Проектирование и расчет деревянного каркаса здания производственного назначения (склад)

Деревяшки-сегментная ферма записка печать.doc

ВведениеОшибка! Закладка не определена.
Расчет сегментной фермы11
1. Расчет сегментной фермы11
2. Статический расчет12
3. Конструирование и расчет узловых соединений.21
Расчет поперечной рамы с клееными стойками25
Краткие указания по изготовлению и монтажу элементов покрытия.29
Мероприятия по защите конструкций от гниения и возгорания.30
Цель проекта рассчитать деревянный каркас здания производственного назначения ( склад ) в г. Перми.
Необходимо запроектировать сооружение под склад с деревянным каркасом. Расчетный пролет и длина здания 16х60м Высота до низа несущих конструкций 61м шаг конструкций 60м. Район строительства г. Пермь (V снеговой район с расчетным давлением 320 кгм3).
Рис. 1 Схема расположения конструкций ( ферм ригелей связей прогонов покрытия )
Рис. 2 Продольный разрез
Рис. 3 Поперечный разрез
Вид покрытия здания – теплое тогда необходимо при сборе нагрузок также учитывать объемный вес утеплителя.
Гидроизоляция (3 слоя рубероида)
Утеплитель (минплита d=100мм r-200 кгм3)
Пароизоляция (1 слоя рубероида)
Щит (d = 25 – 40 мм r-500 кгм3)
Распределительные бруски (15% от гр.4)
Снеговая нагрузка (V район)
Определение коэффициента для снеговой нагрузки:
Рис. 4 Состав кровли при прогонном решении.
При выбранном покрытии расчетная схема для настила изображена на рисунке 5. Тогда расчетные усилия в конструкции можно определить по следующей формуле (в расчет берем настил шириной 1м):
Первоначально при расчете примем щит толщиной 25 мм для проверки его необходимы следующие геометрические характеристики:
Рис. 5 Расчетная схема настила.
W=1×d26 = 1×0.02526 = 1.042×10-4 м3;
MW = 09491.042×10-4 = 91075 кНм2 Ru = 13 МПа = 13000 кНм2
E=104 МПа = 107 кНм2;
gнпол = 279 кгм2 = 279 кНм2;
Проверка по деформациям:
Проверка на монтажника:
При проверке настила на монтажника в качестве расчетной принимается схема изображенная на рис. 6.
Рис. 6 Расчетная схема настила при проверке на монтажника.
М’ = Р×l4 = 12×144 = 042 кН×м
W’ = W2 = 1.042×10-42 = 521×10-5 м3
При проектировании принимаем неразрезные прогоны из спаренных досок стыки которых устраиваем в пролете на расстоянии 021×l от опоры. Таким образом получим равнопрогибное решение при котором максимальные прогибы во всех пролетах кроме крайних будут одинаковы.
Принимаем сечение из спаренных досок размеры которых 75х250 мм.
W=15×d26 = 15×2526 = 15625 см3.
Рис. 7 Расчетная схема для расчета прогонов.
Расчет производим по следующим формулам:
q = gn×14 = 279×14 = 3906;
Моп = q×l212 = 391×6212 = 1173 кН×м.
Проверка принятого сечения на прочность:
Гвоздевой забой должен быть рассчитан на восприятие поперечной силы. Т.е. исходя из того что поперечная сила приходящаяся на один ряд досок.
=> Моп2 = Т×(0.21×l-S1).
S1 = 7d = 7×0.005 = 0.035 м;
Т = Тн×nгв => nгв = ТТн = 4821.19 = 405 => 6 штук;
Тн = (2.5×d2+0.01×a2) = (2.5×0.52+0.01×7.52) = 1.19 кН;
Tc = 0.35×c×d = 0.35×7.5×0.5 = 1.31 кН;
S2 > 3.5d = 1.75 см;
1. Расчет сегментной фермы.
Рис. 9 Схема к расчету фермы.
Утепленное покрытие склада в г. Перми. Пролет 16 м шаг ферм 60 м. Шаг прогонов 14 м.
Геометрические размеры фермы.
Из условия размещения прогонов с шагом 14 м длину дуги по верхней грани верхнего пояса определим по формуле:
Принимаем центральный угол дуги a=73° тогда радиус кривизны дуги по верхней грани:
H = высота сечения верхнего пояса = L60 = 027 м => радиус кривизны дуги по оси верхнего пояса:
R = Rb-0133 = 1319-0135 = 13055 м.
Расчетная высота фермы в коньке находится из выражения:
=> и равна: H = 2436 м.
Длина хорд АБ; А’Б’:
Длина стрелки БВ;Б’В’:
Длина блоков верхнего пояса:
SАБ = 3 м; SБВ = 5.4 м;
2. Статический расчет.
В качестве покрытия принимаем решение по прогонам
Таблица Нагрузки на кровлю
Утеплитель d= 100 мм r=200 кгм3
Пароизоляция (1 слой рубероида)
Щит (25-40 см r=500 кгм3)
Распред. Бруски (15%) (4)
Нагрузка от несущих конструкций:
gфр = gфн×1.1 = 142*11=156 кгм2;
Суммарные постоянные нагрузки:
qн=gкрн+gсрн = 142+55 = 692 кгм2;
qр = gфр+gкрр = 672+156 = 828 кгм2
Расчетные усилия в стержнях фермы
Элементы фермы и опорные реакции
Усилия от постоянной и временной нагрузок
Согласно расчетным схемам приведенным на рис. 10 будем производить расчет.
Рис. 10 Расчетные схемы элементов верхнего пояса (АБ;БВ)
g1 = (gкрр+gфр+pснр)6×cosb1 = (82.8+320) ×5334×cos28° = 1891 кгм2;
g2 = (gкрр+gфр+pснр)6×cosb2 = (82.8+320) ×5334×cos11° = 2105 кгм2;
Мf = O1×f = -31277×01672 = -523 кН×м;
Мf = O2×f = -27538×01672 = -460 кН×м;
М = Mg-Mf = 215-523 = 308 кН×м;
М = 7758-46 = 3158 кН×м;
Расчет элементов верхнего пояса ведется по схеме сжато-изогнутого стержня.
Задаемся сечением: b Wр = 19845 см3; r = 0.289×hb = 9.10 см. Гибкость: l = 330.
Проверка принятого сечения по нормальным напряжениям ;
Моменты инерции сечения:
Момент сопротивления сечения:
Проверку несущей способности панели верхнего пояса производим как для внецентренного сжатого стержня с учетом предварительного изгиба досок введением коэффициента тги:
гибкость элемента в плоскости фермы:
Условие выполняется значит принимаем сечение верхнего пояса 120х315мм.
Задаемся сечением: b Wр = 19845 см3; r = 0.289×hb = 9.10 см. Гибкость: l = 5941.
Требуемая площадь сечения стального пояса ( рассчитываем по АД):
Fтр = U2(mR) = 27642(1×2100) = 1316 cм2;
Принимаем по сортаменту два уголка: 270х6: Атр = 8.15 см2: Fнт = 16.3 см2; r gм = 6.39 кг.
Зная расчетную длину и радиус инерции определим гибкость как:
Проверяем принятое сечение. Изгибающий момент от собственного веса:
Момент сопротивления одного уголка:
По длине уголки соединены между собой планками с шагом 80× rx.
Все раскосы проектируем одного сечения из досок толщиной 35 см шириной равной ширине верхнего пояса т.е 12см. Сечение подбираем по гибкости: r = 0.289
Количество досок в пакете n = hтр3.5 » 4 => фактическая высота сечения раскосов hp = 3×3.5 = 14 см.
Проверка прочности на осевое растяжение:
где mб = 1 – коэффициент условий работы учитывающий влияние размеров поперечного сечения находится по п. 3.2.д СНиП II-25-80;
mсл = 1 – коэффициент условий работы учитывающий толщину слоев дощатоклееных балок значение по п. 3.2.е СНиП II-25-80.
Проверка прочности на осевое сжатие:
Условие выполняется значит принимаем раскосы из 3-х досок шир 35см т.е 120х140
3. Конструирование и расчет узловых соединений.
Расчетные усилия: O1 = -31277 кгс; U1 = 27642 кгс; Ra = 21702 кгс.
Площадь опирания верхнего пояса на плиту башмака из условия смятия торца:
Длина плиты: Lп = 240612 = 2005 см; принимаем 250 мм.
Определяем толщину упорной плиты. Для этого рассчитываем участок плиты опертый по контуру со сторонами b
М = a1×sп×а2 = 0.1×1046×53342 = 298кг×см;
Принимаем толщину упорной плиты равной 12 мм.
Проверяем упорную плиту с тремя подкрепляющими ребрами 10х80 мм как балку пролетом 120 мм на изгиб:
Расстояние от наружной грани плиты до центра тяжести сечения:
Момент инерции сечения:
Максимальные напряжения в упорной плите:
Боковые листы башмака принимем толщиной 10 мм.
Рассчитываем горизонтальную опорную плиту с размерами: bxh = 250x300 мм. проверка на смятие обвязочного бруса под плитой поперек волокон:
Определение толщины плиты:
Консольный участок: М=2893×48322 = 33745 кг×см;
средний участок: М=2893×1067212 = 27447 кг×см.
Длина швов крепящих уголки нижнего пояса
Промежуточный узел:
Расчетные усилия: О1 = -31277 кгс; Д1 = -670 кгс; О2 = -27538 кгс; Д2 = 464 кгс.
Принимаем центральный узловой болт 34 мм число срезов n= 2.
Несущая способность болта:
- по смятию древесины:
n×50×b×d×ka = 2×50×12×3.4×0.9 = 3672 кгс > 670 кгс;
где с = 12 см – ширина верхнего пояса;
ka - коэффициент учитывающий угол наклона усилия к волокнам древесины (табл. 19 СНиП II-25-80);
n×250×d2× = 2×250×3.42× = 5483 кгс > 670 кгс.
Принимаем стальные накладки: 8х100 мм. проверяем накладки на продольное сжатие при гибкости:
Проверяем несущую способность накладки:
Металлические накладки прикрепляются к раскосу четырьмя глухарями d = 2 см; l = 10 см – по два глухаря с каждой стороны раскоса.
Несущая способность прикрепления глухарями накладок к раскосу:
– по смятию древесины:
dн – толщина накладки;
- по изгибу глухаря:
m×250×d2 = 4×250×4 = 4000 кгс > 670 кгс.
Расчетные усилия: Д1 = -670 кгс;Д2’ = 464 кгс.
Требуемый диаметр узлового болта из условия его изгиба:
принимаем d = 3.4 см так как при проверке древесины:
- на смятие под болтом:
×50×12×3.4×0.9 = 3672 кгс > 3638 кгс.
Принимаем накладки 8х100 мм которые крепим 4-мя глухарями 20 мм; l=80 мм. Проверку прочности не проводим т.к. есть запас (см. предыдущий узел).
Промежуточный узел нижнего пояса
Расчетные усилия: Д1 = -670 кгс; Д2 = 464 кгс.
Рассчитываем узловой болт устанавливаемый в отверстия в уголках нижнего пояса. Требуемый диаметр болта по изгибу находим из выражения:
Проверяем несущую способность болта:
Ослабление нижнего пояса отверстием компенсируется листовой накладкой 8х100 мм длиной 240 мм привариваемой в центре узла.
Расчет поперечной рамы с клееными стойками
1. Выбор конструктивной схемы
Применяем клееные стойки прямоугольного сечения прикрепляемые к фундаментам анкерными болтами. Ригель рамы проектируем в виде сегментной фермы с клеенным верхним поясом крепление фермы к стойкам шарнирное.
Постоянное расчетное давление на стойку от покрытия
Rф = 672×6×162=3225кН
То же от элементов стенового ограждения с учетом элементов крепления: Рст.огр. = 3013 кН.
Расчетную нагрузку от собс×твенной массы стойки принимаем Рс.в. = 30 кН. Расчетное давление на стойку от снега Рф.с. = 17298 кН. Ветровую нагрузку определяем по СНиП. Для г. Пермь – II ветровой район qB0 = 30 кгм2.
Расчетное значение ветровой нагрузки: qВ = n×qB0×к×с×B.
n – коэффициент перегрузки равный 14;
к – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте. Для местности типа В при высоте 10м к=065.
с – аэродинамический коэффициент при давлении с = 08; при отсосе с = -04.
Давление РДВ = 14×30×08×61×065 = 133 кгм.
Отсос РОВ = 14×30×(-0408)×61×065 = -83 кгм.
Ветровая нагрузка на раму от участка стен выше верха стоек:
WДВ = q×n×c×H×(k1+k2)2
- где n – коэффициент перегрузки равный 14; к с – аэродинамический коэффициент при давлении с = 08; при отсосе с = -04 ; Н – высота до низа несущих конструкций.
давление - WДВ = 30×14×08×065(61+243) = 1863 кг;
отсос – WОВ = 30×14×(-0408)×065(61+243) = -1164 кг.
Усилия в стойках рамы. Рама является однажды статически неопределимой системой. За лишнее неизвестное принимаем продольное усилие в ригеле которое определяем для каждого вида загружения отдельно ( см. табл 3 элементы 4546).
N=-20884Кн; Мy=3959кН× м; Qz=-10486кН
Конструктивный расчет.
Принимаем стойку прямоугольного по высоте сечения из 18 досок толщиной 45 см шириной 22 см. В расчете учитываем ослабленное вырезками сечение (для крепления анкерных болтов). Тогда сечение определим как:
h = 18×4.5 = 810 см; b = 22 см.
FHT = 1782 см2; W IX = 974309 см4.
lх = 2×6100289×81 = 5211
Для расчета принимаем : N=-20874 кН; Мy=3959 кН м; Qz=10486 кН.
коэффициент условия работы при действии ветровой нагрузки.
Условие выполняется.
Вдоль здания стойки раскрепляем вертикальными связями и распорками устанавливаемыми по высоте стойки . при этом: loy = 305 см
ly = loy(0289×22) = 4797см
Т.е. проверка стойки с учетом устойчивости плоской формы изгиба не требуется.
Клеевой шов проверяем по выражению:
Для крепления анкерных болтов по бокам стойки сделаны вырезы на глубину 135 см (толщина 3-х досок). Расчет болтов ведем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом перегрузки n=09 и ветровой нагрузки:
Напряжения на поверхности фундамента:
Для фундамента принимаем бетон М100 с Rпр = 60 кгсм2.
Вычисляем размеры участков эпюры напряжений.
Площадь сечения болта
Примем болт 20 с FHT = 314 см2.
Расчетное усилие которое может воспринимать болт на срез
Nb=Rbc×γb×A×ns=1600×09×254×2=6096кг >Z=3516кг
Где Rbc=1600 кгсм2 расчетное сопротивление болта на срез
γb =09 коэффициент условий работы соединения
А=254 см2 расчетная площадь сечения болта
ns=2 число расчетных срезов одного болта
Определим несущую способность одного болта:
Из условия смятия древесины стойки
Т1=50×с×d=50×7.5×20=750 кг
Из условия изгиба болта
Т2=250×d2=250×22=1000 кг
Требуемое число болтов
n=Z(Tmin×nш)=3516(750×2)=13 шт
Принимаем по 2 болта на каждую сторону.
Расстояния от края элемента до центра болта поперек усилия ( не менее )
Расстояния от края элемента до центра болта вдоль усилия
Расстояние между центрами болтов вдоль усилия
Траверсу для крепления анкерных болтов рассчитываем как балку.
Из условия размещения анкерных болтов принимаем 100х8 мм с IX = 117 см4 z0 = 275 см.
Проверяем прочность клеевого шва от действия усилия Z.
Длину шва т.е. расстояние от подошвы фундамента до выреза в стойке принимаем 90 см.
Расчетное сопротивление клеевого шва на скалывание равно:
Напряжение в клеевом шве:
Условие удовлетворяет.
Краткие указания по изготовлению и монтажу элементов покрытия.
Конструкции настилов зависят от их назначения. В зависимости от материала кровли в покрытии применяют дощатые или брусчатые настилы. В покрытиях отапливаемых зданий для укладки утеплителя применяют одинарный дощатый настил. Доски между собой соединяют в притык или в четверть толщину их определяют расчетом.
При неблагоприятных климатических условиях целесообразно деревянные настилы и обшивки выполнять из заранее заготовленных на заводах щитов. Размеры последних устанавливают в зависимости от шага прогонов высоты этажа здания условий транспортирования и монтажа. Доски щитов с помощью планок сшивают гвоздями. Против увлажнения в процессе строительства рекомендуется наружную грань щитов оклеивать слоем битумокартона который будет служить в качестве пароизоляции. Дощато-гвоздевые щиты изготавливают вручную и поэтому рекомендовать их для массового строительства не целесообразно.
Прогоны покрытий и подвесных перекрытий проектируют из досок брусьев или бревен в основном виде однопролетных балок. В покрытиях зданий большой длины при небольшом уклоне кровли применяют неразрезные прогоны из спаренных досок или пластин.
В консольно-балочных и неразрезных прогонах из спаренных элементов стыки устраивают в пролете в зоне наименьших изгибающих моментов в предположении временная нагрузка равномерно распределяется по всем пролетам прогона. В неразрезных прогонах из спаренных элементов стыки их размещают в разбежку на расстоянии х = 021l от опоры т.о. каждый стык одного элемента перекрывается цельным другим элементом. По длине доски прогона соединяют гвоздями располагаемыми в шахматном порядке через 50 см а в стыке ставят гвозди по расчету.
Мероприятия по защите конструкций от гниения и возгорания.
При проектировании деревянных конструкций предусматриваются конструктивные меры по защите их от биологического разрушения возгорания и т.д.
Конструктивные меры обеспечивающие предохранение и защиту элементов деревянных конструкций от увлажнения обязательны независимо от срока службы здания или сооружения. В случае когда конструктивными мерами нельзя устранить увлажнение древесины в процессе эксплуатации следует применять антисептирование.
Конструктивные меры по защите древесины от гниения должны обеспечивать:
устройство гидроизоляции от грунтовой воды сливных досок и козырьков для защиты от атмосферных осадков и т.п.
достаточную термоизоляцию (с холодной стороны) а при необходимости и гидроизоляцию (с теплой стороны) ограждающих конструкций во избежания их промерзания и конденсационного увлажнения.
Систематическую просушку древесины в закрытых частях зданий путем создания осушающего температурно-влажностного режима.
Деревянные конструкции следует делать открытыми хорошо проветриваемыми по возможности доступными во всех частях здания для осмотра. Не допускается заделка поясов опорных и промежуточных узлов в стены утепленные покрытия и другие ограждающие конструкции отапливаемых зданий.
Покрытия с деревянными конструкциями следует проектировать с наружным отводом атмосферных вод. При устройстве верхнего освещения система фонарей должна исключать возможность увлажнения деревянных конструкций.
Горение древесины – это химический процесс ее термического разложения сопровождающийся выделением газов. Соединяясь с кислородом воздуха они образуют пламя. При быстром нагревании древесины воспламеняется при t>300°С а при длительном t>600°С. При повышении температуры начинается пламенное горение и обугливание верхнего слоя.
Противопожарными нормами проектирования зданий и сооружений установлены минимальные пределы огнестойкости и максимальное распространение огня. Деревянные плиты настилы и прогоны покрытий а также элементы навесных панелей стен подвергают обработке антипиренами.
Повышают пожарную безопасность деревянных конструкций конструктивными и химическим мерами а ряде случаев комбинированием их.
Конструктивные меры заключаются в создании таких условий при которых распространение огня преграждается а предел огнестойкости увеличивается. Это устройство противопожарных стен или несгораемых участков перекрытий и покрытий разделение пустотных покрытий несгораемыми диафрагмами площадь между которыми не должна превышать 54 м2 устройство несгораемых разделок у дымоходов и печей.
Химические меры огнезащиты понижают возгораемость древесины. Это пропитка деревянных элементов антипиренами нанесение на поверхность покрытий в виде штукатурок и листовых несгораемых и трудно сгораемых материалов неорганических и органических красок.
Комплексная защита древесины наиболее перспективное направление особенно для клеенных конструкций индустриального изготовления.
Конструкции из дерева и пластмасс: Общий курс: Учеб. для вузов под общей редак. Г.Г.Калсена. -5-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат 1986.-543с. ил.
СНиП II-25-80 Деревянные конструкции. Госстрой СССР. - М.:ЦИТП Госстроя СССР 2000 .-96с.
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учебник для строительных вузов; под ред. В.А. Иванова. - 3-е изд. перераб. и доп. - Киев :Высш. шк. 1981.-392 с.:ил.

Сегментная ферма печать.dwg

СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ М1:200
Расположение конструкций
Все деревянные элементы ферм и настила
выполнять из сосны 2 и 3 сорта W до 12 %
Сварка металлических элементов - ручная
Все деревянные элементы окрасить
Все соединения на болтах Б16 и гвоздях
Спецификация элементов
Место строительства г. Пермь
АС-578.2903.97043 КП-1
Геометрическая схема ОНК
древесины ХВ-784 за 3 раза.
Окраска стальных деталей ЭП-00-10
Антисептирование деревянных элементов
сосна 2 и 3 сорта W=±2 %
Все деревянные элементы фермы
Спецификация стали (С235 по ГОСТ 27772-88)
Спецификация древесины (сосна II сорт
Схема расположения кон- струкций

Титульный лист.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ”СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ”
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
«Конструкции из дерева и пластмасс»
ЗДАНИЕ С ДЕРЕВЯННЫМ КАРКАСОМ