Проектирование деревянных конструкций производственного здания. Клеефанерная балка

Балка клеефанерная.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра металлических и деревянных конструкций
Производственное здание
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 3
РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ4
1.Сбор нагрузок на покрытие.4
2.Определение расчетных усилий и геометрических характеристик сечений панели.6
3.Проверки несущей способности панели.8
РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ.10
1.Выбор конструкций и компоновка покрытия10
2.Конструктивный расчет12
Исходные данные для проектирования
Спроектировать и рассчитать клеефанерную балку пролетом L = 9м для покрытия производственного отапливаемого здания.
Шаг расстановки балок a=45м. Длина здания a×n=45×12=54м.
Снеговой район IV. Ветровой район III.
Производственное здание высотой h1 = 4м.
Выбор конструктивной схемы.
Принимаем клеефанерную балку. Высота балки h2L = 19 ÷ 112 h2 = L12 = 99 1м. Уклон кровли i ≤ 1:10 принимаем i = 1:16.
Расчет ограждающей конструкции покрытия
Утепленная клеефанерная панель покрытия.
Номинальные размеры панели (рис.1) в плане 148 × 448 м.
Обшивки панели из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта ВВВ по ГОСТ 3916-69* толщиной 7мм и 9мм; ребра из основных досок второго сорта. Клей марки ФРФ-50.
Утеплитель – минеральные плиты толщиной 8см. на синтетическом связующем по ГОСТ 9573-82*. Плотность утеплителя 1 кНм3.
Пароизоляция из полиэтиленовой пленки толщиной 02мм.
– обшивки из фанеры; d =7 и 9мм. 2 – утеплитель ; 3 – пароизоляция; 4 – продольные ребра из досок ; 5 – поперечные ребра из досок ; 6 – торцевая доска для крепления панели к опоре; 7 – боковые трапецивидные бруски.
Компоновка рабочего сечения панели.
Ширина панели bп = 1480мм. Толщины фанерных обшивок принимаются: нижняя н = 7мм; верхняя в = 9мм.
На склейку идут доски сечением 42 × 142мм. (hр = 150 – 8 = 142мм). Высота панели принимается из условия жесткости панели и теплотехнического расчета: hplp = 130 ÷ 135 hp= 448030 = 149мм.
Каркас панели состоит из четырех продольных ребер (рис.1). Шаг ребер принимают из расчета верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперек волокон от сосредоточенной силы P = 1 × 12 = 12 кН как балки заделанной по концам (у ребер) шириной 1000 мм.
Расстояние между ребрами в осях: с = (1480 – 2 × 42)3 =465мм.
Расстояние между ребрами в свету: с0 = 465 – 42 =423мм.
Изгибающий момент в обшивке
М = Р × с 8 = 12 × 0465 8 = 00698 кН·м = 698 кН·мм
Момент сопротивления обшивки шириной 1000 мм.
W = b × d2в6 = 1000×82 6=
Напряжения от изгиба сосредоточенной силой
= MW = 698 × 103 10670 = 654 МПа R90ф × mн = 65 × 12 = 78 МПа
mн = 12 – коэффициент условия работы для монтажной нагрузки.
1 Сбор нагрузок на покрытие
Коэф-т надежности по нагрузке
Трехслойный рубероидный ковер
Фанерные обшивки марки ФСФ (γ = 7кНм3) (0008+0006)·7
Продольные ребра каркаса 4·0117·0042·5148
Поперечные ребра каркаса 3·0092·0042·5448
Утеплитель - минераловатные плиты 008·04230465·1
Временная (снеговая)
Полная нагрузка на 1 м. панели:
нормативная qн = 204 × 15 = 306 кНм2;
расчетная q = 282 × 15 = 423 кНм2.
Расчетные характеристики материалов.
Для фанеры марки ФСФ сорта ВВВ семислойной толщиной 8мм по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 имеем:
расчетное сопротивление сжатию Rфс=12МПа;
расчетное сопротивление растяжению Rфр = 14МПа;
расчетное сопротивление скалыванию Rфск = 08МПа;
модуль упругости Еф = 9000МПа;
расчетное сопротивление изгибу Rфи = 65МПа.
Для фанеры марки ФСФ сорта ВВВ семислойной толщиной 6мм по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 имеем: Rфс=13МПа; Rфр = 14МПа; Rфск = 08МПа; Еф = 9000МПа; Rфи = 3МПа.
Для древесины ребер по СНиП II-25-80 имеем модуль упругости Rи = 13МПа; Rск = 16МПа; Едр = 10000 МПа.
2 Определение расчетных усилий и геометрических характеристик сечений панели
Расчетный пролет панели
Расчетный момент М = q ×
Расчетная поперечная сила: Q = q × lp 8 = 423 × 443 2 = 937 кН.
Расчетное сечение панели
Расчетная ширина панели Bр = 09×148 = 1332м.
hр = 0142м; bр = 0042×4 = 0168м; dв = 9мм; dн = 7мм.
Геометрические характеристики сечения панели.
Ввиду совместности работы деревянных рёбер и фанерных обшивок имеющих разные модули упругости конструктивный расчет следует выполнять по методу приведённого сечения.
Согласно этому методу геометрические характеристики приводят к тому материалу в котором проверяется напряженное состояние. При расчете панели приводим к материалу обшивок (фанере) так как производим проверку их прочности как наиболее напряженных.
m = ЕдрЕф = 100009000 = 1111;
Fн = Врасч× н = 1332×0007 = 0009324м2 ;
Fв = Врасч. ×в = 1332×0009 = 0011988м2;
h = н + hр + в = 0007 + 0142 + 0009 = 0158м;
Fр = hр× bр×m = 0142×0168×1111 = 00265м2;
Fпр = Fн + Fр + Fв = 0009324 + 00265 + 0011988 = 00478 м2.
Статический момент относительно нижней плоскости нижней обшивки:
Sпр.ф = Fн× н2 + Fв× ( h – н2) + Fр × ( н+ hр2) = 0009324×00072 + 0011988×(0158 – 00072) + 00265×(0007 + 01422) = 000395;
yo = Sпр.ф Fпр = 00039500478 = 0083м;
Jпр.ф. = Fн×( yo – н2)2 + Fр×[ (hр2)2 + ( yo– hр2– н)2 ]+ Fв×( h – yo – в2)2 = 0009324×(0083 – 00072)2 + 00265×[(01422)23 + (0083 – 01422 – 0007)2] + 0010656×(0158 – 0083 – 00092)2 = 0000473 м4;
Sпр.фп = Fн× ( h – yo – hр2) = 0009324×(0158 – 0083 – 01422) = 0000037м3;
Sпр.фо = Sпр.фп + bр2×( h – yo– в)2 = 0000324 + 01682×(0158 – 0083 – 0009)2 = 0000366м3.
Таким образом основные геометрические характеристики сечения составляют:
Jпр.ф .= 096.10-4м4 – момент инерции приведённый к фанере;
yo = 0069м – расстояние от нижней кромки до нейтральной оси;
Sпр.фп = 037.10-4 м3 – статический момент верхней обшивки приведённой к фанере;
Sпр.фо = 366.10-4 м3 – статический момент отсеченной выше нейтральной оси части сечения приведённый к фанере;
h = 0158м – полная высота панели.
Приведенный момент сопротивления поперечного сечения панели
3 Проверка несущей способности панели
Проверка панели на прочность.
Максимальный изгибающий момент в середине пролета:
Мmax=q × l2p 8 = 423 × 4432 8 = 1038кН·м.
) Напряжения в растянутой обшивке:
р = Мmax Wпр =(1038×10-3)(57×10-3) =182 МПа Rфр×mф =06×14 =84МПа.
где mф = 06 – коэффициент учитывающий ослабление фанеры в стыке на «ус».
) Расчет на устойчивость сжатой обшивки производят по формуле:
При расстоянии между продольными ребрами в свету с1 = 0423 м и толщине фанеры dф = 0009 м
с1 dф = 0423 0009 = 47 50 тогда φф = 1- (с1 dф)25000 =1-4725000 =0558.
с = (1038 × 10-3 ) (63 × 10-3 × 0558) = 295 МПа ≤ Rфс = 12 МПа.
) Расчет на скалывания по клеевому слою фанерной обшивки производят по формуле:
Поперечная сила равна опорной реакции панели
Q = q × lр 2 = 423 × 443 2 = 937 кН.
Приведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси
Sпр = Bр×dф×(h 2 – dф 2) = 1332×0009×(01582– 00092) = 0089 × 10-2 м3
Расчетная ширина клеевого соединения
bрасч = 4 × 0042 = 0168 м.
Касательные напряжения будут:
= = 0105 МПа Rфск = 08 МПа.
Проверка панели на прогиб.
Относительный прогиб панели
где 1250 – предельный прогиб в панелях покрытия согласно табл. 16 СНиП II – 25 - 80 .
Расчет клеефанерной балки
1 Выбор конструкций и компоновка покрытия
Запроектировать клеефанерную двускатную балку покрытия двутаврово – коробчатого сечения пролетом L=9м с уклоном скатов i = 1:16. Шаг балок а = 45м. Покрытие их клеефанерных панелей размером 15×45м. Кровля рубероидная трехслойная.
Материалы: для поясов – сосновые доски 42×140мм (после фрезерования пластей заготовок 50×150мм). В местах склеивания с фанерными стенками устраиваются продольные пропилы 5×15мм. В растянутых поясах используется пиломатериал 2-ого сорта в сжатых поясах – 3-его сорта. Для стенок применяется березовая фанера марки ФСФ сорта ВВВ толщиной 12мм. Доски поясов стыкуются по длине на зубчатый шип фанерные стенки – «на ус».
Район строительства по снеговой нагрузке V. Класс ответственности здания γп = 095 – коэффициент надежности по назначению на который следует делить расчетные значения сопротивлений предельные значения деформаций или умножать расчетные значения нагрузок.
Таблица сбора нагрузок на 1м2 горизонтальной проекции покрытия.
надёжности по нагрузке γf
Постоянная в том числе:
-собственный вес балки
Временная (снеговая)
Здесь собственный вес балки найден по формуле предварительного
определения собственного веса конструкции.
где kс.в.= 35 55 принимаем kс.в.= 5.
Полная погонная нагрузка на балку:
Нормативная – qн = (gпн +Sвр.н) ×В×γп = 214×45×095 = 915 кНм
Расчетная – q = (gп +Sвр.) ×В×γп = 293×45×095 = 1253 кНм
Высоту поперечного сечения в середине пролета принимаем:
Высоту опорного сечения:
hо = h – 05·L·i = 10 – 05·9·11666 = 073м.
b = Σд + Σф = 4·33 + 2·12 = 156мм = 0156м.
Расстояние между центрами поясов в опорном сечении:
h01 = hо – hп = 073 – 0144 = 0586м.
Расчетное сечение располагается на расстоянии “х” от опорного сечения:
Высота балки в “х”-сечении:
Изгибающий момент в расчетном “х”-сечении:
Требуемый момент сопротивления приведенный к древесине:
Соответствующий ему момент инерции:
Фактически момент инерции момент сопротивления расчетного сечения приведенные к древесине равны:
коэффициент учитывающий повышение модуля упругости фанеры при изгибе в плоскости листа.
2 Конструктивный расчет
Расчет по первой группе предельных состоянии (несущей способности и устойчивости)
1. Проверка по краевым нормальным напряжениям в расчетном сечении х = 296м.
1.1. Расчет фанерной стенки на прочность при растяжении:
где коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры стыкованной “на ус” при работе её на изгиб в плоскости листа.
1.2. Расчет сжатого пояса на устойчивость из плоскости изгиба.
Принимая раскрепление сжатого пояса через 15м (ребрами плит покрытия) определяем его гибкость из плоскости балки:
Напряжения сжатия в поясе:
2. Проверка фанерной стенки по главным напряжениям
(в зоне первого от опоры стыка на расстоянии х1 = 1385м)
Изгибающий момент для этого сечения:
Момент инерции и статический момент на уровне внутренней кромки растянутого пояса приведенные к фанере:
Нормальные и касательные напряжения в фанерной стенке на уровне внутренней кромки растянутого пояса:
Главные растягивающие напряжения:
по графику на рис.1 (СНиП II-25-80 прил.5)
3. Проверка местной устойчивости фанерной стенки
3.1. В опорной панели.
Длина опорной панели а = 10м (расстояние между ребрами в свету принятое с учетом размеров фанерного листа 10×10м и длины усового стыка). Расстояние расчетного сечения от оси опоры х2 = 05м; высота фанерной стенки в расчетном сечении:
По графикам на рис.2 и рис.3 (СНиП II-25-80 прил.5) для фанеры ФСФ и находим КИ = 15 и К = 25.
Момент инерции и статический момент для расчетного сечения х2 приведенные к фанере:
Нормальные и касательные напряжения в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов:
По СНиП II-25-80 формула (48) проверяем выполнение условия устойчивости фанерной стенки:
3.2. В расчетном сечении с максимальными напряжениями изгиба (х=296м) при
Условие устойчивости выполняется.
4. Проверка фанерной стенки в опорном сечении по нейтральной оси.
Поперечная сила на опоре:
Момент инерции опорного сечения приведенный к фанере:
Статический момент сечения приведенный к фанере:
Выполняем проверку стенки на срез по нейтральной оси:
5. Проверка на скалывание по клеевым швам в местах приклейки стенки к поясам:
Расчет по второй группе предельных состоянии (по деформациям)
Предварительно вычисляем коэффициенты учитывающие переменность высоты сечения (k) и влияние деформаций сдвига от поперечной силы (с) по табл.4 табл.3:
k = 04+06· = 04+06·073 = 084 где = h0h = 07310 = 073
с = (453 – 69·)·γ = (453 – 69·073)·185 = 7449.
Прогиб в середине пролета:
Фактический прогиб меньше предельного.
Иванов В.А. «Конструкции из дерева и пластмасс» Киев 1981г
СНиП – 25 - 80 «Деревянные конструкции»
СНиП 2.01.07 - 85 «Нагрузки и воздействия»
Дмитриев П.А. Деревянные балки и балочные клетки: учеб.пособие П.А. Дмитриев. – Новосибирск 1989. – 160с.
Шмидт А.Б. 15 примеров расчета деревянных конструкций А.Б. Шмидт Ю.В. Халтурин Л.Н. Пантюшина; АлтГТУ им. И.И.Ползунова.-Барнаул 1997 - 82с.
Примеры расчета ограждающих конструкций каркасных деревянных зданий: методич. указ. Е.Л. Прижукова В.Н. Шведов; НГАСУ (Сибстрин). – Новосибирск 2006. – 32с.

Балка клеефанерная.dwg

Схема покрытия М1:400
НГАСУ (Сибстрин) гр.
Производственное здание
Оклеечная гидроизоляция
выравнивающая стяжка
Подстилающий слой бетона
марки 100 толщиной 100мм
-х слойный рубероидный ковер
План элементов покрытия М1:200
Фундаменты железобетонные
бетон класса B20 по ГОСТ 10180-78
Цокольные плиты выполнять из бетона класса В20 по ГОСТ 10180-78.
Элементы каркаса из цельной древесины обработать защитным составом ББ-11 по ГОСТ 14647-79.
Антикоррозионную защиту стальных элементов осуществлять путем окраски суриком в два слоя.
Рубероид кровли - марки РПМ-300А для подкладочного рубероида и марки РКК-400А для кровельного рубероида по ГОСТ 10923-69.
План связей по покрытию М1:50
Фасад в осях А-Б М1:100
Фасад в осях 1-13 М1:100