Курсовой проект-Проектирование покрытия двухпролетного промышленного здания.Вариант 9

ферма.dwg

диаграмма Максвела-Кремоны.dwg

Руководитель (уполномоченное лицо)
Наименование ОТИ Рузский филиал ГУП МО "МОБТИ
Ситуационный план объекта индивидуального жилищного строительства

Спецофикации материала.doc

Спецификация древесины на одну ферму Ф-1
Из 11-и досок 50х170
Спецификация стали на одну ферму Ф-1
Фасонка с диафрагмами
Тяж стальной круглый d=12 мм
Спецификация древесины на клеефанерную панель покрытия П-1
Наименование и сечение
Фанера ФБС 1530х2940х10
Брусок из сосны 42х217
Брусок из сосны 100х217
Спецификация на одну клееную дощатую балку Б-1
Доска из сосны 45х120
Доска из тополя 45х120

КПД 2.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Московский Государственный Открытый Университет
Строительный факультет
Кафедра строительных конструкций
«КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС»
строительного факультета
Задание на курсовой проект
Запроектировать покрытие двухпролетного промышленного здания (рис.1). степень огнестойкости – II температурно-влажностные условия эксплуатации (ТВУЭ) для утепленной кровли – А1.
Схема несущих конструкций для обоих пролетов (рис.2) –ферма 4 и балка 1.
Ксв=3-4- коэффициент собственного веса
для балки hlp=18-112
рис.1.Поперечный разрез промышленного здания (схема)
рис.2. План-схема промышленного здания
Определение геометрических размеров несущих конструкций
Определение расчетного пролета:
Lа-б(расч.)=Lа-б-03м=250-03=247м.
Определение высоты фермы:
hlp=hLа-б(расч.)=16-17
h=(16-17)Lа-б(расч.)=(42-36)
округляю до десятых принимаю среднюю величину h=4 м. (рис.3)
рис.3. Определение высоты фермы
у=i х 05 х Lа-б(расч.)=01 х 05 х 247=1235 м.
Разбивка решетки фермы
Схема проектируемой фермы имеет неподвижную решетку.
Нахожу что у фермы 4 одинаковые панели равные:
lпан=Lа-б(расч.)4=2474=6175м. (рис.4)
рис.4.Разбивка решетки фермы
Нахожу длину верхнего пояса раскосов и стоек:
ДГ = √42 + 61752 = √5413 = 736 м.
БД = √61752 + 27652 = √45775 = 6766 м.
БГ = √123562+ 12352 = √154045 = 1241 м.
рис.5. Определение размеров решетки фермы
Cosα1=ac=12351241=0995 (5°73’=6°13’)
tg α2=ac=27656175=0447 (24°08’)
Cos α3=ac=61757357=0839 (32°96’)
Раскладка плит покрытий
bn(ном.) – номинальный размер между осями плиты покрытия
Шаг ферм 6 метров но длина плиты – 598 м из-за опирания.
Длина верхнего пояса 1241м.
Если взять 8 плит покрытия : 12418=1551 м = bn(ном.).
bn(расч.) = bn(ном.) -002м =1551-002 =1531 м.
Расчет клеефанерной панели покрытия
Исходные данные. Размер панели (рис.1.1 а) в плане 153 обшивки из водостойкой фанеры марки ФБС сорта ВВВ по ГОСТ 3916-69* (см. табл. 2П приложений); ребра из сосновых досок второго сорта. Клей марки ФРФ-50. Утеплитель – минеральные плиты толщиной 8 см на синтетическом связующем по ГОСТ 9573-82*. Плотность утеплителя 1 кНм3. Пароизоляция из полиэтиленовой пленки толщиной 02 мм. Воздушная прослойка над утеплителем – вентилируемая вдоль панели. Кровля из рулонных материалов (рубероид) трехслойная. Первый слой рубероида наклеивают на заводе с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной прокатки слоя. Оставшиеся два слоя наклеивают после установки панели. Район строительства II – Московская область.
Компоновка рабочего сечения панели. Ширину панели делают равной ширине фанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания bn = 1531 мм. Толщину фанеры принимают 10 мм. 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 [11] (см. табл. 1П приложений) сечением 50x200 мм. После сушки (до 12% влажности) и четырехстороннего фрезерования черновых заготовок на склейку идут чистые доски сечением 42x192 мм. Расчетный пролет панели Для этого примера высота панели принята hn = 237мм что составляет 237592=140 пролета и соответствует рекомендациям согласно которым высота панели составляет 140-145 пролета.
Каркас панели состоит из четырех продольных ребер (см. рис.1.1 в). Шаг ребер принимают из расчета верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперек волокон от сосредоточенной силы как балки заделанной по концам (у ребер) шириной 1000 мм. Расстояние между ребрами в осях с = (1531 – 017)3 = 510 мм.
Изгибающий момент в обшивке
М = Р .с8 = 12 .5108 = 765 кН.мм.
Момент сопротивления обшивки шириной 1000мм:
W = b6 = 1000 . 1026 = 16667 мм3.
Напряжение от изгиба сосредоточенной силой
u = MW = 765 . 10316667 = 46 МПа Rф.u.90 . γf = 65 . 12 = 78 МПа
(здесь – коэффициент условия работы для монтажной нагрузки).
Для придания каркасу жесткости продольные ребра соединены на клею с поперечными ребрами расположенными 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 бах кромок смежных панелей даже под действием сосредоточенной нагрузки приложенной к краю одной из панелей (см. рис.1.1 г).
Нагрузки на панель. Панели предназначены для укладки по несущим деревянным конструкциям. Подсчет нормативной и расчетной нагрузок приведен в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Подсчет нагрузки на 1 м2 панели
Коэффициент надежности по нагрузке
Кровля рубероидная трехслойная
продольные ребра каркаса из древесины сосны с учетом брусков продольных стыков
поперечные ребра каркаса из древесины сосны
минераловатные плиты
Временная (снеговая)
Коэффициент надежности по снеговой нагрузке в соответствии с п. 5.7 [3] для отношения нормативного веса покрытия к весу снегового покрова 0451 = 0488 08 равен . Полная нагрузка на 1 м панели: нормативная qH = 2168 . 153 = 332 кНм ; расчетная q = 29606 . 153 = 453 кНм .
Расчетные характеристики материалов. Для фанеры марки ФБС сорта ВВВ семислойной толщиной 10 мм по табл. 10 и 11 [1] имеем: расчетное сопротивление растяжению расчетное сопротивление сжатию упругости расчетное сопротивление изгибу Для древесины ребер по [1] имеем модуль упругости
Геометрические характеристики сечения панели. Приведенная расчетная ширина фанерных обшивок согласно [1] п. 4.25:
bnp = 09 . 153 = 1378 м .
Геометрические характеристики поперечного сечения клеефанерной панели приводим к фанерной обшивке. Приведенный момент инерции поперечного сечения панели:
Jnp = Jф + Jdp . Edp = 2 . 1378 . 0013 + 2 . 1378 . 001 . (0237 – 0004)2 + 4 . 0042 . 01923 . 10000 =
= 000230 . 10-4 + 3612 . 10-4 + 1101 . 10-4 = 47153 . 10-4 м4 472 . 10-4 м4 .
Приведенный момент сопротивления поперечного сечения панели:
Wnp = Jnp = 472 . 10-4 . 2 = 3983 . 10-4 = 03983 . 10-2 м3 .
Проверка панели на прочность. Максимальный изгибающий момент в середине пролета:
Мmax = ql8 = 453 . 59228 = 1984 кН . м.
Напряжения в растянутой обшивке:
р = MmaxWпр = 1984 . 10-303983 . 10-2 = 4981 МПа 06 . Rф.р = 06 . 14 = 84 МПа
где 06 – коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры в растянутом стыке.
Расчет на устойчивость сжатой обшивки производят по формуле:
При расстоянии между продольными ребрами в свету и толщине фанеры ф = 001:
(если тогда коэффициент определяется по формуле:
). = 1- 2025 = 0595.
Напряжение в сжатой обшивке:
Расчет на скалывание по клеевому слою фанерной обшивки (в пределах ширины продольных ребер) производят по формуле:
Поперечная сила равна опорной реакции панели:
Q = qlp2 = 454 . 5922 = 134088 кН.
Приведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси:
Sp = bnp + ф hп - ф = 1378 . 001 0237 – 001 = 0156 . 10-2 м3
Расчетная ширина клеевого соединения
Касательные напряжения равны:
= 134088 . 0156 . 19-3 . 10-2 = 0264 МПа Rф.ск. = 08 МПа.
Проверка панели на прогиб. Относительный прогиб панели:
4 . EфJпр07 384 . 9000 . 472 . 10-4 . 07
__1__ = _1_ ≤ f = _1_ ;
где – предельный относительный прогиб в панелях покрытия согласно табл. 16 [1].
Рис. 1.1. Утепленная клеефанерная панель покрытия
а - план; б - продольный разрез; в - поперечный разрез; г - продольный стык панелей; д - стыкование панелей над опорой;
-обшивки из фанеры ; 2-утеплитель;
-продольные ребра из досок; 5-поперечные ребра из досок; 6-торцевая доска для крепления панели к опоре;
-боковые трапециевидные бруски
Расчет клееной дощатой балки
Спроектировать балку покрытия отапливаемого здания мастерской сельхозтехники. Конструкции группы А1. Район строительства по снеговой нагрузке II. Пролет здания шаг несущих конструкций . Ограждающие конструкции покрытия – фанерные панели. Материал конструкций – доски с влажностью до 12%.
Выбор конструктивной схемы. Принимаем клееную многослойную дощатую балку с параллельными кромками устанавливаемую наклонно по скату кровли (рис. 2.1). Балки из плоскости раскреплены скатными поперечными связями и панелями покрытия.
Статический расчет. Нагрузки. Нагрузки на горизонтальной проекции приведены в табл. 2.1.
надежности по нагрузке
Вес панелей покрытия с рубероидной кровлей
(из расчета плиты покрытия)
Собственный вес балки
Собственный вес балки по формуле:
g = 50 + 70 = 41 кгсм2 = 0041 кНм2
Коэффициент надежности по снеговой нагрузке определяют согласно п.5.7 [3]:
При отношении gнs0 = 054307 = 0776 08 коэффициент γf = 24.
Полная нагрузка на 1 м балки:
qн = 2711 . 6 = 16266 кНм
q = 36268 . 6 = 217608 кНм
Усилия. Изгибающий момент:
Мmax = 217608 . 672 = 1221 кНм2 .
Перерезывающая (поперечная) сила:
Qmax = 217608 . 67 = 7289 кН
где с учетом опирания балки.
Конструктивный расчет. Высота балки по таблице 7 :
Ширина балки по формуле:
b = 217608 . 67 = 1374 см.
Рис. 2. 1. Клееная балка
а - общий вид; б- схема раскладки досок; в- деталь опорного узла; г - сечение балки из одной породы древесины; д – сечение из двух пород древесины; 1- балка; 2 – панель покрытия; 3 – панель стеновая; 4 – колонна; 5 – опорная подушка 100×250×400 мм; 6 – анкерные болты; 7 –доски; 8 – уголки 100×8 мм 9 – болты d = 20 мм; 10 – доска антисептированная 50×150 мм; 11- кровельная оцинкованная сталь; 12 – рубероидная кровля; 13- доски 45×125 мм (после острожки); 14 – зубчатые стыки в нижних досках; 15 – защитная доска 25×150 мм (или полиэтиленовая пленка); 16 – сосновые доски; 17 – доски из тополя.
В соответствии с сортаментом досок (прил. 1) принимаем ширину балки . По высоте ставим 16 досок толщиной 45 см (после острожки). Высота балки (см. рис. 2.1).
Отношение ; условие выполняется.
Расстояние между закрепленными точками связей:
т. е. выполнено сплошное раскрепление сжатой кромки балки.
Геометрические характеристики:
Напряжения и прогибы. Сечение балки комплектуем из одной породы древесины сосны и проверяем по формулам:
прочность по нормальным напряжениям:
= _1221000_ = 23262 кгссм2 = 23262 МПа Rи = 23 МПа.
где (по табл. 7 [1]).
прочность по касательным напряжениям:
устойчивость плоской формы деформирования:
коэффициент учитывает форму эпюры изгибающих моментов и определяется по табл. II прилож. IV [1];
- расстояние между опорными частями раскрепляющей конструкции покрытия (если раскрепляющей конструкцией покрытия является плита покрытия то равно ширине плиты покрытия; если раскрепляющей конструкцией покрытия являются прогоны то равно шагу прогонов).
Площадь опорной подушки балки из условия смятия древесины поперек волокон:
Fсм = _А__= 7289 = 3037 см2
- расчетное сопротивление древесины смятию поперек волокон определяется по табл. 3 [1].
Ширина опорной подушки:
bn = Fсм = 3037 = 253 см .
Принимаем подушку шириной толщиной 10 см и длиной 40 см (см. рис. 2.1).
Вес балки 012 . 054 . 697 . 500 = 225828 кгс = 226 кН .
Расчет фермы покрытия
Статический расчет фермы. Нагрузки от панели покрытия: нормативная
gкр(норм)=332 кгсм2; расчетная gкр(расч)=453 кгс м2 .
Собственный вес фермы:
Нагрузка от собственного веса:
В узлах а и а': G2=9629 кгс и Р2=915135кгс.
Определение расчетных усилий.
Таблица3.Подсчет нагрузки на 1 м2 фермы.
рубероидная 3-х сл. кровля
клеефанерная панель покрытия с учетом пароизоляции
собственный вес балки
Узловые нагрузки (1 сочетание):
Для 1 сочетания нагрузок
-4212+1053+2106+2106+2106+1053-4212=0
=0- проверка выполнена.
Узловые нагрузки (2 сочетание):
-341+1053+2106+128+54+27-184=0
=0-проверка выполняется.
Для определения расчетных усилий строим диаграмму Максвелла-Кремоны и определяем усилия умножая полученные значения на выбранный масштаб:
для первого сочетания: 1см-2м; 1см-4кН
для второго сочетания: 1см-2м; 1см-4кН
Диаграмма Максвелла-Кремоны
для 1 сочетания нагрузок
для 2 сочетания нагрузок
Усилия в элементах фермы
Подбор сечений фермы.
Верхний пояс. Рассчитываем как сжато-изгибаемый стержень на продольное усилие О1=О2=187330кгс и местную поперечную нагрузку
Для уменьшения расчетного изгибающего момента от местной поперечной нагрузки Mg узлы верхнего пояса конструируются с внецентренной передачей продольных усилий О с отрицательным эксцентриситетом е (см.рис. 11) благодаря чему достигается разгружающий момент Mg=Oe. Конструктивно это достигается смещением площадок смятия в узлах на величину е относительно геометрической оси элемента. Расчетный изгибающий момент в панели верхнего пояса
При подборе сечения пояса принимаем изгибающий момент
рис.11.Красчету верхнего пояса:
а-схема дощатоклееных блоков; б-расчетная схема элемента.
Задаемся расчетной шириной сечения b=170 мм и из формулы расчета стержня на сложное сопротивление находим требуемую высоту сечения
где =08-приближенный коэффициент учитывающий увеличение момента при деформации элемента; =115 – коэффициент к моменту сопротивления.
Из приведенного выражения нахожу что hтр=396см.
При опирании дощатоклееного прямоугольного верхнего пояса частью сечения на стальной башмак в опорных узлах следует учитывать местную концентрацию на опорах скалывающих напряжений. Нахожу требуемую высоту сечения из условия максимально скалывающих напряжений в опорных сечениях
где Q-поперечная сила на опоре равная
-коэффициент концентрации скалывающих напряжений принимаемый при
=21; 06 – коэффициент учитывающий непроклеивание. Нахожу что
=532см что больше по прочности на сжатие с изгибом. Принимаю высоту сечения пояса h=550мм компонуя его из 11 досок по 50мм (5 мм до острожки).
Проверяю принятое сечение. Геометрические характеристики:
площадь поперечного сечения
момент сопротивления
При высота площадки смятия
Тогда конструктивно эксцентриситет продольных сил
Нахожу минимальную высоту площадок смятия торцов элементов
Оптимальный эксцентриситет получаю прировняв напряжения в поясе по середине панели и по краям из формулы
Окончательно принимаю e=12см и высоту площадок смятия с учетом подрезки в углах на глубину 08см (рис.11):
Проверяю принятое сечение пояса в середине крайней панели при полном загружении снеговой нагрузкой:
Нижний пояс. Расчетное усилие U2=251360кгс.
Принимаю сечение пояса из двух уголков 160х100х9 мм с общей площадью
Стойки. Расчетное усилие сжатия V1=-81400 кгс; расчетная длина lcт=338м.
Задаюсь гибкостью λ=120150 при которой высота сечения стойки
Принимаю стойки из трех досок толщиной 50мм шириной 170мм.
Проверяю принятое сечение 150х170мм. Фактическая гибкость
Нормальные напряжения
Раскосы. Расчетное усилие D1=-33740 кгс;
задаюсь гибкостью λ=120150 тогда
Принимаю раскосы из 5 досок толщиной 44мм шириной 170мм.
Проверяю сечение 220х170мм:
Расчет и конструирование узлов. Карнизный узел (рис.12). Торцовый швеллер подбираю по изгибу от равномерно распределенной нагрузки
Требуемый момент сопротивления
Принимаю швеллер №40 с Wy=734>65см3. Для сохранения высоты площадки смятия hсм=26см навариваем на стенку швеллера лист высотой hст=34см шириной 17 см. Находим толщину листа ст из условия его изгиба от давления торца верхнего пояса (без учета работы на изгиб стенки швеллера)
Лист укреплен вертикальным ребром жесткости bp х р=160 х 14 (рис.12)
Рассматриваю участок 1 размером 85х260мм как пластинку опертую по контуру в которой изгибающий момент в полосе шириной 1 см равен
где α = 0118 – коэффициент при соотношении сторон пластинки 2685=305.
Определяю толщину стенки
рис.12.Карнизный узел:
а- конструкция узла; б – к расчету стенки швеллера с вертикальным ребром жесткости;
в – к расчету горизонтального опорного листа.
Изгибающий момент в ребре жесткости:
где -нагрузка на ребро (рис.12б)
Положение центра тяжести расчетного сечения
Момент инерции сечения
Момент сопротивления
Требуемый момент сопротивления сечения
Горизонтальный лист проверяем на изгиб от опорного реактивного давления стойки (рис.12в) принятой сечением b x h=170 х 220мм.
Реактивное давление на лист
Давление верхнего пояса на лист
Расчетное давление на правый участок листа
Изгибающий момент в плите опертой на три канта с отношением сторон 117=064 в полосе шириной 1см:
Требуемая толщина листа
рис.13.Промежуточный узел верхнего пояса.
Для прикрепления швеллера к фасонке ручной сваркой электродами Э-42 при высоте швов hш=6мм с каждой стороны необходима следующая длина швов:
Для крепления нижнего пояса к фасонке длина швов высотой hш=6мм определяется по формулам:
Промежуточный узел верхнего пояса (рис.13). Расчетные усилия:
О1=О2=-224190 кгс V1=-81400 кгс. Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются лобовым упором через площадки смятия с hсм=26см. Глубина прорези для создания эксцентриситета е=12см; равна 2е=24см. Стык перекрывается с двух сторон накладками сечением 150 х 170мм на болтах
Усилия от стойки передаются на верхний пояс через площадку смятия под торцом стойки. Расчетное сопротивление древесины ели местному смятию поперек волокон находим по формуле:
Требуемая площадь смятия
Проектирую подбалку из древесины твердой породы например дуба с кгссм2. Тогда . Длина подбалки находиться из условия смятия древесины элементов верхнего пояса поперек волокон в опорных сечениях:
Принимаю длину подбалки из условия постановки с каждой стороны пары глухарей d=12мм:
а значит принимаем lб =171 см.
Толщину подбалки находим из условия изгиба по расчетной схеме показанный на рис.13б от нагрузки
Изгибающий момент консоли
Требуемая толщина подбалки
Расчетные усилия: U1=+244330 кгс; U2=+251360 кгс; D1=-33740 кгс и 33580 кгс;
Для крепления к узлу уголков нижнего пояса необходимая длина сварных швов высотой hш=6мм для элемента 1-2: по обушку180мм по перу 100мм; для элемента 4-Н и 4'-H' 190мм и 110мм.
Усилие сжатия от раскоса D1=-28270кгс передается на металлические диафрагмы узла (рис.14б). Давление на вертикальную диафрагму
Изгибающий момент в диафрагме как пластинка опертой по трем сторонам при 1718=094 и α=0107;
М2=αg2b2=0107х61х172=1886 кгс.м;
Промежуточный узел нижнего пояса. (рис.14)
рис.14. Промежуточный узел нижнего пояса:
а- конструкция узла; б- у расчету диафрагмы; в- фасонка с диафрагмами
Требуемая толщина вертикальной диафрагмы
Растягивающее усилие от раскоса D1’=3358 кгс передается через два болта d=12мм несущая способность которых:
из условия смятия древесины
Горизонтальную диафрагму рассчитываю на давление от стойки
рис.15.Коньковый узел.
Рассчитываю участок 1опертый по трем сторонам. При соотношении сторон 6617=038 коэффициент α = 006 и
Вертикальное ребро поддерживающее горизонтальную диафрагму рассчитываю как балку на двух опорах нагруженную сосредоточенной силой V1. Принимаю толщину ребра р=45мм тогда требуемая высота его
Коньковый узел. (рис.15). Отдельные полуфермы поступающие на стройплощадку соединяются между собой парными деревянными накладками сечением 150х170мм на болтах d=12мм и металлическими фланцами на болтах d=12мм. Необходимый эксцентриситет обеспечивается прорезью 260мм.
Сжимающее усилие в раскосе D1=-33740 кгс передается парными накладками из швеллеров №18 на фланцы через швы на торцах швеллеров. Швы воспринимают усилие на срез
Напряжение в швах высотой hш=4мм и общей длиной в одном швеллере проверяю по формулам:
Суммарные напряжения
Сжимающее усилие от раскоса на швеллеры передается через распорку из швеллера №18. Напряжение изгиба в распорке
Проверяю сварные швы прикрепляющие распорку к швеллерам длиной
Растягивающее усилие воспринимается двумя болтами d = 12 мм.
При одностороннем загружении фермы снегом в узле появляется поперечная сила Q = Pсн2 = 9629 кгс. Это усилие вызывает срез четырех болтов d = 12 мм. напряжение среза в болтах
Для уменьшения свободной длины нижнего пояса и его провисания предусматриваю подвеску из арматурной стали d=10мм.
Опорный узел.(рис.16). Ферма опирается на колонны через обвязочные брусья выполняющие роль горизонтальных распорок вертикальных связей жесткости между колоннами. Высоту обвязочного бруса подбираю по предельной гибкости λ=200 при расчетной длине 6175м.
Ширину обвязочного бруса назначаю равной ширине опорной стойки-25см.
Необходимая длина горизонтального опорного листа находиться из условия местного смятия обвязочного бруса поперек волокон при
принимаю lоп=2600мм.
рис.16. Опорный узел.
Толщину опорного листа нахожу из условия изгиба консольных участков длиной 7см от реактивного давления
Изгибающий момент в консоли шириной 1 см
Требуемая толщина листа
Проверяю опорную стойку на продольное сжатие. Гибкость
Коэффициент продольного изгиба
Весовые показатели фермы. Расход древесины на ферму со связями
V=368 м3 стали 600кг. Собственный вес фермы Собственный вес фермы на 1м2 плана покрытия что мало отличается от принятого в расчете.
Коэффициент собственного веса:
Обеспечение пространственной устойчивости здания
Плоскостные несущие деревянные конструкции (балки арки рамы фермы) рассчитываются на нагрузки действующие в плоскости их наибольшей жесткости (рабочей плоскости). Горизонтальные нагрузки направленные перпендикулярно продольной оси здания обычно воспринимаются стенами (или колоннами) а в зданиях с несущими конструкциями в виде арок или рам опирающимися непосредственно на фундаменты - самими конструкциями. Горизонтальные нагрузки действующие вдоль оси здания (ветровой напор продольные инерционные силы торможения кранов и др.) должны восприниматься системой связей.
Таким образом в зданиях и сооружениях плоскостные несущие конструкции при помощи связей в продольном направлении объединяются в общую систему которая доводится до неподвижных частей (фундаментов) зданий и сооружений. Эта система должна обеспечивать пространственную неизменяемость устойчивость прочность и жесткость конструкций от воздействия внешних сил любого направления при расчетном (наиболее невыгодном) сочетании нагрузок. Для восприятия связевой системой этих нагрузок необходимо надежное взаимное крепление элементов связей между собой и с несущими конструкциями.
По конструктивным особенностям различают связи: горизонтальные (скатные) – с раскосной или крестовой решеткой; вертикальные (наклонные) – в виде связевых ферм или распорок. При шаге несущих конструкций до 3 м связи выполняют из стальных элементов (уголков тяжей труб) или клееных деревянных элементов.
Так как в данном здании пролет ферм 18 что меньше 30 м то для обеспечения пространственной жесткости достаточно устроить связевую ферму в плоскости верхнего пояса. Расстояние между связевыми фермами не должно превышать 30 м.
Мероприятия по обеспечению долговечности и огнестойкости конструкций из дерева и пластмасс.
Древесина — ценный и благородный строительный материал требующий к себе бережного отношения. Срок службы деревянных конструкций при правильной эксплуатации и своевременных текущих ремонтах составляет 100 и более лет.
Вместе с тем использование для изготовления деревянных конструкций древесины с влажностью более 30% увлажнение конструкций в процессе эксплуатации нарушение осушающего режима в помещении и другие причины приводят к загниванию древесины и резкому сокращению сроков службы деревянных конструкций.
Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности грибов разрушающих целлюлозу - самую прочную часть древесины.
Процесс развития грибов происходит при средней влажности древесины более 20% в условиях повышенной влажности воздуха при отсутствии проветривания и температуре окружающего воздуха от 0 до 45°С.
Характерные признаки поражения древесины грибами в конструкциях:
появление на поверхности древесины грибницы - белых пушистых скоплений грибных нитей (гифов) а также наличие в помещении характерного грибного запаха; изменение цвета древесины: в начале процесса - на красноватый затем бурый или темно-коричневый; наличие в древесине глубоких продольных и поперечных трещин по которым она распадается на отдельные призматические кусочки - деструктивная гниль (древесина как бы обугливается легко отрывается и растирается пальцами в порошок).
Для оценки степени поражения древесины грибами установлено 5 групп: 0 - здоровая древесина; 1 - снижение прочности древесины на 10 20%; 2 - снижение прочности на 40%; 3 и 4 - аварийное состояние - снижение прочности на 50% и более.
Конструктивные меры защиты деревянных конструкций от загнивания
Основными мероприятиями конструктивной профилактики против загнивания деревянных конструкций являются защита их от постоянного или систематически повторяющегося увлажнения создание осушающего режима эксплуатации.
Увлажнение деревянных конструкций может быть:
непосредственное - атмосферными осадками из-за протечек кровли;
капиллярное— грунтовыми водами при повреждении гидроизоляции;
биологическое - самоувлажнение в процессе гниения;
конденсационное - увлажнение за счет оседания воды из паров содержащихся
в воздухе (наиболее опасное).
Основные конструктивные (профилактические) меры против загнивания:
использование сухого пиломатериала с влажностью 12 % для изготовления клееных деревянных конструкций и № 20 % - для неклееных конструкций;
зашита конструкций от увлажнения на период транспортировки и монтажа;
размещение деревянных конструкций полностью в пределах отапливаемого помещения либо целиком в пределах неотапливаемого чердачного помещения за утепленным подвесным потолком;
установка опорных частей балок ферм на деревянные опорные подушки на пилястры или в открытые гнезда утепление этих гнезд;
устройство опорных узлов рам арок так чтобы низ деревянного элемента был на 300 500 мм выше уровня чистого пола;
обеспечение свободного доступа к опорным узлам конструкций для осмотра и проветривания;
устройство гидроизоляции в местах соприкосновения древесины с каменной кладкой бетоном металлом;
обеспечение зазора не менее 250 мм между нижним поясом ферм и утеплителем в зданиях с утепленным подвесным потолком для осмотра и проветривания;
вентиляция утепленных деревянных перекрытий через щелевые плинтуса и решетки в полу в углах комнат вентиляция подполья через продухи в цокольных стенах конструкциях (слой пароизоляции должен располагаться в начале теплового потока то есть со стороны положительных температур а теплоизоляционный слой устраивается в конце теплового потока то есть с холодной стороны ограждения).
Химические меры защиты деревянных конструкций от загнивания
В тех случаях когда одними конструктивными мерами невозможно гарантировать надежную защиту деревянных конструкций от загнивания конструкции обрабатываются специальными химическими препаратами — антисептиками — веществами оказывающими отравляющее воздействие на биологических разрушителей древесины.
Требования к антисептикам:
быть токсичными для дереворазрушающих грибов и насекомых и безопасными для человека и домашних животных;
не влиять на механическую прочность древесины и не способствовать коррозии металлических соединительных деталей;
легко проникать в древесину и не вымываться из нее иметь постоянный химический состав не иметь резкого запаха быть дешевыми и доступными т. е. экономически выгодными для применения.
Применяемые в строительстве антисептики делятся на водорастворимые (неорганические или минеральные); маслянистые (органические); комбинированные; комплексные (обладающие антисептическими и огнезащитными свойствами).
Наиболее распространенные водорастворимые антисептики (состав %):
фтористый натрий (НаР - 3; вода - 97) - белый порошок не имеющий цвета и запаха легко проникает в древесину и легко вымывается из нее при соприкосновении с известью цементом алебастром мелом теряет свои свойства;
кремнефтористый аммоний - КФА (КФА - 10; вода - 90) - белый кристаллический порошок с легким запахом аммиака;
селькур (медный купорос - 35; бихромат натрия - 35; уксусная кислота - 005; вода-93);
-препарат ББ-11 (бура техническая - 10; кислота борная - 10; вода-80).
Из маслянистых антисептиков наиболее эффективно каменноугольное масло (креозот) - темно-коричневая жидкость с едким запахом - продукт переработки каменноугольной смолы а также антраценовое масло сланцевое масло и березовый деготь.
В настоящее время применяются как правило комплексные составы оказывающие антисептическое и антипирирующее защитное воздействие на древесину типа «Пирилакс» (г. Ижевск).
Деревянные конструкции каркасов покрытий и перекрытий защищаются водорастворимыми антисептиками а элементы конструкций соприкасающиеся с землей (сваи опоры ЛЭП шпалы столбы) пропитываются маслянистыми антисептиками.
Защита от возгорания
Пожары наносят огромный ущерб экономике. Для снижения потерь от пожаров разработана система противопожарного нормирования в строительстве основные положения которой изложены в СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений». Здания а также части зданий выделенные противопожарными стенами подразделяются по степеням огнестойкости (1 У) и классам конструктивной и функциональной пожарной опасности.
Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его строительных конструкций. Строительные конструкции в свою очередь характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости. Пожарную опасность конструкции характеризует класс ее пожарной опасности.
Предел огнестойкости строительных конструкций - это время (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний: потери несущей способности потери целостности потери теплоизолирующей способности.
Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются по результатам огневых испытаний в специальных лабораторных печах с соблюдением стандартного режима нарастания температуры и проверяются при натурных испытаниях.
Нормы допускают применение клееных деревянных конструкций массивных сечений (колонн арок рам балок) без огнезащиты в одноэтажных производственных складских сельскохозяйственных и общественных зданиях II степени огнестойкости с производствами категорий Г Д Е.
По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на 4 класса: КО (непожароопасные); К1 (малопожароопасные); К2 (умереннопожароопасные); КЗ (пожароопасные). Деревянные конструкции отнесены по ГОСТ 30403 к классу КЗ.
В пожарном отношении деревянные конструкции часто необоснованно считаются более опасными чем металлические или железобетонные с предварительно напряженной арматурой. Опыт обследования зданий поврежденных пожаром показывает что незащищенные металлические и железобетонные конструкции с предварительно напряженной арматурой быстро теряют несущую способность и внезапно обрушаются.
Обуглившейся наружный слой древесины теплопроводность которого в 4 раза меньше теплопроводности самой древесины воспрепятствовал проникновению тепла и кислорода в зону горения и защитил центральную часть элемента от возгорания. Как показали проверочные расчеты несущая способность верхних частей конструкций с учетом ослабления сечения на 20% оказалась достаточной для восприятия расчетных нагрузок и после восстановительного ремонта они признаны пригодными к дальнейшей эксплуатации.
Деревянные конструкции допускается применять в зданиях и сооружениях при температуре окружающего воздуха не более 35"С - для клееных деревянных конструкций и не более 50°С — для деревянных конструкций из брусьев и досок. Применение деревянных конструкций как и других видов строительных конструкций требует соблюдения конструктивных и химических мер защиты их от возгорания.
Конструктивные меры защиты от пожарной опасности
Конкретные конструктивные меры защиты от пожарной опасности зависят от функционального назначения зданий и сооружений и устанавливаются соответствующими нормами проектирования. Для одноэтажных производственных и складских зданий наиболее распространены следующие конструктивные меры защиты: соблюдение противопожарных разрывов между зданиями; устройство противопожарных разрывов длиной не менее 6 12 м в протяженных зданиях; разделение зданий на отсеки (через 50 м) брандмауэрными стенами из несгораемых материалов высотой 600 мм массивного прямоугольного сечения; защита (обшивка) поперечного сечения деревянных элементов листовыми материалами из асбеста оштукатуривание растворами; применение несгораемых теплоизоляционных материалов и кровель разделение на отсеки не сообщающиеся между собой кровельных и стеновых панелей имеющих пустоты.
Химические меры защиты от пожарной опасности
При невозможности обеспечить требуемую пожарную безопасность зданий конструктивными мерами используются химические меры защиты которые включают обработку деревянных элементов огнезащитными составами - антипиренами.
Антипирены - вещества которые при нагревании плавятся и покрывают поверхность древесины огнезащитной пленкой препятствующей доступу воздуха к древесине или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов которые оттесняют воздух от древесины. В состав антипиренов входят фосфорнокислый и сернокислый аммоний бура борная кислота и другие химические вещества.
Наиболее применяемые антипирены для пропитки деревянных элементов (состав %): препарат МБ- (медный купорос - 27; бура техническая - 36; углекислый аммоний - 53; кислота борная - 34; вода - 85); препарат МС (диаммоний фосфат -75; сульфат аммония - 75; фтористый натрий -2; вода - 83).
Для поверхностной обработки деревянных конструкций могут использоваться приведенные выше составы (при удержании сухой соли не менее 100 гм2) а также фосфатные составы ОФП-9 и вспучивающиеся покрытия разработанные ВНИИПО типа ВП-9 ВПМ-2Д (смесь термостойких и газообразующих наполнителей в водном растворе полимерных связующих) составы на основе перхлорвиниловой эмали ХВ-5169 (600 гм2) и органосиликатные композиции группы ОС-12-03 (суспензия активизированных силикатных и окисных компонентов в толуольных растворах) а также состав ТХЭФ (раствор трихлорэтилфосфата в четыреххлористом углероде) препараты ББ-11 «Пирилакс» а также импортные составы.
Пропитка антипиренами снижает прочностные свойства древесины в среднем на 10%. Соединительные металлические детали (накладки болты) снижают предел огнестойкости деревянных конструкций они также должны быть защищены.
Способы антисептирования и антипирирования древесины
Выбор способов антисептирования и антипирирования зависит от вида и габаритных размеров конструкций требований к сроку службы конструкций условий эксплуатации и производственных возможностей.
КДК массивного сечения обладают хорошей био- и огнестойкостью и не нуждаются в пропитке антисептиками и антипиренами. Для несущих КДК применяется только локальная защита торцов и опорных частей мастиками (УМ-30м УТ-32) или эпоксидными шпатлевками (ЭП-0010) и поверхностная окраска комплексными защитными составами или пентофталевыми эмалями типа ПФ-115 при помощи краскопультов или кистями за 2 раза.
Деревянные балки покрытий чердачных и междуэтажных перекрытий мауэрлаты стропильные ноги и другие конструкции из цельной древесины защищаются поверхностной обработкой антисептиком подогретым до температуры 60 80°С за 2 раза (с перерывом 1 2 часа). Опорные части конструкций дополнительно обмазываются антисептическими пастами или мастиками.
Столбы ЛЭП шпалы и другие конструкции и (или) их части эксплуатируемые на открытом воздухе и соприкасающиеся с землей пропитываются маслянистыми антисептиками в автоклавах или обмазываются антисептическими пастами (диффузионный способ пропитки).
Для элементов ограждающих конструкций (ребер панелей подвесных потолков плит покрытия) мелких деталей и элементов внутренней отделки помещений применяется пропитка в горячехолодных ваннах в течение 2 4 часов или глубокая пропитка в автоклавах под давлением.
Способ горячехолодных ванн: штабель деревянных элементов погружается в горячую ванну (температура горячей ванны 95°С - для водорастворимых антисептиков; 85°С-для маслянистых антисептиков) и выдерживается в ней 1 2 часа.
Воздух находящийся в порах древесины нагревается расширяется и выходит. Воздух охлаждается создается определенный вакуум - раствор антисептика проникает в древесину.
При пропитке в автоклавах применяются два способа:
-ый- для водорастворимых антисептиков. Суть способа: после загрузки штабеля деревянных элементов в автоклав создается разряжение - воздух выходит из древесины. Затем в автоклав подается раствор антисептика и создается давление до 14 МПа.
-й - для маслянистых антисептиков. Суть способа: после загрузки штабеля деревянных элементов в автоклав создается определенное давление воздух в клетках древесины сжимается. Затем в автоклав подается антисептик и увеличивается давление до 14 МПа.
До пропитки влажность деревянных элементов должна быть не более 20%. Качество пропитки контролируется по весу поглощенного раствора и его концентрации по глубине проникновения состава в древесину и его распределению в ней. В среднем глубина пропитки составляет 5 10 мм расход сухой соли 15.. .70 кгмг древесины.
При выполнении работ по антисептированию и антипирированию древесины следует соблюдать правила техники безопасности и производственной санитарии.
СНиП -25-80 «Деревянные конструкции.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.
СНиП II-23-81 Стальные конструкции.
Калугин А.В. Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций). – М.: Издательство АСВ 2003. – 224 с. с илл.
Окольникова Г.Э. Курс лекций «КДиП». МГОУ.
Методические указания и контрольные Методические указания и контрольные задания по курсовому проекту для студентов очно-заочной и заочной форм обучения специальности 270102
«Промышленное и гражданское строительство». Москва – 2006. Окольникова Г. Э. Добровольский А.С.
Конструкции из дерева и пластмасс. (Примеры расчета и конструирования). Иванов В.А. Куницкий Л.П. Кормаков Л.И. и др. «Будiвельник» 1970 стр. 504.