширина панели bп=1360мм по геометрическому расчету фермы. Направление волокон наружных шпонов фанеры как в верхней так и в нижней обшивке панели должно быть продольным для обеспечения стыкования листов фанеры «на ус» и для лучшего использования прочности фанеры.
Для дощатого каркаса связывающего верхние и нижние фанерные обшивки в монолитную склеенную коробчатую панель применены черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов (применительно к ГОСТ 8486-86*Е) сечением 50х175мм. После сушки (до 12% влажности) и четырехстороннего фрезерования черновых заготовок на склейку идут чистые доски сечением 42х167мм. Расчетный пролет панели: lp=099·l=099·4380=4340мм. Для данного расчета высота панели принята hp=147мм что составляет 147434 = 130 пролета и соответствует рекомендациям согласно которым высота панели составляет 130 – 135 пролета.
Каркас панели состоит из 5 продольных ребер. Шаг ребер принимаем из расчета верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперек волокон от сосредоточенной силы Р=1·12=12кН как балки заделанной по концам (у ребер) шириной 1000 мм. Расстояние между ребрами в осях:
Изгибающий момент в обшивке:
Момент сопротивления обшивки шириной 1000 мм:
Напряжение от изгиба сосредоточенной силой:
(здесь γf=12 – коэффициент условия работы для монтажной нагрузки).
Для придания каркасу жесткости продольные ребра соединены на клею с поперечными ребрами расположенные по торцам и в середине панели. Продольные кромки панелей при установке стыкуются с помощью специально устроенного шпунта из трапециевидных брусков приклеенных к крайним продольным ребрам. Полученное таким образом соединение в шпунт предотвращает вертикальный сдвиг в стыке в прогибе кромок смежных панелей даже под действием сосредоточенной нагрузки приложенной к краю одной из панелей.
Панели предназначены для укладки по несущим деревянным конструкциям. Подсчет нормативной и расчетной нагрузки приведен в таблице 1. Плотность материалов по СНиП II-25-80 приложение 3: ρсосны=500кгм³; ρберезы=700кгм³.
ПОДСЧЕТ НАГРУЗКИ НА 1М2 ПАНЕЛИ Таблица №1.
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Кровля рубероидная трехслойная
Фанера марки ФСФ 2·001·7
Продольные ребра каркаса из древесины сосны с учетом брусков продольных стыков
Поперечные ребра каркаса из древесины сосны
Временная (снеговая)
Полная нагрузка на 1 м панели:
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ.
Для фанеры марки ФСФ сорта ВВВ семислойной толщиной 10 мм по таблице 10 и 11 СНиП II-25-80 имеем:
расчетное сопротивление растяжению Rф.р. =14МПа;
расчетное сопротивление сжатию Rфс = 12МПа;
расчетное сопротивление скалыванию Rф.ск. = 08МПа;
модуль упругости Еф = 9000 МПа;
расчетное сопротивление изгибу Rф.и. = 65 МПа.
Для древесины ребер по СНиП II-25-80 имеем модуль упругости Едр = 10000МПа.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЧЕНИЯ ПАНЕЛИ.
Приведенная расчетная ширина фанерных обшивок согласно СНиП II-25-80 п.4.25:
Геометрические характеристики поперечного сечения клеефанерной панели приводим к фанерной обшивке. Приведенный момент инерции поперечного сечения панели:
Приведенный момент сопротивления поперечного сечения панели:
ПРОВЕРКА ПАНЕЛИ НА ПРОЧНОСТЬ.
Максимальный изгибающий момент в середине пролёта:
Напряжение в растянутой обшивке:
где 06 – коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры в растянутом стыке.
Расчет на устойчивость сжатой обшивки производим по формуле:
При расстоянии между продольными ребрами в свету с1 = 0319-0042= =0277м и толщине фанеры ф = 001 м:
Напряжение в сжатой обшивке: .
Расчет на скалывание по клеевому слою фанерной обшивки (в пределах ширины продольных ребер) производим по формуле:
Поперечная сила равна опорной реакции панели:
Приведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси:
Расчетная ширина клеевого соединения:
Касательные напряжения будут:
ПРОВЕРКА ПАНЕЛИ НА ПРОГИБ.
Относительный прогиб панели:
где – предельный прогиб в панелях покрытия согласно табл.16 СНиП II-25-80.
РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ПРОЛЕТА А-Б.
1. ПЯТИУГОЛЬНАЯ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНАЯ МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННАЯ ФЕРМА.
Расчетная длина фермы:
где L – ширина пролета А-Б; L = 18м (по заданию).
Определим высоту фермы: 32 ÷ 274 принимаем
Принимаем на одно крыло фермы 7 плит покрытия.
Расчетная ширина плиты:
Группа конструкций Б1. Расстояние между разбивочными осями здания 18 м шаг В=44м. Ограждающие конструкции покрытия – фанерные панели размером 136х438м. Материал несущих конструкций покрытия: пиломатериал из сосны второго сорта с влажностью не более 12% металлические элементы из стали марки ВСт3кп2 класса С3823 (ГОСТ 380-71). Изготовление несущих конструкций покрытия – заводское.
2 ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ.
Принимаем в качестве несущих конструкций покрытия металлодеревянную ферму с прямолинейным неразрезным верхним поясом.
Расчетный пролет фермы lр= 177 м высота фермы h = 30м.
Геометрическая схема фермы обозначения элементов фермы и узлов приведены на рис.2. Углы наклона и длины элементов фермы определены без учета строительного подъема.
Ферма разделена на 4 панели. Углы длины элементов вычислены с помощью программы «АUTOCAD» и равны:
части верхнего пояса 3-9 4-10 5-13 6-14 равны между собой и равны 4453м;
части нижнего пояса 8-1 11-1 12-1 15-1 равны между собой и равны 4425 м;
длина стоек 2-8 7-15 равна 20 м;
длина стоек 9-10 13-14 равна 25 м;
длина стойки 11-12 равна 30 м;
длины раскосов 8-9 14-15 равны 4856 м;
длины раскосов 10-11 12-13 равны 5346 м;
При конструировании и изготовлении фермы должен быть обеспечен строительный подъем: Пространственная жесткость покрытия обеспечивается панелями покрытия .
Согласно СНиП 2.01.07-85 рассматривается только случай загружения фермы равномерно распределенными постоянной и временной нагрузками. Значения нагрузок на балку представлены в таблице 2.
ПОДСЧЕТ НАГРУЗКИ НА ФЕРМУ Таблица 2
надежности по нагрузке
Кровля рубероидная трехслойная
Собственный вес фермы
Собственный вес фермы определяем по формуле:
где kсв = 35 – для пролета 18 м.
Согласно СНиП 2.01.07-85 нормативное значение снеговой нагрузки на 1 м² горизонтальной проекции покрытия определяют по формуле . Для принятого профиля крыши с уклоном . Согласно изменению №2 СНиП 2.01.07-85 п.5.7: нормативное значение снеговой нагрузки получаем умножением расчетного значения на коэффициент 07: .
Расчетная нагрузка на 1 м фермы:
постоянная qп = 214 кНм;
временная qсн = 2464 кНм;
суммарная q = 460 кНм.
В соответствии с принятой схемой Рис.4 фермы сосредоточенная нагрузка приходящаяся на один узел верхнего пояса (узлы В С D) равна:
– временная (снеговая).
Сосредоточенная нагрузка в узлах А Е равна:
Опорные реакции от равномерно-распределенной нагрузки на всем пролете:
от постоянной нагрузки:
от снеговой нагрузки:
Опорная реакция от равномерно-распределенной снеговой нагрузки на левой половине пролета (Рис.5):
Опорные реакции от единичных нагрузок приложенных на левую сторону (Рис.6):
Расчетные усилия в элементах фермы приведены в таблице 3.
Расчет усилий в элементах фермы производим с помощью построения диаграммы Максвелла-Кремоны с использованием программы AutoCAD.
К РАСЧЕТУ УСИЛИЙ В СТЕРЖНЯХ.
От единичной нагрузки по всему пролету:
Диаграмма Максвелла-Кремоны
От единичной нагрузки приложенной на половине пролета.
Значения усилий: постоянных снеговых на всем пролете и снеговых на половине пролета получаются умножением усилий от единичной нагрузки на значения:
G = 947 кН – постоянная;
Р = 109 кН – временная (снеговая).
В таблице №3 (последняя колонка) для расчета выбраны максимальные сочетания усилий.
Обозначение элементов
Длина стержней в осях см
Усилие от единичной узловой нагрузки Р = 1кН
Усилие от постоянной узловой нагрузки по всему пролету
Усилие от снеговой нагрузки кН.
4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ.
Верхний пояс. Верхний пояс рассчитываем как сжато-изгибаемый стержень находящийся под действием внецентренно приложенной нормальной силы и изгибающего момента от поперечной нагрузки панели. Для расчета принимаем расчетное усилие в опорной панели (4-10)(снег на всем пролете) (т.к. N(4-10) = N(3-9)):
Максимальный изгибающий момент в панели фермы от внеузловой равномерно распределенной нагрузки определяем с учетом что на верхний пояс приходится половина собственного веса фермы
Принимаем сечение верхнего пояса в виде клееного пакета состоящего из черновых заготовок по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов второго сорта (применительно к ГОСТ 24454-80) сечением 45х175 мм.
Принимаем расчетные характеристики древесины второго сорта по табл.3 СНиП II-25-80. Расчетное сопротивление изгибу и сжатию: Rи= Rc =15 МПа.
Приближенно требуемая площадь сечения:
После фрезерования черновых заготовок по пластям на склейку идут чистые доски сечением 35х175мм. Клееный пакет состоит из 10 досок общей высотой 10х35=350мм. После склейки пакета его еще раз фрезеруют по боковым поверхностям; таким образом сечение клееного пакета составляет 160х350 мм.
Площадь поперечного сечения:
Момент сопротивления сечения:
Коэффициент учета деформаций:
Момент с учетом деформаций:
Напряжение в панели АС:
Примем эксцентриситет продольных сил 2 см
Так как панели кровли крепятся по всей длине верхнего пояса то проверку на устойчивость плоской фермы деформирования не проводим.
Нижний пояс. Расчетное усилие в панели (8-1) нижнего пояса: N(8-1)= 0 l0=4425 м.
Панель (8-1) нижнего пояса фермы формообразующая и выполнена в виде клееного пакета такой же ширины что и для верхнего пояса – 160 мм состоящего из черновых заготовок по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов второго сорта (применительно к ГОСТ24454-80) сечением 45х175 мм. Сечение подбираем по предельной гибкости.
При λпр = 150 находим высоту сечения: Принимаем пакет из 4 досок общей высотой 14 см.
Сечение панели (8-1) нижнего пояса 160х140мм F=224 см²
Расчетное усилие в нижнем поясе (панель (11-1)): N(11-1) = 6518 кН.
Панель (11-1) нижнего пояса фермы выполняют из уголков стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.
Необходимая площадь сечения пояса:
где (значение Rстр берем по таблице 51 а коэффициент условия работы γс= 09 согласно таблице6 п.5 СНиП II-23-81).
Принимаем два уголка размером: 56х36х4 F=358см2;
Пролет нижнего пояса Радиус инерции принятых уголков ix = 00178 м. Гибкость нижнего пояса: где λ = 400 – предельная гибкость металлического нижнего пояса.
Принимаем панель (11-1) нижнего пояса из 2-х уголков 56х36х4мм.
Раскос (10-11). Расчетное усилие в раскосе: N(10-11) = -768кН (сжат) l0 = 5346 м.
Сечение раскоса принимаем из клееного пакета такой же ширины что и для верхнего пояса – 160мм. Высоту сечения раскоса принимают из пяти досок толщиной 35 мм после фрезерования; общая высота пакета h = 5·35 = 175 мм.
где А = 3000 – коэффициент для древесины.
Напряжение в сжатом раскосе с учетом устойчивости
Принимаем раскос (10-11) из клееного пакета древесины сечением 160х175мм.
Раскос (8-9). Расчетное усилие в раскосе: N(8-9) = 6356 кН (растянут).
Принимаем раскос из двух уголков:
Здесь значение Rстр по табл.51 а коэффициент условия работы γс=09 согласно табл.6 п.5 СНиП II-23-81 где Rстр·γс=230·09=207МПа.
Принимаем уголки размером : 60х6; Fнт = 0692·10-3 м² > 015·10-3 м².
Пролет раскоса l0 = 4856 м. Радиус инерции принятых уголков ix = 00183 м. Гибкость раскоса: где λ=400 – предельная гибкость металлического раскоса.
Принимаем раскос (8-9) из уголков сечением 60х6мм.
Стойка (2-8). Расчетное усилие в стойке: N(2-8)=0 l0=20м.
Стойка формообразующая.
Сечение стойки принимаем из клееного пакета такой же ширины что и для верхнего пояса – 160 мм. Высоту сечения стойки принимают из четырех досок толщиной 35 мм после фрезерования; общая высота пакета h = 4·35 = 140 мм.
Принимаем сечение стойки из клееного пакета древесины 160х140мм.
Стойка (9-10). Расчетное усилие в стойке: N(9-10) = -2037 кН l0 = 25 м.
Сечение стойки принимаем из клееного пакета такой же ширины что и для верхнего пояса – 160 мм. Высоту сечения стойки принимаем из четырех досок толщиной 35 мм после фрезерования; общая высота пакета h = 4·35 = 140 мм.
Гибкость стойки: тогда коэффициент продольного изгиба: где а=1 – коэффициент для древесины.
Напряжение в сжатой стойке с учетом устойчивости:
Принимаем стойку из клееного пакета древесины сечением 160х140мм.
Стойка (11-12). Расчетное усилие в стойке: N(11-12) = 0 l0 = 30 м.
Сечение стойки принимаем конструктивно из круглой стали 18 мм. Металлическая подвеска выполняет роль поддержания нижнего пояса (уменьшения рабочего пролета нижнего пояса).
Принимаем сечение тяжа 18мм.
5 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
Опорный узел выполняют из листовой стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.
Опорная плита. Горизонтальную опорную плиту рассчитывают на изгиб под действием напряжений смятия ее основания как однопролетную балку с двумя консолями.
Опорная реакция фермы (снег на всем пролете)
Определение геометрических размеров плиты в плане из условия смятия стойки: Принимаем с=370мм.
Момент в консольной части плиты:
Где bконс=(370-160)2=105мм.
Требуемый момент сопротивления:
Необходимая толщина плиты:
Принимаем толщину плиты = 22 мм.
Узел А выполняют из листовой стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.
Опорная плита. Плиту с ребрами жесткости в которую упирается верхний пояс фермы рассчитывают на изгиб как однопролетную балку с поперечным сечением тавровой формы.
Для создания принятого эксцентриситета в опорном узле высота опорной плиты должна составлять: где hв.п. – высота сечения верхнего пояса.
Ширину упорной плиты принимают по ширине сечения верхнего пояса bп=160 мм. Площадь поперечного сечения:
Напряжение сжатия древесины в месте упора верхнего пояса в плиту:
Принимаем пролет упорной плиты равным ширине клееного пакета lп=160 мм.
Момент сопротивления: Расчетное сопротивление стали R=240 МПа :
Требуемая толщина листа:
Напряжение изгиба в плите:
где Rсти – расчетное сопротивление стали согласно таблицы 51 СНиП II-23-81.
Принятое сечение упорной пластины удовлетворяет.
Сварные швы прикрепляющие пластинки-ребра упорной плиты к вертикальным фасонкам.
Усилие на одну пластинку: Необходимая длина шва при kf=6мм:
Имеется lш = 2(60+60)=240 мм>3406 мм.
Сварные швы прикрепления уголков раскоса к вертикальным фасонкам в узле А. Усилие на шов у обушка одного уголка:
Усилие на шов у пера одного уголка:
Длина шва у обушка при kf=6мм:
Длинна шва у пера при kf =6 мм:
Конструктивно длина шва принята соответственно 200 и 150 мм.
Узел Б. Узел примыкания стойки (9-10) к верхнему поясу приведен на рис.10. Вертикальная стенка металлического вкладыша имеет высоту и ширину такие же что и упорная плита и рассчитывается на изгиб как трехпролетная неразрезная балка под действием напряжений смятия от упора торца верхнего пояса.
Напряжение смятия торца верхнего пояса:
Изгибающий момент пластинки вкладыша шириной 10мм:
(согласно п.5.22 СНиП II-23-81) где
Необходимый момент сопротивления:
Требуемая толщина стенки:
Принимаем толщину стенок вкладыша = 8 мм.
Узловой болт передающий усилие от стойки (9-10) на вкладыш (см. Рис.10) работает на изгиб:
Требуемый диаметр болта:
Принимаем болт d=27мм; F=572мм². При этом напряжение смятия болта: (см. табл. 59 СНиП I-23-81).
Напряжение среза болта:
(см. табл. 58 СНиП I-23-81).
Стойки соединяются с верхним и нижним поясом металлическими пластинками-наконечниками сечением 10х100 мм. Металлические пластинки работают на продольный изгиб на длине равной расстоянию от центра узлового болта до места упора деревянной части стойки.
Свободная длина пластинок-наконечников l0= 280 мм. Гибкость пластинок-наконечников:
Коэффициент продольного изгиба: φ = 0474 согласно таблице 72 СНиП II-23-81.
Напряжение сжатия в пластинках-наконечниках:
где 08–коэффициент условий работы согласно табл.6 СНиП II-23-81 для λ>60.
Пластинку в которую упирается деревянная стойка рассчитывают на поперечный изгиб приближенно как простую балку с сечением тавровой формы так же как в упорной плите узла А. В данном случае: Wтр = 687·10³ мм³.
Напряжение смятия торца стойки:
Составляющая усилия стойки перпендикулярная верхнему поясу воспринимается упором в верхний пояс нижней пластинки узлового вкладыша (см. Рис.10):
Напряжение смятия поперек волокон верхнего пояса под пластинкой вкладыша: см.табл. 3 СНиП II-25-80).
Изгибающий момент в консоли нижней пластинки шириной 10 мм:
Требуемая толщина пластины:
Принимаем толщину пластинки 18 мм.
Узел В. выполняют из листовой стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.
Швеллер в который упирается стойка (9-10) фермы рассчитывают на изгиб как однопролетную балку.
Ширину упорного швеллера принимают по ширине сечения стойки bп=160мм а номер швеллера из условия смятия древесины стойки:
где z – высота швеллера
Принимаем конструктивно швеллер №10.
Расчет приварки швеллера:
(периметр швеллера).
Швеллер в который упирается раскос (10-11) фермы рассчитывают на изгиб как однопролетную балку.
Ширину упорного швеллера принимают по ширине сечения раскоса bп=160мм а номер швеллера из условия смятия древесины раскоса:
Сварные швы прикрепления уголков раскоса к вертикальным фасонкам в узле С. Усилие на шов у пера одного уголка:
Усилие на шов у обушка одного уголка:
Длина шва у пера при kf=6мм:
Конструктивно длина шва принята соответственно 250 и 200 мм.
Сварные швы прикрепления уголков панели (1-11) нижнего пояса к вертикальным фасонкам в узле С.
Усилие на шов у одного уголка:
Длина шва при kf =6мм:
Конструктивно длина шва с одной и другой стороны уголка принята по 120 мм.
Коньковый узел. выполняют из листовой стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.
Напряжение смятия древесины в месте упора верхнего пояса в плиту
Напряжение смятия в пластинках-наконечниках:
где N(10-11) = 768 кН – сжимающее усилие в раскосе
– коэффициент условий работы введен согласно таблице 6 СНиП II-23-81 для λ > 60.
Расчет приварки пластин-наконечников:
Конструктивно принимаем два шва по 100 мм.
Узел Г. выполняют из листовой стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.
Сварные швы прикрепления уголков панели (1-11) нижнего пояса к вертикальным фасонкам в узле C’.
Длина шва при kf=6мм:
РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ПРОЛЕТА Б-В.
1 КЛЕЕФАНЕРНАЯ БАЛКА С ВОЛНИСТОЙ СТЕНКОЙ
Требуется запроектировать и рассчитать клеефанерную балку с волнистой стенкой пролетом = 65 м.
Изготовление конструкции – заводское.
Материал: древесина – сосновые доски (древесина второго сорта) влажностью до 12% фанера березовая повышенной водостойкости марки ФСФ сорта ВВВ.
Клей резорциновый марки ФР-12 по ТУ 6-05-1638-78 СНиП II-25-80 табл. 2 для склеивания древесины с фанерой.
γn = 095 – коэффициент надежности по назначению для здания второго класса ответственности.
Дополнительно см. п. 1. Исходные данные ПЗ.
2 КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА БАЛКИ
Расчетный пролет балки р = 63 м высота балки h = 1000 мм.
Утепленное покрытие клеефанерной конструкции укладывается непосредственно на балки.
Рассмотрим случай загружения балки равомерно распределенными постоянной и временной нагрузками.
Значения нагрузок на балку представлены в табл. 4.
Клеефанерная панель покрытия с учетом веса кровли
Собственный вес балки
Собственный вес клеефанерной балки:
qнсв =(qн + рн)[(1000 (kсв * Lр) – 1]
Где qн - нормативная нагрузка веса ограждающих конструкций покрытия с учетом материала кровли
рн – нормативная снеговая нагрузка
kсв = 3 5 – коэффициент собственного веса
Lр – расчетная длина балки.
qнсв = (176 +172)[(1000(4·63) – 1] = 0089 кНм.
Полное расчетное значение снеговой нагрузки на 1 м2 горизонтальной поверхности земли определяем по формуле
где s0 — расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли;
m — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие
При определении нагрузки на балку ввиду малости угла наклона можно считать что вес на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия равен весу приходящегося на 1 м2 поверхности покрытия i = 110 => α = 571 º = 1.
4 СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАЛКИ
Расчет балки с волнистой стенкой аналогичен расчету составной балки на податливых связях. Роль податливых связей играет стенка которая не способна воспринимать нормальные напряжения. Нормальные напряжения воспринимаются поясами. Проверку нормальных напряжений в растянутом поясе производим по формуле:
р = МWрасч. = М(kwWнт) ≤ Rрγn
Iх = 2[bh3n12 + Fn(h02)2];
h0 – высота между осями поясов
kw – коэффициент снижения момента сопротивления поперечного сечения балки вследствие податливости фанерной стенки определяемый по формуле: kw = 1(1 + (b nh)В)
В – коэффициент податливости фанерной стенки вычисляемый по формуле: В = 2ЕдS(Gф2)
Ед – модуль упругости материала поясов для древесины ели или сосны Ед =10000 МПа
Gф – модуль сдвига фанеры стенки определяемый для фанеры марки ФСФ по таблице 11 СНиП II-25-80;
S – статический момент пояса шириной b и высотой hп относительно нейтральной оси вычисляемый по формуле: S = bhп
γn – коэффициент надежности по назначению равный для зданий II класса ответственности 095.
Расчетный изгибающий момент в середине пролета балки:
М = qр28 = 46363 28 = 2297 кНм.
Момент инерции поперечного сечения балки без учета фанерной стенки:
Iх = 2[239.9312 + 239.9(90.12)2] = 927955 см4.
Wнт= 2Iхh0 = 2927955901 = 20598 см3.
S = bhп h02 = 23999012 = 10258 см3.
В = 31421000010258(750880218) = 097.
kw = 1(1 + (99100)097) = 0912.
р = 10-22297000(091220598) = 012 Rрγn= 9095 = 947 МПа.
Условие прочности выполняется.
Прогиб балки с волнистой стенкой определяем по формуле (50) СНиП II-25-80:
где fо – прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига;
k – коэффициент учитывающий влияние переменности высоты сечения принимаемый равным 1 для балок постоянного сечения;
с – коэффициент учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.
Значения коэффициентов k и с для основных расчетных схем балок определяем по табл. 3 прил. 4 СНиП II-25-80.
Прогиб балки fо без учета деформаций сдвига определим по формуле:
Где kж – коэффициент снижения момента инерции поперечного сечения балки (определяемого без учета фанерной стенки) вследствие податливости фанерной стенки и вычисляемый по формуле:
– поправочный коэффициент к жесткости ЕIх поперечного сечения клеефанерной балки с волнистой стенкой вводимый в расчет согласно п. 3.34 [7].
kж = 1(1 + 097) = 051;
где =1 табл. 3 прил. 4 СНиП II-25-80
γ – отношение площади поясов к площади стенки (высотой h0) клеефанерной балки.
γ = 299230(18901) = 281
с = (453 – 691) 281 = 10790
Жесткость клеефанерной балки со стенкой 18 мм не обеспечена.
Увеличим толщину стенки до 24 мм.
В = 31421000010258(750880224) = 073.
kж = 1(1 + 073) = 058;
γ = 299230(24901) = 211
с = (453 – 691) 211 = 8102
Жесткость клеефанерной балки со стенкой 24 мм обеспечена.
Проверку устойчивости фанерной стенки производим по формуле:
ср= (QmaxS)(Ix) ≤ φв.ст.Rф.срγn
где Qmax – расчетная поперечная сила
Rф.ср – сопротивление фанеры стенки срезу определяем по табл. 10 СНиП II-25-80
коэффициент k1 вычисляем по формуле:
где Еф90 – модуль упругости фанерной стенки в направлении поперек оси балки.
Коэффициент k2 зависит от отношения hвв:
при hвв =80880 = 111 k2 = 0.45.
λв.ст – гибкость волнистой стенки определяемая по формуле:
Поперечная сила в опорном сечении балки составляет:
Qmax= qp2 = 463632 = 1458 кН
в = 88 см h в = 8 см = 24 см
k1 k2 = 116673045 = 525028
λ2 в.ст =(100 - 299)2(248) = 3350
φв.ст = 5250283350 = 157.
ср= 10-2 (14580357)(92795524) = 002 МПа ≤ φв.ст.Rф.срγn = 1576095 = 992 МПа
Условие устойчивости выполняется.
Прочность на сдвиг (скалывание) клеевого соединения стенки с поясом проверяем исходя из предположения что расчетная ширина клеевого шва равна двум глубинам заделки в паз:
hш =25 = 2.524 = 60 мм.
ср= (QS)(06Ix2hш) ≤ Rск.γn
где 06 – коэффициент учитывающий возможность некачественного склеивания пояса со стенкой.
ср= 10-2 (14580*357)(06927955260) = 0007 МПа ≤ Rск.γn = 16095 = 168 МПа
условие прочности выполняется.
Из условия смятия древесины нижнего пояса поперек волокон в опорной части балки находим ширину обвязочного бруса:
b = RБ( bп · Rсм90) = 1458(23·24) = 264 см.
Принимаем брус сечением 230х230 мм.
Проверим высоту бруса служащего распоркой вертикальных связей между стойками:
λ = В(0289hтроб) => hтроб = В(0289 λ)
где В – шаг поперечных рам здания
hтроб = 440(0289·200) = 761 см hоб = 23 см.
Расчет производим по формуле:
n = Mmax(φmWбр) ≤ Ruγn
где Мmax – максимальный изгибающий момент
Мmax = 463·6328 = 2297 кНм.
Wбр – максимальный момент сопротивления брутто
φm = 140(b2(lрасчh))kф
где kф – коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов определяемый по табл. 2 прил. 4 [7]. Kф = 113.
Ru – расчетное сопротивление изгибу.
Lрасч – расстояние между опорными сечениями элемента.
φm = 140(0232(141·10))113 = 594
n = 2297·10 -3[594·01856] = 004 МПа 15095 = 1579 МПа
Условие устойчивости плоской формы деформирования выполняется.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЗДАНИЯ.
Ветровое давление передающееся на деревянную торцовую стену конструкции распределяется между фундаментом и верхним покрытием с помощью работающих на изгиб вертикальных стоек каркаса. Для обеспечения передачи ветрового давления конструкцией покрытия продольным стенам устраиваем верхнюю обвязку из бруса 250х250 мм согласно расчета клеефанерных балок. При устройстве вертикальных связей стен для большей светопрозрачности выполняем перекрестные связи из круглой стали. Вертикальные связи покрытия выполнены из пиломатериала сосны первого сорта влажностью до 12% (ГОСТ 24454-80*). По длине цеха вертикальные связи ставим через три шага стропильных ферм.
Связевые фермы обеспечивающие пространственную устойчивость ферм пролета А-Б устраиваются в осях 1-2 4-5 8-9. Максимальное расстояние между связевыми фермами должно быть не более 30м. Для ферм пролета А-Б кроме связевых ферм которые в плоскости верхнего пояса которые крепятся к узлам фермы необходимо принимать раскрепление по нижнему поясу по опорам. Устанавливаем связи-распорки в осях 1-2 5-6 8-9.
Обеспечение пространственной устойчивости балок пролета Б-В осуществляется плитами покрытия поэтому связевая ферма не требуется.
При устройстве в качестве основы под рубероидную кровлю клеефанерных плит покрытие превращается в неизменяемую и жесткую диафрагму. Указанное решение покрытия обеспечивает хорошее закрепление плоских деревянных конструкций в проектном положении.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ОГНЕСТОЙКОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
В соответствии с температурно-влажностными условиями эксплуатации (ТВУЭ) по заданию – А1 влажность древесины применяемой в элементах конструкции должна соответствовать требованиям:
) согласно СНиП II-25-80 табл.1: внутри отапливаемых помещений при температуре до 350 и относительной влажности воздуха до 60% максимальная влажность древесины:
-для балок Wклеен=9%;
-для ферм Wклеен=9%.
Древесина нагелей вкладышей и других деталей должна быть прямослойной без сучков и других пороков влажность древесины не должна превышать 12%. Такие детали из древесины малостойких в отношении загнивания пород (береза бук) должны подвергаться антисептированию.
) согласно СНиП II-25-80 табл.2 синтетические клеи для склеивания древесины и древесины с фанерой в клееных деревянных конструкциях:
- Резорциновые и фенольно-резорциновые (ФР-12 ТУ 6-05-1748-75 ФРФ-50 ТУ 6-05-281-14-77).
В соответствии с п.3.2 СНиП II-25-80 расчетные сопротивления древесины следует умножать на коэффициент условия работы mB который учитывает ТВУЭ для А1: mB=1.
С целью обеспечения огнестойкости и долговечности деревянных конструкций в процессе эксплуатации предусматриваем их обработку пропиточным составом для поверхностной обработки древесины ПП.
Пропиточный состав ПП представляет собой водный раствор калия углекислого и поверхностно-активного вещества.
Состав ПП не атмосфероустойчив и применяется для огнезащиты древесины эксплуатируемой в условиях закрытых сухих помещений с относительной влажностью воздуха не более 70%.
Поверхностная огнезащитная пропитка ПП при расходе (500-600) гм2 обеспечивает получение трудновоспламеняемой древесины (ГОСТ 16363-76).
Состав пропитки ПП и расход компонентов:
Калий углекислый (ГОСТ 10690-73) – 25%. Расход на 1м2 поверхности: подогретого до 50-600С – 125гм2 холодного – 1325гм2.
Поверхностно-активное вещество – 1-15%. Расход на 1м2 поверхности: подогретого до 50-600С – 5-75гм2 холодного – 53-795гм2.
Вода – 74-735%. Расход на 1м2 поверхности: подогретого до 50-600С – 370-3675гм2 холодного – 3922-38955гм2.
Приготовление пропиточного раствора производится следующим образом. В теплой воде (50-60)0С при хорошем перемешивании растворяется указанное в рецептуре количество калия углекислого до получения раствора с плотностью не ниже 124 гсм3 после чего к нему добавляется поверхностно-активное вещество. Приготовленный пропиточный раствор хорошо перемешивается и затем отстаивается в течение не менее 2 часов. Отстоявшийся раствор сливается в приготовленную емкость и используется для пропитки. Нанесение пропиточного состава подогретого до температуры (50-60)0С осуществляется кистью или пневмораспылением при положительной температуре и относительной влажности воздуха не выше 70% на сухую древесину за 2-3 раза. Перерыв между обработками должен быть не менее 6 часов.
В том случае когда при сборке конструкции неизбежно частичное снятие защитного слоя обработанной поверхности необходимо повторить двукратную обработку подогретым до (50-60)0С пропиточным раствором.
Конструкции из дерева и пластмасс: Учебник для вузов Ю.В. Слицкоухов В.Д. Буданов М.М. Гапоев Под редакцией Г.Г. Карлсена и Ю.В. Слицкоухова. 5-е издание. Москва 1986 г.
Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет. Под редакцией И.М. Гринь. Киев 1979 г.
Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования: Учебное пособие для вузов Ю.В. Слицкоухов И.М. Гуськов Л.К. Ермоленко Под редакцией Ю.В. Слицкоухова. Москва 1991 г.
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. Москва 1986 г.
Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. Москва 1977.
СНиП II-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции. Москва Стройиздат 1982.
СНиП II-25-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. Москва Стройиздат 1982.
СНиП 2.01.07-85. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия. Москва Стройиздат 1976 г.