Проектирование деревянного каркаса одноэтажного здания

! ПЗ к КП по деревяшкам.doc

Схема основной несущей конструкции – арка стрельчатого типа
Пролет здания м – 28
Шаг основных несущих конструкций м – 4
Район строительства – г. Ставрополь
Характеристика теплового режима здания – неотапливаемое
Условия эксплуатации – нормальная зона
Материал конструкций – сосна
Выбор конструкций здания их компоновка
1Выбор несущих конструкций
В качестве несущих конструкций примем дощато-клееную трехшарнирную арку стрельчатого типа с опиранием на фундамент.
Определим стрелу подъема арки:
где l – пролет арки.
Примем стрелу подъема арки f = 12 м.
Рисунок 1 – Трехшарнирная арка стрельчатого очертания
2Выбор конструкций покрытия
В качестве ограждающих конструкций покрытия примем листы профнастила по обрешетке из брусьев.
Рисунок 2 – Обрешетка из брусьев
– обрешетка; 2 – решетка; 3 – арка
Для обрешетки используем брусья 50х50 мм. Конструктивно расстояние от центра бруска до края решетки b1 принимается равным 025 м; расстояние между центрами брусьев b2 принимается 05 м.
Расстояние l = 4 м.
Уклон примем равным 40 градусов.
Связи выполняются из стальных уголков так как шаг несущих конструкций превышает 3 м.
Блоки связей располагаются в торцевых секциях здания.
Связевую систему покрытия образуют горизонтальные (поперечные) связи в плоскости верхней грани арок и вертикальные связи – распорки между ними.
В плоскости кровли в качестве продольных элементов связей используются прогоны – обрешетины.
Ширина панелей поперечных связевых ферм принимается равной шагу несущих конструкций.
Рисунок 3 – Устройство связей
Геометрический расчет основной несущей конструкции
1Определение геометрических характеристик арки
Длина хорды полуарки:
Согласно рекомендациям по проектированию деревянных конструкций расстояние от середины хорды до дуги:
Радиус кривизны оси полуарки:
Центральный угол определим из соответствия:
Длина дуги полуарки:
Угол наклона дуги полуарки:
Угол наклона касательной в точке 5 (коньковый узел арки):
2Определение координат точек полуарки
Функция дуги полуарки имеет вид:
Делим полуарку на пять частей. Центральный угол соответствующий одному делению равен:
За начало координат примем левую опору тогда координаты центра кривизны оси полуарки будут равны:
Координаты расчетных сечений арки определяем по формулам:
где n – номер рассматриваемого сечения.
Вычисление координат приведено в таблице 1.
Таблица 1 – Определение координат оси арки
Рисунок 4 – Расчетная схема арки
Расчет ограждающих конструкций
Щит проектируем из четырех прогонов сечением 50х100 мм выполняющих одновременно роль обрешетин под кровлю которые соединены гвоздями с элементами решетки тремя стойками и двумя диагональными раскосами из брусков сечением 50х50 мм.
Расстановку обрешетин принимаем через 500 мм. Принимаем ширину щита 2000 мм. Длину щита назначаем равной расстоянию между осями несущих конструкций за вычетом 1 см на возможную неточность изготовления то есть 3990 мм.
Бруски крайних стоек решетки щита при его укладке прибиваем к верхнему поясу арки гвоздями чем обеспечиваем передачу скатной составляющей нагрузки и устойчивость сжатых поясов несущих конструкций из их плоскости.
Чтобы предотвратить скручивание прогонов-обрешетин под действием скатной нагрузки прилагаемой к их верхним кромкам в месте каждого пересечения прогонов со стойками устраиваем упоры из коротких брусков прибиваемых к стойкам двумя гвоздями 4х100 мм.
1 Расчет прогона - обрешетины
Вычислим нагрузку действующую на 1 пог. м обрешетины.
Таблица 2 – Нагрузка действующая на 1 пог. м обрешетины
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Профнастил (0006 м; 7850 кгм3)
Обрешетины (005х01х1 м; 510 кгм3)
Решетка щитов (ориентировочно 50% от веса обрешетин)
Снеговая нагрузка (12*cos(18*40°))
Обрешетины щита работают на косой изгиб. Составляющая нагрузки перпендикулярная скату:
Составляющая нагрузки параллельная скату:
В плоскости перпендикулярной скату обрешетина работает как разрезная балка с расчетным пролетом см где 9 см – длина каждой из опорных поверхностей обрешетины на верхнем поясе несущей конструкции принятом ориентировочно шириной 18 см.
В плоскости ската обрешетину рассматриваем как двухпролетную неразрезную балку с пролетами ; см так как она на средней стойке щита имеет дополнительную опору.
Максимальные изгибающие моменты в обеих плоскостях возникают посередине обрешетины:
Моменты сопротивления и инерции обрешетины:
где Rи – расчетное сопротивление изгибу принимаемое для сосны 1 сорта равным 14 МПа.
Прогиб обрешетины в середине пролета вызывается лишь действием нагрузки перпендикулярной скату. Относительный прогиб:
Пренебрегая незначительной величиной нагрузки от собственного веса проверяем прочность обрешетины на действие только монтажной нагрузки P = 12 кН приложенной в середине пролета. В этом сечении момент от составляющей сосредоточенного груза в плоскости ската равен нулю. Тогда
кНсм2 1412=168 кНсм2
где 12 – коэффициент учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки.
2 Расчет прикрепления элементов щита
Обрешетины вместе с решеткой образуют в плоскости ската ферму которая передает на основную несущую конструкцию скатную составляющую нагрузки.
Полная скатная составляющая от собственного веса и снеговой нагрузки приходящаяся на весь щит:
где nоб =4 – число обрешетин.
Часть этой нагрузки собранная примерно с одной четверти площади щита передается непосредственно от прогонов на крайние стойки. Оставшаяся часть скатной составляющей передается через раскосы на упорные бобышки. Усилие воспринимаемое одной бобышкой:
Бобышку к стойке крепим гвоздями 4х100 мм. Несущая способность односрезного гвоздя:
Необходимое число гвоздей:
Щит через крайние стойки крепим к верхнему поясу несущей конструкции гвоздями 4х120 мм. Через эти гвозди скатная составляющая от щита передается поясу.
Необходимое число гвоздей на одну стойку:
На среднюю стойку от прогона передается нагрузка равная средней опорной реакции двухпролетной неразрезной балки:
В каждое пересечение элемента решетки с прогоном ставим два гвоздя 4х100 мм с кН > 073 кН.
Расчет несущей конструкции
1 Сбор нагрузок на арку на 1 м2
Таблица 3 – Нагрузка на 1 м2 арки
Нормативная нагрузка
Коэф-т надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка q кНм2
Конструкции покрытия
С учетом расположения покрытия по дуге арки
Собственный вес арки
Снеговая расчетная равномерно распределенная нагрузка на 1 м2 горизонтальной поверхности:
где c1 – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; p0 – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м горизонтальной поверхности земли.
Нормативная снеговая нагрузка:
Расчетная нагрузка приходящаяся на 1 м горизонтальной поверхности арки от постоянной нагрузки:
Расчетная нагрузка приходящаяся на 1 м горизонтальной поверхности арки от снеговой нагрузки:
2 Статический расчет арки
Расчет арки производим при двух сочетаниях нагрузки:
Постоянная и снеговая нагрузка равномерно распределенная по всему пролету;
Постоянная нагрузка по всему пролету и снеговая равномерно распределенная на половине пролета.
2.1 Постоянная нагрузка по всему пролету арки
Рисунок 5 – Расчетная схема при расчете на постоянную нагрузку
по всему пролету арки
Определим опорные реакции:
Рисунок 6 – Эпюра изгибающих моментов от постоянной нагрузки
распределенной по всему пролету арки
Рисунок 7 – Эпюра продольных сил от постоянной нагрузки
Рисунок 8 – Эпюра поперечных сил от постоянной нагрузки
2.2 Снеговая нагрузка по всему пролету
Рисунок 9 – Расчетная схема арки при расчете на снеговую нагрузку
Снеговая нагрузка распределяется в средней части арки начиная с точки дуги касательная к которой составляет с горизонтам угол . Расстояние от левой опоры до этой точки:
Рисунок 10 – Эпюра изгибающих моментов от снеговой нагрузки
Рисунок 11 – Эпюра продольных сил от снеговой нагрузки
Рисунок 12 – Эпюра поперечных сил от снеговой нагрузки
2.3 Снеговая нагрузка на левой стороне арки
Рисунок 13 – Расчетная схема при расчете на снеговую нагрузку на левой стороне арки
Рисунок 14 – Эпюра изгибающих моментов от снеговой нагрузки
распределенной на левой стороне арки
Рисунок 15 – Эпюра продольных сил от снеговой нагрузки
Рисунок 16 – Эпюра поперечных сил от снеговой нагрузки
2.4 Снеговая нагрузка на правой стороне арки
Рисунок 17 – Расчетная схема при расчете на снеговую нагрузку
на правой стороне арки
Рисунок 18 – Эпюра изгибающих моментов от снеговой нагрузки
распределенной на правой стороне арки
Рисунок 19 – Эпюра продольных сил от снеговой нагрузки
Рисунок 20 – Эпюра поперечных сил от снеговой нагрузки
2.5 Таблица нагрузок и расчетных усилий
Таблица 4 – Нагрузки и расчетные усилия
Снеговая по всему пролету
Первое сочетание (1 и 2)
Второе сочетание (1 и 3 или 1 и 4)
3 Расчет прочности арки
3.1 Компоновка поперечного сечения
Примем арку прямоугольного сечения.
Из условия обеспечения монтажной жесткости ширина сечения арки принимается не менее 14 см.
Примем сечение из досок 15х4 см после острожки – 13х33 см. Материал досок – сосна I сорта.
Высота поперечного сечения:
где k – коэффициент принимаемый равным 27.
Количество досок в сечении:
Примем 22 доски тогда окончательно размеры сечения b = 13 см h = 22х33=726 см.
3.2 Геометрические характеристики сечения
Расчетная площадь сечения:
Момент сопротивления сечения:
Момент инерции сечения:
Статический момент инерции сечения:
3.3 Проверка прочности поперечного сечения арки по нормальным напряжениям
Гибкость в плоскости арки:
Условие выполняется прочность нормальных сечений обеспечена. Установка дополнительных связей по верхнему поясу арки не требуется.
3.3.1 Для первого сочетания нагрузок
Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента:
где - продольное усилие в расчетном сечении при первом сочетании нагрузок;
- коэффициент продольного изгиба;
- расчетное сопротивление древесины сжатию.
Так как то коэффициент продольного изгиба:
где А – коэффициент принимаемый для древесины равным 3000.
Расчетное сопротивление древесины сжатию:
где - переходный коэффициент для сосны равный 1;
- коэффициент равный 1 для нормальных условий эксплуатации;
- коэффициент учитывающий влияние высоты сечения элемента равный 093;
- коэффициент учитывающий толщину слоев клееного элемента равный 11;
- коэффициент для гнутых элементов равный 1.
Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок:
Нормальное напряжение в сечении арки:
3.3.2 Для второго сочетания нагрузок
Условия выполняются прочность нормальных сечений обеспечена.
3.4 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования
При симметричном загружении имеет место сплошное раскрепление растянутой зоны по всей дуге арки.
Так как растянутая кромка закреплена из плоскости деформирования связями покрытия расчет производится по формуле:
Гибкость участка расчетной длины из плоскости деформирования:
где - расчетная длина равная ширине плиты покрытия.
Так как коэффициент продольного изгиба:
Коэффициент устойчивости изгибаемых элементов:
где - коэффициент зависящий от эпюры изгибающих моментов равный 113.
где - центральный угол (рад);
При симметричном загружении (на первое сочетание нагрузок):
При несимметричном загружении (на второе сочетание нагрузок):
Условия выполняются устойчивость плоской формы деформирования на участках обеспечена.
3.5 Расчет клеевых швов на скалывание
Проверку производим в опорном сечении по формуле:
где S – статический момент;
- расчетное сопротивление клеевых элементов древесины скалыванию;
- коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента.
Условие выполняется соединение клеевых швов скалыванию обеспечено.
Расчет опорного узла
Рисунок 21 – Опорный узел
Проверим торец стойки на смятие вдоль волокон:
Проверим кромку стойки на смятие поперек волокон:
где - высота башмака.
Конструктивно примем см.
Вертикальная пластина башмака воспринимающая распор работает на изгиб как балка пролетом равным толщине полуарки частично защемленная на опорах. С учетом пластичного перераспределения моментов максимальный изгибающий момент возникающий в пластине:
Так как в изгибаемых элементах нормальное напряжение:
то требуемый момент сопротивления:
Этому моменту сопротивления должен быть равен момент сопротивления вертикальной пластины:
Тогда толщина башмака:
Согласно сортаменту лист проката примем мм.
Длина опорной части:
С учетом унификации боковые пластины примем толщиной равной толщине вертикальной пластины.
где =120 мм – ширина свеса.
Сжимающие усилия передаются непосредственно на фундамент. Башмак крепится к фундаменту двумя болтами работающими на срез и растяжение.
Изгибающий момент который передается на опорную пластину:
Учитывая что усилия передаются на фундамент через свесы опорной плиты то момент сопротивления:
Несущая способность бетона фундамента:
где - сопротивление бетона сжатию равное для бетона класса В20 равное 15 кНсм2.
Анкерные болты примем диаметром d=34 мм с площадью сечения брутто и площадью сечения нетто . Под болты устанавливают шайбы толщиной мм.
Растягивающие усилия в болтах:
Проверим болт на растяжение:
Проверим болт на срез:
Условие выполняется; прочность болта на срез обеспечена.
Аварийный болт примем того же диаметра. Толщину опорной пластины башмака примем без расчета 10 мм.
Расчет конькового узла
Рисунок 22 – Коньковый узел
Накладку изготовим из бруса сечением = 90х350 мм.
Болты примем диаметром =24 мм расположим их в два ряда по высоте. Расстояние между болтами среднего ряда мм и между крайними рядами болтов мм.
Проверим прочность взаимного смятия торцов полуарки под углом к волокнам:
Условие выполняется; прочность взаимного смятия торцов полуарки под углом к волокнам обеспечена.
Проверим накладки на срез:
где M – изгибающий момент в накладке.
Момент сопротивления:
Условие выполняется; прочность накладки на срез обеспечена.
Рассчитаем болты нагельного соединения.
Усилия действующие на болты среднего ряда:
Усилия действующие на болты крайнего ряда:
Определим несущую способность одного болта на срез.
Усилие воспринимаемое на смятие крайним элементом:
где - коэффициент учитывающий уменьшение несущей способности нагеля раный 09.
Усилие воспринимаемое на смятие средним элементом:
Усилие воспринимаемое на изгиб:
Несущая способность нагельного соединения:
где - количество болтов в ряду;
- количество срезов болта.
Условие выполняется; несущая способность соединения обеспечена.
Защита деревянных конструкций от биологического поражения и пожарной опасности
Для защиты деревянных конструкций от загнивания и возгорания используем комплексный состав «КСД-А» марки I тонирующий древесину без закрашивания структуры. Состав «КСД-А» пожаро- взрывобезопасен не обладает раздражающим действием на кожу по степени воздействия на организм человека относится к четвертому классу опасности (вещество мало опасное). Состав «КСД-А» является готовой формой и не подлежит разбавлению или смешению с другими составами.
Состав «КСД-А» марки I переводит древесину в категорию трудногорючих материалов обеспечивает нераспространение пламени по поверхности увеличивает время до воспламенения в 8 раз снижает дымообразующую способность в 25 раза токсичность продуктов горения древесины (при 450°С) - в 2 раза.
Деревянные поверхности подлежащие пропитке очищаются от пыли и грязи. Не допускается нанесение составов на мокрые масляные проолифленные или окрашенные поверхности.
Нанесение состава «КСД-А» производится распылителем. Расход состава «КСД-А» марки I - 400 гм2.
Составы наносить равномерно не допуская пропусков. Строго обеспечивать требуемую норму расхода. Расход 400 гм2 достигается двухкратной обработкой с промежуточной сушкой продолжительностью не менее трех часов.
Работу проводить при влажности воздуха не более 80 процентов и температуре не ниже плюс 5 градусов. Не допускается проведение работ при отрицательной температуре.
Работать следует в резиновых перчатках; при попадании состава на кожу тщательно смыть водой с мылом.
Пропитанные конструкции изделия пригодны для использования сразу после сушки.
Проникновение состава «КСД-А» в древесину при поверхностной пропитке как правило не превышает 1 мм. В связи с этим пропитанная древесина не подлежит механической обработке.
При соблюдении технологии пропитки и норм расхода состав «КСД-А» марки I обеспечивает получение I группы огнезащитной эффективности.
Для окрашивания конструкций используется акриловая краска по дереву наносимая распылителем.
Окрашивание конструкций производится после того как окрашиваемая поверхность достигнет влажности не более 20%.
При окрашивании необходимо соблюдать внешние условия нанесения краски. Требуемая температура воздуха и поверхности во время окраски от плюс 5 градусов до плюс 30 градусов (наиболее оптимальный режим - при плюс 18 градусах) относительная влажность воздуха - менее 80 процентов. Необходимо избегать окрашивания в ветреную погоду а также под воздействием прямых солнечных лучей.
Шишкин В. Е. Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс. Учебное пособие для техникумов. - М. Стройиздат 1974 г 219 с.
Нормативная литература:
СНиП II-25-80 (с изм. 1988) «Деревянные конструкции»;
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80).

! Арка к КП по деревяшкам.cdw

Проектирование каркаса
Для изготовления деревянных конструкций используется сосна I сорта с расчетными характери-
Для защиты от загнивания и возгорания деревянные конструкции покрываются комплексным
наносимый распылителем. Расход - 400 гм
достигаемый двухкратной
обработкой с промежуточной сушкой продолжительностью не менее трех часов.
Деревянные поверхности
очищаются от пыли и грязи. Работу проводить при
влажности воздуха не более 80 процентов и температуре не ниже плюс 5 градусов.
Работать следует в резиновых перчатках; при попадании состава на кожу тщательно смыть водой
Пропитанные конструкции пригодны для использования сразу после сушки.
Для окрашивания конструкций используется акриловая краска по дереву
наносимая распылителем.
Окрашивание конструкций производится после того
как окрашиваемая поверхность достигнет
влажности не более 20%.
расчетная схема арки
Клееная деревянная арка
Расчетная схема арки
Металлические изделия