Проектирование несущих конструкций выставочного павильона

ПЗ.doc

Исходные данные для проектирования
Расчет ограждающих конструкций
Расчет сплошной обрешетки
Расчет подшивной плиты
Подбор и расчет сечения арки
Расчет фахверковой колонны
Список используемой литературы
Приложение 1. Результаты расчет снеговой нагрузки в программе «ВеСТ» программно-вычислительного комплекса «Scad office»
Приложение 2. Результаты теплотехнического расчета в программе «TePeMOK»
Приложение 3. Результаты статического расчета арки в программно-вычислительном комплексе «Scad office»
Приложение 4. Результаты расчет ветровой нагрузки в программе «ВеСТ» программно-вычислительного комплекса «Scad office»
Приложение 5. Результаты статического расчета фахверковой колонны в программно-вычислительном комплексе «Scad office»
Место строительства:
Тип несущей конструкции:
Уровень ответственности здания по назначению:
Повышенной ответственности
Тепловой режим здания
Отметка низа стропильных конструкций м.
Каркас ярмарочного павильона представляет собой пространственную систему которая условно разделяется на плоские поперечные и продольные рамы.
Поперечные рамы образуются двухшарнирными дощатоклееными арками кругового очертания а продольные – балками настила (прогонами).
Соединения арок с фундаментом – шарнирное. По торцам здания ставятся фахверковые колонны воспринимающие вертикальную нагрузку от веса навесных сэндвич-панелей и горизонтальную от действия ветра.
Ограждающая часть покрытия состоит из прогонов по которым укладывается сплошная обрешетка. По обрешетке устраивается тонколистовая оцинкованная сталь с защитным полимерным покрытием [9].
Утеплителем является плиты из минеральной тонковолокнистой ваты на основе базальтового волокна на синтетическом связующем с гидрофобизирующими добавками с вертикальной ориентацией волокон [8].
С торцов павильон обшивается стеновыми сэндвич-панелями Thermopanel [10].
Устойчивость арок из плоскости обеспечивается прогонами покрытия.
Расчет ограждающих конструкций.
1 Расчет сплошной обрешетки.
Предварительно зададимся шагом прогонов 1000 мм.
Т.к. настил является сплошным то из плоскости обрешетки выделим полосу шириной b=100 мм для которой будет вести расчет.
Нагрузка действует на обрешетку под углом тогда ее можно разложить на две составляющие – равномерно распределенную нормальную к продольной оси доски изгибающую ее и продольную силу N растягивающую доску:
qрасч – максимальная расчетная снеговая нагрузка по [приложение 1];
α – угол между горизонталью и аркой у ее основания α=50º.
Рисунок 1. Расчетная схема арки (фрагмент)
Изгибающий момент возникающий от действия снеговой нагрузки:
Расчет сжато-изгибаемого элемента на прочность по нормальным напряжениям [1]:
Мд=М=674кг*м0899=7497кг*м;
=1-N( φRcF)=1-45.27(0.141*1060142.7*0.1*0.03)=0.899;
φ – коэффициент продольного изгиба φ=Aλ2=3000146062=0141;
λ – гибкость элемента цельного сечения λ=
W – момент сопротивления сечения W=
Rс - расчетное сопротивление сжатию вдоль волокон для сосны 2-го сорта:
Тогда требуемая высота сечения:
В соответствии с [3] принимаем ближайшее большее значение – 30 мм.
Проверим сечение на прочность по скалыванию:
Q – расчетная поперечная сила;
Sбр – статический момент сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси Sбр=A*
Iбр – момент инерции поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси Iбр=b*
bск – расчетная ширина сечения элемента:
Rск - расчетное сопротивление скалыванию для сосны 2-го сорта:
Расчетные поперечные силы:
Проверим устойчивость плоской формы деформирования:
φм – коэффициент определяемый по формуле φм=140*b2*кф(
Rи - расчетное сопротивление изгибу для сосны 2-го сорта:
E – модуль упругости древесины Е=10000МПа*08=816*108кгм2;
fu - предельно допустимый прогиб [2] fu=l150=667мм.
Окончательно принимаем сплошную обрешетку из досок длиной 1000 мм сечением 100x30мм.
В качестве утеплителя принимаем плиты минераловатные на основе базальтового волокна на синтетическом связующем с гидрофобизирующими добавками с плотностью ρ=120 кгм3. и коэффициентом теплопроводности λА=0036 Втм*К [8].
Расчет требуемой толщины утеплителя ведем с помощью программы TePeMОK [приложение 2]
Принимаем толщину утеплителя 130 мм.
Утеплитель будет свободно лежать в пространстве между прогонами опираясь всей площадью на подшивную плиту из фанеры.
2 Расчет подшивной плиты.
Прочность изгибаемого элемента определяется по формуле:
Wпр– приведенный момент сопротивления поперечного сечения;
Rф.и - расчетное сопротивление пятислойной фанеры изгибу из плоскости:
Принимаем лист размерами 1000x1000 мм.
Нагрузка от утеплителя: q=120кгм3*017*1*13=2652кгм.
Изгибающий момент: 2652кгм*128=332кг*м.
Тогда требуемая высота сечения плиты:
В соответствии [4] принимаем лист фанеры с номинальной толщиной 65мм.
E – модуль упругости фанеры Е=9000МПа*08=734*108кгм2;
fu - предельно допустимый прогиб fu=l150=667 мм.
Учитывая форму арки ориентация сечения каждого прогона из плоскости будет отличаться друг от друга. Прогон располагающийся в зоне максимально приближенный к коньку арки принимаем работает на чистый изгиб. Остальные же прогоны работают на косой изгиб (изгибаются в двух плоскостях). Учитывая экономические и требования типизации изделий разбиваем условно арку на три части для каждой из которых подберем сечение прогона.
Рисунок 2. Схема разбиения арки на зоны
Нагрузка действующая на прогоны:
qрасч – сумма максимальной расчетной снеговой нагрузки по [приложение 1]веса обрешетки подшивного листа и утеплителя qрасч=704224кгм2+003м**650кгм3*12+00065м*650кгм3*12+017м*120кгм3*13=7542кгм2;
b–шаг прогонов b=1м;
Рисунок 3. Расчетная схема прогона
Расчетные изгибающие моменты:
В первом приближении примем ширину сечения прогона b=225 мм.
Расчет элемента на прочность при косом изгибе:
В соответствии с [3] принимаем ближайшее большее значение – 225 мм.
fu - предельно допустимый прогиб fu=l200=20 мм.
Проверим гибкость прогона в плоскости деформирования как сжатого элемента связи:
Окончательно принимаем сечение прогонов первой зоны 225 x 225 мм.
qрасч – сумма максимальной расчетной снеговой нагрузки по [приложение 1]веса обрешетки подшивного листа и утеплителя qрасч=402575м2+003м**650кгм3*12+00065м*650кгм3*12+017м*120кгм3*13=4526 кгм2;
α – угол между горизонталью и аркой у ее основания α=17º.
В первом приближении примем ширину сечения прогона b=150 мм.
В соответствии с [2] принимаем ближайшее большее значение – 225 мм.
Окончательно принимаем сечение прогонов второй зоны 150 x 225 мм.
Нормативное значение кгм
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Расчетная нагрузка кгм
Прокат тонколистовой оцинкованный d=05мм.
Сплошная обрешетка d=30мм.
Прогоны 225 x 225 мм. 150 x 225 мм.
Минераловатные плиты d=130мм. ρ=120 кгм3.
Лист подшивной d=65 мм
Снеговая (кратковременная).
Снеговая (длительная с понижающим коэффициентом 05).
Снеговая полная нагрузка в трех вариантах действия вычислена в программе «ВеСТ» пвк «Scad office» [приложение 1].
Снеговая длительно действующая нагрузка представляет собой полную снеговую нагрузку с понижающим коэффициентом 05 [2].
2. Статический расчет арки.
Определение расчетных усилий в элементах арки произведено в программно-вычислительном комплексе «Scad office» [приложение 3].
3 Подбор и расчет сечения арки.
По [5] отношение высоты сечения двухшарнирной арки к ее пролету и отношение высоты сечения к ширине должны находится в пределах:
Уточняем размеры исходя из целого числа склеиваемых досок. Принимаем 46 досок толщиной d=33 мм и шириной 192 мм (что соответствует нестроганым стандартным доскам 200x40 мм.). Тогда размеры сечения будут =1518 x 384 мм.
Мд=М=57767кг*м0875=6601943 кг*м;
=1-N( φRcF)=1-56349(0.91*848114.16*1.518*0.384)=0.875;
φ – коэффициент продольного изгиба φ=1-a(λ100)2=1-0.8(3368100)2=0.91;
λ – гибкость элемента λ=
n=2 т.к. прогоны не раскрепляют арку из плоскости по всей её длине;
Арка теряет устойчивости из плоскости деформирования следовательно необходимо раскрепить ее из плоскости уменьшив расчетную длину; φм≥0534 lpreq≤140*b2*кф( φм*h)= 140*0.3842*1.13(0534*1.518)=2878м. При длине дуги арки lдуги=62859м связи закрепляющие арку со стороны растянутого волокна ставим ставим на расстоянии lсв=lдуги3=2095321м lpreq=2878м. Тогда:
kп.М.=1+(0142*211518+176*158421+14*0035-1)*45=192;
kп.N.=1+(075+0.06*(211.518)2+0.6*0.035*211.518-1)*45=1022;
Устойчивость арки обеспечена
Окончательно принимаем сечение арки 384 x 1518мм.
Рисунок 4. Эпюра изгибающих моментов при РСУ L1+L3+L6
Рисунок 5. Эпюра изгибающих моментов при РСУ L1+L3+L4
Высота раскрепляющего арку из плоскости прогона должна быть не менее высоты сечения арки hпр≥34 hарки=1139 мм. Однако эпюра моментов для арки является знакопеременной (в зависимости от варианта снеговой нагрузки [приложение 1]) потому высоту сечения прогона назначаем равной высоте сечения арки
Уточняем размеры исходя из целого числа склеиваемых досок. Принимаем 46 досок толщиной d=33 мм и шириной 192 мм (что соответствует нестроганым стандартным доскам 200x40 мм.)
Окончательно принимаем сечение =1155 x 192 мм.
Рисунок 6. Сечение арки
Рассчитаем диаметр и шаг стяжных болтов:
Гибкость арки относительно оси без учета податливости:
kc – коэффициент вычисляемый по формуле: kc=1(2.5d2)=0.1 при d=2см.;
nш – расчетное количество швов в элементе nш=1;
Исходя из требований расстановки нагелей в элементе [1] определим минимальные расстояния между нагелями:
Принимаем 220 с шагом 1000 мм.
4. Расчет узлов арки
Расчетные усилия: N = 82.64 =81067 кН поперечная сила Q=1106т=10847 кН.
Конструкцию опорного узла принимаем с валиковым шарниром. Материал шарнира - сталь марки 10Г2С1 (Ry=310 МПа).
Расчет валикового шарнира на изгиб и упорных пластин на смятие производим на равнодействующую усилий N и Q в шарнире:
Принимая расстояние между упорными пластинками в арке находим величину изгибающего момента в валике:
Требуемый момент сопротивления валика
Принимаем валик диаметром d=95 мм. (W=8417 см3 ).
Проверяем валик на срез по формуле
Принятый валик удовлетворяет требованиям прочности.
Толщину упорных пластин принимаем из условия смятия. Общая толщина пластин в арке и опорном башмаке должна быть не менее
Принимаем толщину пластин в арке равной 17 мм а в опорном башмаке- 34 мм.
Торец арки проверяем на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию Rсм*mд*mб*mсл= =13МПа*08*08*1=832МПа=8320кНм2. Усилие от шарнира передается на башмак длиной lб=800 мм. через сварной профиль с двумя боковыми ребрами.
Площадь смятия торца арки под швеллером
Прочность обеспечена.
Сварные швы соединяющие детали узла между собой рассчитываются в соответствии с требованиями [7].
Расчет монтажного стыка.
Усилия в стыке – N=6897т Q=1456т.
Монтажный стык выполняем с помощью стальных башмаков прикрепленных к вклеенным в древесины стальным стрежням периодического профиля [рис 7.4б 6].
Длину заделываемой части стержня назначаем из условия 30d > l >10d где d – диаметр стержня. Принимаем стержень 28 мм. l=1650 мм. Толщину пластины назначаем конструктивно 15мм. Материал пластин – сталь С285.
Рассчитаем требуемый диаметр стыковых болтов.
Rbt – расчетное сопротивление растяжению одноболтового соединения Rbt=225 МПа= =2294 * 103 тм2.
Принимаем болты d=16мм нормального класса точности и класса по прочности 56.
Рассчитаем требуемое количество стяжных болтов.
Принимаем диаметр сквозного болта 20мм.
Расчетная несущая способность на один шов сплачивания стального нагеля:
Требуемое количество болтов:
Принимаем 420 с шагом 140 мм.
Расчет фахверковых колонн.
Расчет будем вести для колонны расположенной в середине пролета относительно арки как наиболее загруженной.
Высота колонны – 13 м.
Рисунок 7. Расчетная схема фахверковой колонны
Шаг колонн назначаем 3 м.
Нагрузки действующие на колонну [приложение 5]:
)Ветровая нагрузка вычислена в программе ВЕСТ ПВК «Scad off
)Вес навесных сэндвич-панелей (371 кгм2);
)Собственный вес стойки.
Предварительно зададимся сечением колонны 250x250мм.
Мд=М=882кг*м0825=110303 кг*м;
=1-N( φRcF)=1-1191(0.095*848114.16*0.25*0.25)=0.825;
φ – коэффициент продольного изгиба φ=Aλ2=3000180132=0.095;
Проверим гибкость стойки в плоскости деформирования:
Гибкость стойки превышает предельно допустимую. Уменьшим расчетную длину стойки относительно оси x-x установкой промежуточных распорок на середине высоты стойки. Тогда:
Гибкость стойки относительно оси x-x обеспечена.
Рассчитаем сечение распорки:
Требуемые размеры сечения из условия гибкости:
Принимаем распорку сечением 75x75 мм.
Требуемое сечение стойки относительно оси y-y из условия гибкости:
Увеличим сечение стойки относительно оси y-y двумя досками 250x75. Тогда гибкость стойки относительно оси y-y без учета податливости:
nш – расчетное количество швов в элементе nш=2;
При ширине элемента 250 мм расположим нагели в 2 поперечных ряда. Тогда требуемое количество продольных рядов nc=102=5.
Рисунок 8. Схема расположения нагелей в стойке
Проверку ослабленного сечения проводить не требуется т.к. площадь ослабления Fосл=2*002*04=0016м2 не превышает 25%Fбр=04*025*025=0025м2.
Окончательно принимаем сечение стойки =250 x 400 мм.
СП 64.13330.2011 «СНиП II-25-80 Деревянные конструкции»;
СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»;
ГОСТ 24454-80 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры»;
ГОСТ 3916.2-96 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона хвойных пород. Технические условия»;
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80);
И. М Гринь В. В. Фурсов Д. М. Бабушкин. «Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник»;
СП 16.13330.2011 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции»;
ТУ 5284-013-01395087-2001 «Вата минераловатная тонковолокнистая из горных пород и изделия на ее основе»;
ГОСТ 30246–94 «Прокат тонколистовой рулонный с защитно-декоративным Лакокрасочным покрытием для строительных конструкций. Технические условия»;
ТУ 5284-013-01395087-2001 «Панели кровельные и стеновые бескаркасные».
Результаты расчет снеговой нагрузки в программе «ВеСТ» программно-вычислительного комплекса «Scad office»
Расчет выполнен по нормам проектирования "СНиП 2.01.07-85* с изменением №2
Нормативное значение снеговой нагрузки
A - Открытые побережья морей озер и водохранилищ пустыни степи лесостепи тундра
Средняя скорость ветра зимой
Средняя температура января
Неутепленная конструкция с повышенным тепловыделением
Коэффициент надежности по нагрузке f
Рисунок 9. Схемы снеговых загружений
Единицы измерения : кгм2
Нормативное значение
Отчет сформирован программой ВеСТ версия: 11.3.1.1 от 13.05.2010
Результаты теплотехнического расчета в программе «TePeMOK»
Теплотехнический расчёт ограждающей конструкции выполнен по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» в программе ТеРеМОК 0.8.5 0118 © 2005—2011.
Определить требуемую толщину слоя в конструкции покрытия в общественном административном или бытовом здании расположенном в городе Уфа (зона влажности — Сухая).
Расчетная температурой наружного воздуха в холодный период года t_e
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания t_
Средняя температура наружного воздуха отопительного периода t_ht = -5.9 °С;
Продолжительность отопительного периода z_ht = 213 сут.;
Нормальный влажностный режим помещения и условия эксплуатации ограждающих конструкций — А.
Коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху n = 1;
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции α_e
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции α_
Нормируемый температурный перепад Δt_n = 4 °С;
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче R_req = 3.807 м²·°СВт;
Наименование плотность
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486 ГОСТ 9463) 500 кгм³
Плиты минераловатные на синтетическом связующем 120 кгм³ 0.036
Фанера клееная (ГОСТ 8673) 600 кгм³
Толщина искомого слоя t = 122 мм;
Суммарная толщина конструкции t = 158 мм;
Расчёт выполнен 25 сентября 2011 года.
Результаты статического расчета арки в программно-вычислительном комплексе «Scad office»
Старые РСУ" с фиксированными коэффициентами
Единицы измерений: Т м.
Список узловэлементов: все
Список факторов: N My Qz
Отчет сформирован программой Результаты расчета версия: 11.3.1.1 от 13.05.2010
Результаты расчет ветровой нагрузки в программе «ВеСТ» программно-вычислительного комплекса «Scad office»
Нормативное значение ветрового давления
A - открытые побережья морей озер и водохранилищ пустыни степи лесостепи тундра
Здания со сводчатыми или близкими к нему по очертанию покрытиями
Нормативное значение (кгм2)
Расчетное значение (кгм2)
Результаты статического расчета фахверковой колонны в программно-вычислительном комплексе «Scad office»

Графика.dwg

План распложения элементов
Деревянные элементы изготовить из древесины влажностью не более 20%; 2. Крепление листового проката к обрешетке выполнять самонарезающими болтами М6-8Дх20.56.099 (на крайних опорах в каждой волне и через волну на промежуточных опорах). Листы между собой соединить комбинированными заклепками ЗК-10 с шагом 500 мм; 3. Произвести огне-биозащиту пропиткой "Пирилакс всех деревянных элементов до их монтажа. Перед нанесением пропитки поверхность должна быть очищена от пыли и грязи. Опорные торцы обрабатывать погружением в состав и выдерживанием в течение трех минут; 4. Данный лист смотреть совместно с листом 2
Спецификацию элементов см.на листе 1 Данный лист смотреть совместно с листом 1