Проектирование деревянной фермы арочного типа пролетом 18м

Пояснительная чистовая.doc

1.Компоновка конструктивной схемы здания
Конструктивное решение здания:
Пролет здания L = 18 м. длина здания = 60 м.
Высота помещения 65м
Район строительства г. Омск
Температурный режим здания – холодный
Тип конструкции покрытия – клеедеревянная арка.(тип 2)
Стены кирпичные толщиной 770 мм.
1 Выбор расчетной схемы.
Настил балочного типа опирается шарнирно (передает только опорные реакции )
На настил действуют несколько видов нагрузки:
- постоянная нагрузка –собственный вес настила вес конструкции покрытия
- временно кратковременная нагрузка – снеговая нагрузка вес монтажника
- Постоянные нагрузки на покрытие.
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Защитный сплошной настил
- расчетная равномерно распределенная нагрузка на настил
- Временная нагрузка:
табл.4 [3] (район строительства г.Омск)
3 Статический расчет
Производим расчет по правилам строительной механики от каждой нагрузки в отдельности в результате необходимо получить максимальный изгибающий момент. Расчетная схема настила представляет собой многопролетную неразрезную балку загруженную равномерно распределенной нагрузкой (постоянной и временной).
) - постоянная нагрузка
) от веса монтажника
4 Выбор сечения настила.
Балка настила загружена статической нагрузкой имеет сплошное сечение
тогда требуемый момент сопротивления определяем из условия прочности:
где Rи = 14мПа табл. 3 [1]
Принимаем по сортаменту пиломатериалов для деревянных конструкций 4 доски 150×32 ;
Геометрические характеристики сечения
h = 32 мм Wx = 1024 см3
b = 150 мм Ix = 16384 см4
Для древесины ребер модуль упругости Едр = 10000 МПа.
5 Проверка настила по первой группе предельных состояний
Прочность по нормальным напряжениям:
х = 1114мПа Rи = 14 мПа; табл.3 [1]
Вывод: прочность по нормальным напряжениям обеспечена.
6 Проверка прочности настила от действия монтажных нагрузок (веса монтажника)
Монтажная нагрузка действует на две доски:
х = 1313мПа Rи = 14 мПа; табл.3 [1]
Принимаем неразрезные сплоченные прогоны на гвоздях состоящих из двух рядов досок на ребро соединяемых на гвоздях через 50см. Стык выполняется в пролёте осуществляется в разбежку.
1 Выбор расчетной схемы
На прогон действуют несколько видов нагрузки:
- постоянная нагрузка –собственный вес прогона вес конструкции покрытия
- временно кратковременная нагрузка – снеговая нагрузка
Нормативная нагрузка
Собственный вес прогона
п5.7[3] табл.4 [2] (район строительства г.Омск)
Производим расчет по правилам строительной механики от каждой нагрузки в отдельности в результате необходимо получить максимальный изгибающий момент. Расчетная схема прогона представляет собой многопролетную статически определимую балку загруженную равномерно распределенной нагрузкой (постоянной и временной).
- постоянная нагрузка в плоскости х-х
- снеговая нагрузка в плоскости х-х
- постоянная нагрузка в плоскости y-y
- снеговая нагрузка в плоскости y-y
4 Выбор сечения прогона.
Балка прогона загружена статической нагрузкой имеет сплошное сечение
где Rи = 15мПа табл. 3 [1]
Принимаем по сортаменту пиломатериалов для деревянных конструкций ;
h = 275 мм Wx = 315104 см3
b = 125 мм Ix = 4332682см4
5 Проверка прогона по первой группе предельных состояний
Прочность по нормальным напряжениям в плоскости х-х:
Где кw =09 табл. 13[1]
х = 9748мПа Rи = 15мПа; табл.3 [1]
Вывод: прочность по нормальным напряжениям в плоскости х-х обеспечена.
Прочность по нормальным напряжениям в плоскости y-y:
х = 6066мПа Rи = 15мПа; табл.3 [1]
Вывод: прочность по нормальным напряжениям в плоскости y-y обеспечена
Прочность от совместного действия моментов в плоскости х-х у-у:
Rи = 15мПа табл.3 [1]
Вывод: Прочность от совместного действия моментов в плоскости х-х у-у обеспечена.
6 Проверка прогона по второй группе предельных состояний
Жесткость балок обеспечивается если выполняется условие:
00 – предельный прогиб для прогонов по (т.16 [3]).
Вывод: жесткость балки обеспечена.
7 Расчёт и конструирование гвоздевого забоя прогона
Принимаем диаметр гвоздя d=6мм
Расчётная несущая способность одного гвоздя на одну плоскость среза:
Определяем количество гвоздей:
Т- Наименьшая расчётная несущая способность одного гвоздя на одну плоскость среза
Арка опирается шарнирно (передает только опорные реакции )
Геометрические размеры оси арки
При расчетном пролете l = 18 м и стреле её подъема f = 3 м радиус арки находим по формуле:
центральный угол дуги полуарки α определяем из выражения
cos α = (r - f)r = (15 - 3)15 = 08
откуда α = 37°27'. Центральный угол дуги арки 2α = 74°54' длина дуги арки
S = (r×2α)180° = (314×15×7474°)180° = 19295 м.
Координаты точек оси арки y для вычисления моментов M находятся по формуле: где:
Д = r - f = 15 - 3 = 12 м и приведены в таблице:
Значение координат точек оси арки м
На арку действуют несколько видов нагрузки:
- постоянная нагрузка –собственный вес фермы вес конструкции покрытия и т.д.
- временно кратковременная нагрузка – снеговая нагрузка ветровая
На верхнюю грань арки:
Собственный вес арки
Защитный слой – доски
Пароизоляция -1слой рубероида
Утеплитель -мин. Плиты
Подшивной потолок – ГКЛ
Нормативные нагрузки умножаются на коэффициент k = Sl = 1929518 = 107 учитывающий разницу между длиной дуги арки и ее проекцией.
- расчетная равномерно распределенная нагрузка на арку где:
В = 6м- шаг арок - коэффициент надежности для производственных зданий.
п.5.3. [3] (район строительства г.Омск)
При шарнирном сопряжении на арку передаются усилия от ветровой нагрузки.
- Активное давление ветра где
- 06 кнм² п.6.5[3] нормативный скоростной напор ветра(г. Омск)
с =-04 п.6.6[3] аэродинамический коэффициент учитывающий конфигурацию здания для активного давления ветра
к = 1 п.6.5. [3] коэффициент учитывающий изменение давления ветра по высоте: γf =1.4 п.6.113.
- Пассивное давление ветра где
- 06 кНм² п.6.4[3] нормативный скоростной напор ветра для Омска
с =-04 п.6.6[3] аэродинамический коэффициент учитывающий конфигурацию здания для пассивного давления ветра
3. Статический расчет
Производим расчет по правилам строительной механики от каждой нагрузки в отдельности в результате необходимо получить максимальный изгибающий момент и продольную силу. Расчетная схема представляет собой трехшарнирную арку загруженную равномерно распределённой нагрузкой от каждого вида нагрузки.
Эпюры изгибающих моментов поперечных и продольных сил от единичной нагрузки:
Расчётным сечение является сечение 3
Расчетные усилия арке
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от снеговой нагрузки
Усилия от ветровой нагрузки Wл
Расчетные опорные реакции:
4 Подбор сечения арки
Предварительное определение размеров поперечного сечения арки производим по п. 4.17 [1] формула 28 [1]:
Приняв hb = получим:
Уравнение (47) приводим к виду
Rс - расчетное сопротивление древесины сжатию с учетом коэффициентов условий работы по пп. 3.1 и 3.2 [1] и коэффициентов надежности по назначению конструкций.
Поскольку q >> p дискриминант уравнения 48 [5] >0 и оно имеет одно действительное и два мнимых решения. Согласно формуле Кардано действительное решение где:
Для изготовления арок принимаем пиломатериал из древесины сосны 1-го сорта толщиной 4 см. Коэффициент надежности по назначению Согласно пп. 3.1 и 3.2 [1] при h > 120 см сл = 4 см и коэффициенты условий работы будут ; ;
соответственно расчетное сопротивление сжатию и изгибу:
Rс = Rи = 08×095×10×1610 = 1216 МПа.
Для определения поперечных размеров сечения арки пользуемся уравнением 47 [5]. Принимаем = hb = 56; = 08 и определяем высоту и ширину сечения арки
h = 991 мм и b = 99156 = 17696 мм
Принимаем поперечное сечение арки из 25 слоев толщиной 40 мм.
Определяем гибкость согласно пп. 4.4 и 6.25 ф. 9 [1]:
S=19.295м – длина дуги арки; h=100м –высота сечения арки
Согласно п. 6.27 [1] при определении коэффициента вместо N в формулу 30 [1] надо поставить N6 = 135*(14997+7479)=327812 кН - сжимающее усилие в ключевом сечении для расчетного сочетания нагрузок.
- коэффициент принимаемый по п. 4.3 [1]
расчетный момент сопротивления:
Подставив эти значения в формулу 28 [1] получим:
т.е. прочность сечения обеспечена.
Предварительно принимаем марку стали С255.
Ryn=245 МПа; Run=370 МПа; Ry=240 МПа; Ru=360 МПа – табл. 512; gm=1025–табл.22; Rs=058×Ryngm=058×2451025=13863 МПа–табл. 12;
Требуемую площадь поперечного сечения затяжки определяем из условия прочности центрального растянутого элемента:
N=303426кН-расчетный распор
- коэффициент условия работы табл.62
Принимаем 2 уголка 70×70×6
Прочность обеспечена
Расчет сварных угловых швов крепящих затяжку.
Определяем расчетные характеристики сварного углового шва:
Rw¦=180 МПа–табл. 562; gw¦=1 –п. 11.22; gс=11–табл. 62; b¦=07 – табл. 342;
Rwz=045Run=045×370=1665МПа–табл. 32; gwz=1–п. 11.22; gс=11– табл. 62;
разрушение по металлу шва:
разрушение по границе сплавления:
Расчетная длина сварного шва определяется по металлу шва:
где k=5 мм – катет сварного шва; n=4 – количество швов;
Расчёт и конструирование узлов.
Определение площади опорной плиты
Арка опирается на кирпичную стену. Принимаем марку кирпича М 250
марку раствора Мр 150
Требуемую площадь плиты определяем из условия смятия каменной кладки:
Nc - продольная сжимающая сила от местной нагрузки;
Rc -расчетное сопротивление кладки на смятие определяемое согласно указаниям п. 4.14[6];
Ac - площадь смятия на которую передается нагрузка;
d = 1 ; y - коэффициент полноты эпюры давления от местной нагрузки.
При равномерном распределении давления y = 1
R = 33 мПа – расчётное сопротивление каменной кладки сжатию табл. 2[6];
x=1-коэффициент зависящий от материала кладки и места приложения нагрузки определяется по табл. 21[6]
Принимаем плиту 400500 мм tpl=20мм Аpl=2000см² > 61298см²
Расчет сварного углового швов.
где k=10 мм – катет сварного шва; n=4 – количество швов;
Геометрические размеры башмака.
Примем толщину башмака tб=10 мм.
Принимаем hб=300 мм; (конструктивная длина сварного шва 300-10=290 мм).
Проверка на смятие торцевой части деревянной арки
Условие прочности на смятие:
-расчетное сопротивление смятию древесины при расположении силы под углом α определяется по формуле при α= 37°:
Прочность на смятие обеспечена.
Определяем размеры упорного листа:
Высоту упорного листа определяем из условия смятия древесины:
-расчетное сопротивление смятию древесины - т3[1]
Принимаем упорный лист h×b=800×500мм t=10мм
Упорные листы крепятся между собой двумя болтами что обеспечивает шарнирное сопряжение полуарок.
Размеры фасонок принимаем конструктивно hф×bф=800×200мм tф=10мм
3. Опирание подвесного потолка
Принимаем тяжи из арматурной стали класса АI.
Требуемую площадь поперечного сечения тяжей определяем из условия прочности центрального растянутого элемента:
-расчётное усилие растяжения
- коэффициент условия работы табл.61
- коэффициент надёжности по арматуре табл. 21[7]
-нормативное сопротивление растяжению для арматуры класса АI табл. 19[7]
Принимаем 2 стержня 10 АI
Проверка на смятие деревянной арки
-расчетное усилие смятия
Проверка на прочность арки по ослабленному сечению
Геометрические характеристики ослабленного сечения:
Прочность ослабленного сечения обеспечена.
СНиП II – 25 – 80. Деревянные конструкции. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1989. – 36 с.
СНиП II – 23 – 81. Стальные конструкции. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. – 96 с.
СНиП 2.01.07 – 85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. – 36 с.
Справочник проектировщика промышленных жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно – теоретический. В 2-х т. Т.1 Под ред. А.А.Уманского. – 2-е изд. перераб. и доп. – М: Стройиздат 1972. –600с
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: Стройиздат 1986
СНиП II-22– 81. Каменные и армокаменные конструкции. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1995.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкцииГосстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР 1985. – 79 с.

Дерево.dwg

Производственное здание в г. Омске
Конструкции из дерева и пластмасс
План кровли на отм 9
План прогонов на отм. +9
План арок на отм. +9
План кровли на отм. +9
Рабочий настил - 32мм
Защитный сплошной настил - 16мм
Металлический прфнастил- 6мм
Спецификация дерева на отправочную марку
Спецификация метолла на отправочную марку
Клей синтетический резоциновый марки ФР-12 по ТУ 6-05-1748-75 2. Болты нормальной прочности класса 4.6 по ГОСТ 1759-7 3. Металлические конструкции окрасить на 2 раза масляной краской по грунту 4. Деревянных конструкции выполнить из сосны 1 сорта по ГОСТ8486-66* 5. Деревянные конструкции обработываются антисептическими веществами. 6. Заводские сватные швы выполнять полуавтоматической сваркой
проволокой Св-08 (ГОСТ 2246-70) диаметром 5мм 7. Ручная сварка электродами типа Э42 по ГОСТ Э467-7 8. Катет всех монтажных швов Kf=5мм
Досщатый настил - 25мм
Пароизоляция -1сл. рубероида - 2мм