Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Пензенский Государственный Университет Архитектуры и Строительства»
Кафедра «Строительные конструкции»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К курсовому проекту на тему:
Проектирование одноэтажного каркасного
здания из деревянных конструкций
Автор проекта: Эльдар
Специальность: 2903 Группа ПГС-51
Обозначение: КП-2069059-******-09
Руководитель проекта: *******
ПЕНЗА 2009Содержание:
Компановка конструктивного остова здания
Проектирование панели со сплошным срединным слоем .
Выбор конструкции ..
Определение геометрических характеристик
Определение расчетных усилий ..
Проверка несущей способности панели .
Проверка прогибов панели
Расчет на местные нагрузки .
Проектирование круговой арки
Выбор геометрической схемы .
Определение усилий в сечениях арки
Конструктивный расчет арки
Подбор сечения арки .
Проверка прочности сечений
Список используемой литературы
Компановка конструктивного остова здания.
Необходимо разработать проект одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций (надземная часть). Здание предназначено для использования в качестве спортивного корпуса. Предусматривается что строительство будет производиться в III снеговом районе и IV ветровом районе. Ширина здания в осях 42 м. длина здания 66 м. шаг поперечных рам 6 м. полезная высота 11 м. В качестве покрытия будет использоваться плоская металлическая кровля. Материал из которого изготовляются несущие конструкции лиственница. Рама трех шарнирная клеедощатая. В качестве ограждающих конструкций будут использоваться трехслойные плиты с заполнителем из пенопласта. Простота изготовления надежность и экономичность арок способствовала ее применению в покрытии проектируемого здания.
Клееные деревянные арки являются более эффективными как с экономической так и с эстетической точки зрения по сравнению с балочными конструкциями. Они имеют наиболее широкий диапазон применения в зданиях и сооружениях различного назначения. Арочные конструкции используются в покрытиях производственных складских зрелищных выставочных спортивных зрелищных общественных и других зданий и сооружений как больших так и малых пролетов.
Арки являются распорными конструкциями. Наличие распора уменьшает расчетные изгибающие моменты в них по сравнению с моментами балочных конструкций что в свою очередь приводит к уменьшению рабочих сечений а следовательно к снижению расхода материала. Распор воспринят стальной затяжкой.
Так как пролет более 30 м то клееная деревянная арка запроектирована трех шарнирной из условия изготовления и транспортировки и собирается из двух гнутых элементов. Очертание арки круговое описанное по дуге окружности вокруг одного центра.
Основные узловые соединения трех шарнирной арки – опорные и коньковые шарниры. В большепролетных арках с затяжками предусматриваются – стыки затяжек и узлы крепления подвесок. Опорные и коньковые шарниры выполнены с применением валиковых шарниров.2. Проектирование панели со сплошным срединным слоем.
Требуется запроектировать утепленную панель покрытия производственного здания. Панели укладываются непосредственно на несущие конструкции устанавливаемые с шагом 6 м. В целях максимальной сборности принимаем размеры панели в плане 3000x6000 мм. Верхняя обшивка принята из алюминиевого листа толщиной 1 мм. а нижняя из стали толщиной 1 мм. Средний слой – из полихлорвинилового пенопласта марки ПХВ-1 с объемной массой 100 кгм3. Обрамляющие элементы панели выполнены из гнутых фанерных профилей швеллерного типа высотой 200 мм.
1 Выбор конструкции и назначение основных размеров
поперечное сечение панели и основные его размеры показаны на рис.1
Рис.1 Поперечное сечение панели.
Общую высоту панели назначаем в пределах с учетом стандартного размера высоты обрамляющего элемента (швеллера) и с соблюдением условия что . Принимаем h=200+1+1=202 мм. что составляет примерно . Расстояние между осями обшивок h0=201 мм.
В целях экономии материала срединного слоя (при hр>80 мм.) внутри его выполняются пустоты располагаемые вдоль длины панели. Ширину пустот принимаем b0=200 мм. ( 250 мм.).
Расстояние сп от обшивки до пустоты принимаем в пределах назначаем сп=35 мм.
Толщина пенопласта d между пустотами пенопласта принята равной 45 мм что дает возможность равномерно распределить пустоты по ширине панели и отвечает требованию чтобы оно было больше 40 мм. и больше
Постоянную нагрузку от покрытия подсчитываем по фактическому весу всех элементов (обшивок обрамления и срединного слоя) панели. Результаты подсчета приведены в таблице 1.
–верхняя обшивка (алюминий) =1 мм.
–утеплитель (пенопласт =100 кгм3)
–обрамление (фанерный швеллер)
–нижняя обшивка (сталь) =1 мм
3 Определение геометрических характеристик
Прежде чем определить геометрические характеристики проверим к какому типу относится панель. Для этого проверим условия:
Условия выполняются следовательно панель относится к четвертому типу (согласно классификации [1]) то есть к панелям со сплошным срединным слоем. Для таких панелей обрамляющие ребра расположенные по контуру в работе не учитываются. Геометрические характеристики подсчитывают без учета срединного слоя для расчетной полосы равного 1 м. Принимая во внимание что обшивки сделаны из различного материала то все геометрические характеристики будем приводить к материалу верхней обшивки.
Приведенный статический момент
Площадь приведенная к материалу верхней обшивки
Определяем положение нейтральной оси
Приведенный момент инерции относительно нейтральной оси
Приведенный момент сопротивления
4 Определение расчетных усилий
Проверяем не относится ли панель к гибким пластинам используя выражения:
6657153 следовательно панель не относится к гибким пластинам. Рассчитываем панель как свободнолежащую балку на двух опорах с расчетным пролетом .
5 Проверка несущей способности панели
Проверка прочности растянутой обшивки:
Так как толщина сжатой обшивки меньше 4 мм. то прочность ее проверяем с учетом начальной кривизны по формуле
Проверка прочности срединного слоя
-по нормальным напряжениям
-по касательным напряжениям
-по эквивалентным напряжениям
6 Проверка прогибов панели
Изгибная жесткость панели с учетом податливости срединного слоя равна:
Проверяем прогиб панели по формуле:
7 Расчет на местные нагрузки
В качестве местной нагрузки принимаем монтажный груз Pн=1000 Н с коэффициентом надежности . Интенсивность действия местной нагрузки
Радиус приведенного круга:
Значения коэффициентов при характеристике
Проверяем прочность:
а) по нормальным напряжениям в обшивке:
б) по касательным напряжениям в обшивке:
в) по нормальным сжимающим напряжениям в срединном слое:
.3.0 Проектирование круговой арки
Трехшарнирные арки являются статически определимыми системами поэтому определение усилий в них не вызывает каких-либо трудностей. Весь статический расчет будем производить в следующей последовательности:
выбор геометрической схемы;
подсчет нагрузок и выявление характера их действия;
определение усилий в сечениях и составление сводной таблицы усилий.
1Выбор геометрической схемы.
За геометрическую схему а в равной степени и за расчетную схему арки принимают линию соединяющую центры тяжести сечений т.е. геометрическую ось арки (рис.2).
Для арки с затяжкой геометрический расчет сводится к следующему.
При известной величине пролета l=42 м. и принятой стреле подъема f=6 м. радиус кривизны r арки кругового очертания определяется по формуле
Центральный угол раскрытия выполняется по формуле
Длину дуги арки S определим выражением
Рис.2 Расчетная схема арки
Постоянная нагрузка от покрытия подсчитывается по фактическому весу всех элементов (обшивок обрамления и среднего слоя) панели. Для возможности дальнейшего сравнения нескольких вариантов в расчетах будем использовать нормативное значение нагрузки и с учетом коэффициента надежности расчетное значение .
Снеговую нагрузку будем подсчитывать по [10].
Вариант 1. При равномерно распределенной снеговой нагрузке интенсивностью
(=16–коэффициент надежности по нагрузке согласно [10] при ).
Вариант 2. При распределенной по треугольнику треугольной нагрузке с максимальной ординатой
Ветровая нагрузка определяется по [10].
Характер действия ветровой нагрузки показан на рис.2.
Интенсивность ветровой нагрузки подсчитывается по формулам:
где – скоростной напор для второго района;
C–аэродинамический коэффициент;
B–коэффициент учитывающий изменение скоростного напора по высоте (для местности типа B [10 табл.6] при высоте H=11м. К=044 ; при H=152 м. К=061 ; при H=17 м. К=068; другие значения К находятся по интерполяции);
–коэффициент надежности по нагрузке равный 14.
Рис.3 Схема ветровой нагрузки на арку.
Для каждой зоны (см. рис.3 ) принимаем средние значения коэффициентов Ci и Ki.
При и имеем Ce1= -02; Ce2= -08; Ce3= -04.
Другие коэффициенты показаны на рис.16.
Собственный вес арки подсчитываем по формуле
гдеqн и pн – соответственно постоянная (вес покрытия) и временная (снег) нагрузки действующие на арку;
Kс.в – коэффициент собственного веса для арки принимаем равным 4.
Величина распределенной нагрузки от собственного веса:
На 1 м2 горизонтальной проекции
Погонные нагрузки на арку при шаге 6 м.:
Полная расчетная схема рамы дана на л. 1.
3 Определение усилий в сечениях арки.
Усилия в сечениях арки подсчитываем с помощью ЭВМ по программе “Арка”.
По результатам распечатки находим расчетные значения усилий M Q N при различных видах загружения и различных сочетаниях нагрузок. Результаты расчета приведены в таблице 3.
Конструктивный расчет арки
1Подбор сечения арки.
Сечение арки принимаем прямоугольным склеенным из досок плашмя. Задаемся согласно рекомендациям СНиП высотой арки равной и уточняем ее исходя из целого числа склеиваемых досок. Принимаем 28 досок толщиной 42 мм. и шириной 192 мм (что соответствует нестроганным стандартным доскам 200x50 мм.). Тогда размеры сечения будут =1176x192 мм. Древесина принята первого сорта для которой
МПа 16 МПа. С учетом коэффициентов mп=12 mб=085 (при h=117 см.) mсл=095 (при 42 мм.) и mгн=10 (при 946>500) величина расчетного сопротивления будет равна
Для принятого сечения имеем
2 Проверка прочности сечений.
Проверяем прочность наиболее нагруженного сечения (с максимальным изгибающим моментом) т.е. сечения 3 где M=-286.8 кН м N=-299.434 кН.
Находим значение коэффициента для чего сначала подсчитываем коэффициент по формуле
Проверяем прочность сечения по формуле
Вывод: Прочность сечения обеспечена.
Проверяем клеевые швы на скалывание:
Вывод: Прочность клеевых швов на скалывание обеспечена.
Проверку устойчивости арки производим по формуле
Считаем что арка раскреплена по верхней кромке связями которые ставятся через 3 м. Нижняя кромка не имеет раскреплений т.е. вертикальные и горизонтальные связи по нижним поясам отсутствуют. Учитывая что расчетная нагрузка в проверяемом выше сечении создает положительные изгибающие моменты за расчетный участок lр принимаем расстояние между связями т.е. lр=3000 мм.
Подсчитываем коэффициенты:
(коэффициент kф принят равным 10 ввиду небольшого изменения моментов на концах рассматриваемого участка lр).
Проверяем устойчивость арки
Вывод: Устойчивость обеспечена.
Однако арку необходимо проверить еще на устойчивость плоской формы деформирования с учетом сочетания нагрузок которые вызывают отрицательные изгибающие моменты (растяжение в верхней кромке и сжатие в нижней). Расчетные усилия будут равны: M=-2868 кНм N=-299434 кН.
Для такого случая имеем:
Величины коэффициентов учитывающих закрепление из плоскости деформирования со стороны растянутой от момента М кромки. При m>4 (в нашем случае ) они имеют следующие значения:
где -центральный угол рад определяющий участок
Проверяем устойчивость арки:
Проверяем устойчивость арки из плоскости:
где Таким образом принятое сечение арки удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.
Максимальное усилие в затяжке Н=113925+347288=461213 кН.
Затяжка выполнена из двух стальных уголков марки ВСт3пс6-1.
Требуемая площадь уголков
Принимаем уголок 90x90x7 (F=1228 см2 > 113 см2).
Расчетные усилия: N=530829 кН Q=588 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:
Рис.4 – схема опорного узла.
Принимая расстояние между упорными пластинками в арке находим величину изгибающего момента в валике:
Требуемый момент сопротивления валика
Принимаем валик диаметром d=75 мм. (W=414 см3 > 4129 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 16 мм. а в опорном башмаке- 32 мм.
Торец арки проверяем на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию (RСМ=14 МПа). Усилие от шарнира передается на башмак длиной lб=600 мм. через гнутый швеллерный профиль двумя боковыми ребрами.
Площадь смятия торца арки под швеллером
Прочность обеспечена.
На болты присоединяющие оголовок действуют усилия Nб вызываемые поперечной силой:
Необходимый диаметр болта определяем исходя из его несущей способности по изгибу:
При n=2 (два болта) имеем
Принимаем конструктивно два болта d=16 мм.
Упорную плиту башмака рассчитываем как балку на опорах загруженную в середине пролета силой N. Максимальный изгибающий момент в такой балке
где l1=120 мм.- расстояние между боковыми пластинами опорного башмака.
Принимая ширину плиты b1=400 мм. находим требуемую толщину по формуле
Принимаем толщину плиты равной 34 мм.
Размеры опорной плиты башмака назначаем из условия смятия опорной деревянной подушки под действием максимальной опорной реакции: A=26355 кН т.е.
Принимая B=240 мм. найдем что
Принимаем L=400 мм. Толщина опорной плиты назначают из условия работы ее на изгиб. Опасными являются консольные участки для которых изгибающий момент
Толщина опорной плиты должна быть не менее
Принимаем . Сварные швы соединяющие детали узла между собой рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП II-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции.
Коньковый узел в целях унификации выполняем аналогично опорному т.е. тоже с применением валикового шарнира. Усилия: в узле N=461213 кН Q=49612 кН.
Рис.5 – схема конькового узла.
Принимаем валик диаметром d=75 мм. (W=414 см3 > 359 см3).
Принимаем толщину пластин в левой полуарке равной 14 мм. а в правой- 28 мм.
В целях унификации принимаем для стойки те же доски что использовались для проектирования арки =42 мм. и шириной 192 мм. (что соответствует не строганным стандартным доскам 200x50 мм.). Задаемся высотой сечения в пределах . В соответствии с этими размерами принимаем 24 доски =42 мм. итого .
Рис.6 – сечение колонны.
Расчет рамы будем производить по схеме приведенной на рис.7
Рис.7 – расчетная схема рамы.
Для расчета найдем усилия MNQ для этого найдем горизонтальные составляющие ветровой нагрузки W и W.
Горизонтальные составляющие:
Вертикальные составляющие:
Усилие N будет представлять собой сумму усилий от постоянной нагрузки =19845 Кн снеговой нагрузки =651 кН и собственного веса колонны .
Находим значение ветровой нагрузки действующей на колонну:
Находим усилие передающееся на стойку где
Находим значения моментов и поперечных сил в правой и левой стойках. Расчет будем производить по схеме показанной на рисунке 9:
Рис.9 – расчетная схема стойки.
Геометрические характеристики для принятого сечения
Момент сопротивления ;
Проверка прочности сечений.
Проверяем прочность наиболее нагруженного сечения (с максимальным изгибающим моментом) т.е. сечения на опоре где M=14363 кН м N=28065 кН.
Проверяем устойчивость стойки в плоскости рамы
Проверку устойчивости будем производить на момент M=14363 кНм и продольную силу N=28065кН по схеме приведенной на рис.10.
Рис.10 – расчетная схема стойки.
(коэффициент kф принят равным 245).
Вывод: Устойчивость стойки в плоскости рамы обеспечена.
Проверку устойчивости будем производить продольную силу N=28065 кН по схеме приведенной на рис.11.
Рис.11 – расчетная схема стойки
Находим необходимые характеристики:
коэффициент продольного изгиба
Вывод: Прочность стойки из плоскости рамы обеспечена.
Крепление стойки к фундаменту
Принимаем жесткий узел крепления стойки к фундаменту с помощью анкерных болтов (рис.12 ).
Расчет производим на продольную силу N=28065 кН. и момент М=14363 кН*м.
Рис.12 – крепление стойки к фундаменту.
Проверяем прочность торца колонны на смятие:
Принимаем под фундамент бетон класса В 15 c Rc=11 МПа.
Находим требуемую площадь сечения анкера
Принимаем анкерный болт диаметром 26 мм. ( )
Проверяем прочность анкерного соединения
Вывод: прочность обеспечена.
Крепление пластины принимаем на болтах.
Минимальная несущая способность одного болта 22 диаметра
Определяем необходимое количество болтов
Принимаем 6 болтов диаметром 22 мм.
Список используемой литературы:
Конструкции из дерева и пластмасс. 5-е изд. Под ред. Г.Г.Карлсена и Ю.В.Слицкоухова. –М.: Стройиздат 1985.-542 с.
Гринь И.М. Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник. –Киев: Будивельник 1988.
Иванов В.А. и др. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. 3-е изд. –Киев: Вища школа 1981.
Индустриальные деревянные конструкции: Уч.пос. для вузов. Под ред. Слицкоухова Ю.В. –М.: Стройиздат 1991.-251 с.
Светозарова Е.И. Душечкин С.А. Серов Е.Н. Конструкции из клееной древесины и водостойкой фанеры. Примеры проектирования. –Л.: Лененградский инж.- строит. ин-т 1974.
Вдовин В.М. Распределение сосредоточенного давления в клеефанерных конструкциях. –В сб. Облегченные конструкции покрытий зданий. –Ростов-на-Дону: Ростовский инж.-строит. ин-т 1979 с.16-26.
Хрулев В.М. Деревянные конструкции и детали: Справочник строителя. –М.: Стройиздат 1983. –287 с.
СНиП П-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции. –М.: Стройиздат 1982.-65 с.
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП П-25-80). –М.: Стройиздат 1986. –215 с.
СНиП 2.01-07-85. Нагрузки и воздействия. –М.: Стройиздат 1988.

!Курсовая - МОЁ!.dwg

Монтажная схема покрытия
КП-2069059-270102-*****-09
ПГУАС Каф.СК гр.ПГС-51
Конструкции из дерева и пластмасс.
Спецификация материалов панели
Спецификация металла
Для изготовления колонны применить древесину лиственницы 1 сорта. 2. Влажность древесины не более 15 %. 3. Склеивание досок осуществлять на клею марки ФР-12. 4. Стыкование досок по длине осуществлять на зубчатый шип. 5. Расход древесины указан в спецификации.
Сварку деталей производить вручную электродами Э-42. 2. Сварку производить с полным проваром шва и катетом К=6 мм.
Спецификация древесины
Монтажная схема покрытия.
алюминиевый лист =1 мм.
марки ПХВ-1 с объемным весом 100 кгм^3
полихлорвиниловый пенопласт
стальной лист =1 мм.
гнутый фанерный профиль швеллерного типа
отверстия для болтов М18
Расчетная схема рамы
постоянная нагрузка
Пассивное давление ветра показывается со знаком "-"
иначе - это активное давление
одиночный стоячий фальц
одиночный лежачий фальц