Производственное здание

курсач дерево.doc

Министерство Образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
Строительный факультет
Кафедра: Металлические и деревянные конструкции
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине “Конструкции из дерева и пластмасс”
на тему “Производственное здание”
Исполнитель: студент
Руководитель: Коледа С. М.
Утепленная клеефанерная плита покрытия 6
1 Компоновка рабочего сечения плиты 7
2 Расчетная схема плиты нагрузки и усилия 8
3 Геометрические характеристики сечения 9
4 Проверка плиты на прочность 11
5 Проверка плиты по деформациям 12
Расчет клеефанерной балки покрытия 13
1 Статический расчет балки 13
2 Определение усилий в балке 14
3 Конструктивный расчет балки 15
Стойка пристройки 16
1 Определение усилий в стойке 16
2 Расчет стойки на прочность и устойчивость 18
3 Расчет опорного узла стойки 20
Гнутоклееная трехшарнирная рама 21
1 Геометрические размеры рамы 21
2 Определение нагрузок на раму 23
3 Статический расчет рамы 25
5 Проверка напряжений при сжатии с изгибом 28
6 Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы 30
7 Конструирование и расчет узлов 34
7.1 Коньковый узел 34
1 Предварительный подбор сечения стойки фахверка 41
2 Определение нагрузок на стойку фахверка 42
3 Определение усилий в стойке фахверка 42
4 Расчет стойки фахверка на прочность и устойчивость 42
5 Расчет опорного узла стойки фахверка 45
Список использованной литературы 46
Стр.46; рис. 11; табл.3; библ. наименований 9
ПЛИТА РАМА КОЛОННА ФАХВЕРК РАСЧЕТ НАГРУЗКА УСИЛИЕ УЗЕЛ
В курсовом проекте произведен расчет деревянных конструкций одноэтажного производственного здания. Определены расчетные и нормативные нагрузки на покрытие и поперечную раму здания.
Выполнен расчет клеефанерной панели покрытия. Произведен расчёт гнутоклееной трехшарнирной рамы клеефанерной балки пристройки Скомпонованы сечения колонн которые обеспечивают прочность и общую устойчивость конструкций. Осуществлена компоновка и расчет опорного узла колонны. Произведен расчет и подобрано сечение стойки фахверка. Определены технико-экономические показатели разработанных конструкций.
Перечень графического материала: 3 листа формата А2.
Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости трудоемкости и стоимости строительства. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность и устойчивость. Учитываются условия эксплуатации изготовления транспортирования и монтажа предусматриваются меры по обеспечению их капитальности и долговечности (защита от биологического разрушения возгорания действия химически агрессивной среды).
Деревянные конструкции преимущественно клееные рекомендуется применять в зданиях: сельскохозяйственных предприятиях лесопильно-деревообрабатывающей промышленности с химически агрессивной средой (т.к. древесина и конструкции на ее основе обладают большой стойкостью по отношению к агрессивным средам) подсобно-вспомогательных промышленных и складских и т.п. Конструкции из дерева и синтетических материалов следует использовать в тех случаях когда требуется исключить влияние магнитных свойств конструкций и возможность искрообразования.
Сравнительная легкость древесины с учетом ее достаточно большой прочности и жесткости позволяет перекрывать значительные пролеты.
При проектировании необходимо предусматривать защиту деревянных элементов от увлажнения создавать для них осушающий температурно-влажностный режим осуществляя в первую очередь проветривание конструкций. В необходимых случаях возможно применение химических мер защиты.
В разрабатываемом курсовом проекте рассчитывается производственное здание согласно основным принципам расчета конструирования и компоновки конструкций из дерева и пластмасс. Исходные данные согласно заданию на проектирование следующие:
- конфигурация здания в плане - прямоугольное;
- количество пролетов - 2;
- пролет здания –23+14м;
- шаг стропильных конструкций – 55м;
- высота рамы в коньке – 98м;
- уклон кровли – 025;
- длина здания - 132м;
- ограждающие конструкции – теплые (утеплитель плотностью 120кгм3);
- несущая стропильная конструкции – гнутоклееная рама;
- материал конструкций - сосна ель;
- район строительства - г.Брест.
Согласно заданию размеры одноэтажного однопролетного деревянного здания в осях . Поперечная устойчивость проектируемого здания обеспечивается рамной конструкцией воспринимающей все нагрузки в своей плоскости и передающей их на фундаменты. Продольная устойчивость деревянного здания обеспечивается устройством поперечных связей в плоскости верхних поясов стропильных ферм и жестких пространственных блоков по торцам и по длине здания с шагом 25 30м.
Сбор нагрузок осуществляется в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» а расчет конструкций — в соответствии со СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции. Нормы проектирования. Актуализированная редакция»
УТЕПЛЕННАЯ КЛЕЕФАНЕРНАЯ ПЛИТА ПОКРЫТИЯ.
В соответствии с заданием на проектирование принимаем следующие параметры проектируемых конструкций покрытия:
плиты утепленные клеефанерные с одной нижней обшивкой под жесткую кровлю из листов металлочерепицы;
фанера соединяется с деревянным каркасом клеем марки ФР-12;
ребра каркаса из сосновых досок II сорта;
утеплитель минераловатные плиты толщиной 120 мм.
С целью недопущения увлажнения утеплителя принимается сквозная естественная вентиляция внутренних полостей плиты наружным воздухом. Вентиляция осуществляется в продольном направлении плиты.
Принимаются размеры плит:
ширина bп = 1200 мм;
высота 132 120 пролета;
длина 5400 мм (в соответствии с шагом несущих конструкций).
Номинальные размеры плиты в плане:118 х 548 м.
Нижняя обшивка клеефанерной плиты изготавливается из водостойкой фанеры марки ФСФ сорт ВВВ (ГОСТ 3916.1). Принимаем фанерные листы 1.2 х 12м. (после обрезки 118 х 183) тогда поперечных листов будет 3. Толщина нижней фанерной обшивки 8 мм.
Высоту ребер каркаса принимаем h = l 29 = 5500 29 = 190 мм.
Каркас плиты состоит из сосновых досок II сорта для которых взяты черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов сечением 32 х 200 мм. После сушки до 12% влажности и четырехстороннего фрезерования для склейки применяются чистые доски сечением 26 х 186 мм.
Общее число продольных ребер – 4 что обеспечивает расстояние в свету между ребрами менее 50 см.
Поперечные ребра принимаем сечением 26 х 162 мм. Число поперечных ребер – 6 что обеспечивает расстояние между ними не более 12 м.
В качестве утеплителя принимаем минераловатные плиты. Толщину утеплителя принимаем 120 мм. При высоте ребер 186 мм над утеплителем обеспечивается воздушная прослойка для вентиляции.
Рис. 1. Схема плиты покрытия
1. Компоновка рабочего сечения плиты.
Исходя из продольного шага рам равного 55 м принимаем .
Высота панели с учетом определенных толщин материалов:
Расстояние между ребрами в осях (4 продольных ребра):
Тогда расстояние между ребрами
Рис. 2. Общий вид плиты покрытия
По скомпонованному сечению плиты покрытия составим таблицу нормативных и расчетных нагрузок на 1 м2 плиты.
2 Расчетная схема плиты нагрузка и усилия
Наименование нагрузки
Металлочерепица 63 кгм
Водонепроницаемая мембрана TYVEK 60г.м2
Продольные рёбра каркаса
Поперечные рёбра каркаса
Утеплитель мин.вата на основе базальтового волокна γ=120кгм3 толщиной 120мм
Пароизоляция – паронепроницаемая полимерный материал FOLIAREX 110гм2
Фанера марки ФСФ толщиной 8 мм.
Итого постоянная нагрузка
- снеговая (район I б) (г. Брест)
Итого полная нагрузка
Где: hн - ширина сечения обрешетки и настила соответственно
bн - толщина сечения обрешетки и настила соответственно
cн; - шаг обрешетки и настила соответственно
γд – объемный вес древесины.
Нормативное значение снеговой нагрузки принимается по СНиП 2.01.07-85* для г. Бреста S=0.8 кНм2.
Коэффициент надежности по снеговой нагрузке . Расчетное значение сосредоточенной силы
В нашем задании полная нагрузка на 1 пог. метр панели шириной 1200мм. составляет:
постоянная + временная
нормативная нагрузка: qн =1.172 1.2 = 1.406 кНм
расчётная нагрузка: qр =1.618 1.2 = 1.942 кНм
Расчетные характеристики материалов
Для семислойной фанеры марки ФСФ сорта ВВВ толщиной 8 мм по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 находим следующие характеристики:
Расчетное сопротивление растяжениюRф.р. = 14 МПа;
Расчетное сопротивление сжатию Rф.сж. = 12 МПа;
Расчетное сопротивление скалываниюRф.ск. = 08 МПа;
Расчетное сопротивление изгибу Rф.и. = 08 МПа;
Модуль упругости Еф = 9000 МПа.
Для древесины ребер по табл. 3 СНиП II-25-80:
расчетное сопротивление изгибу Rдр.и. = 13 МПа;
модуль упругости Едр = 10000 МПа.
3. Геометрические характеристики сечения
В соответствии с п. 6.25 СНиП II-25-80 расчет клееных элементов из древесины и фанеры следует выполнять по методу приведенного поперечного сечения. Для этого определим геометрические и физические характеристики такого сечения.
Геометрические характеристики сечения.
расчетная ширина фанерной обшивки по 6.27 СНиП II-25-80:
b – полная ширина сечения плиты b = 118 м;
a – расстояние между продольными ребрами по осям а = 0376 м.
Геометрические характеристики панели приводим к древесине ребер.
Приведенная площадь поперечного сечения:
Приведенный статический момент поперечного сечения панели относительно оси О-О:
Расстояние от оси О-О до нейтральной оси панели х – х:
Расстояние от нейтральной оси панели х – х до наружной грани фанерной обшивки: ;
Расстояние от нейтральной оси панели х – х до центра тяжести ребер:
Момент инерции фанерной обшивки относительно нейтральной оси панели х – х (без учета момента инерции фанерной обшивки относительно собственной оси):
Момент инерции ребер относительно нейтральной оси панели х – х:
Приведенный к древесине момент инерции панели преобразуя формулу СНиП II-25-80 определим:
Приведенный к фанере момент инерции по формуле СНиП II-25-80:
По расчетной схеме панель представляет собой шарнирно-опорную балку загруженную равномерно распределенной нагрузкой qрасч=1943кнм
4. Проверка плиты на прочность.
Максимальный изгибающий момент:
Выражение позволяющее определить напряжения в растянутой обшивке и выполнить ее проверку на прочность:
гдеМ – расчетный изгибающий момент М = 742 кН м
Rф.р – расчетное сопротивление фанеры растяжению Rф.р = 14МПа м;
mф – коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки принимаемый равным при усовом соединении или с двухсторонними накладками mф = 06.
Напряжение в продольных ребрах работающих на изгиб:
Недонапряжение составит:
В соответствии с п. 6.29 СНиП II-25-80 проверка скалывающих напряжений по клеевому слою между шпонами фанерной обшивки в зоне приклейки продольных ребер каркаса производится по формуле:
гдеQ – расчетная поперечная сила;
Sф.пр – статический момент сдвигаемой части приведенного сечения относительно нейтральной оси;
Rф.ск – расчетное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон определяемое по табл. 3 СНиП II-25-80
Jф.пр – момент инерции приведенный к фанере
bрасч – расчетная ширина сечения которую следует принимать равной суммарной ширине ребер каркаса.
Поперечная сила панели равна ее опорным реакциям
Приведенный статический момент фанерной обшивки относительно нейтральной оси х – х:
Расчетная ширина клеевого соединения:
Касательные напряжения:
Проверка прочности по всем пунктам выполняется.
5. Проверка плиты по деформациям
Проверка панели на прогиб.
Наибольший прогиб клеефанерной панели определяется по формуле:
Где f0 – прогиб без учета влияния сдвигающих усилий
k – коэффициент учитывающий влияние переменности высоты сечения принимаемый равным 1 для панели постоянного сечения;
с – коэффициент учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы и принимаемый по (1табл.Е 3) с = 154 + 38 = 192; при = 1.
h – полная высота сечения панели
qн – нормативная нагрузка на панель
где - предельный прогиб в панелях покрытий.
Запас по прочности составляет .
Односкатная клеефанерная балка
Определяем собственный вес балки:
где - коэффициент собственного веса для балок прямоугольного постоянного сечения.
Расчетная нагрузка от балки
Отношение нормативного собственного веса покрытия к весу снегового покрова
В соответствии с п. 5.7 [3] коэффициент надежности по снеговой нагрузке .
Расчетная снеговая нагрузка на 1м2 покрытия:
Нормативная нагрузка на 1м.п. балки:
Расчетная нагрузка на 1м.п. балки:
2 Определение усилий в балке
Балка является однопролетной расстояние между опорами 14м вылет консоли – 2м.
Опорные реакции балки:
от постоянной нагрузки
от снеговой нагрузки
Строим эпюру поперечных сил. Определяем координаты точки х в которой поперечное усилие равно нулю:
Рис. 3.1 Расчетная схема балки с эпюрами поперечных сил и изгибающих моментов
Строим эпюру моментов:
3. Конструктивный расчет балки.
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки
Высоту сечения балки назначим из условия:
Сечение балки принимаем коробчатое т.е. 2 листа фанеры между которыми расположены пояса балки. Листы стенки фанеры принимаем шириной hф = 1200 мм. Толщина фанеры –10 мм.
Вычисляем требуемый момент инерции по формулам:
Определяем требуемую величину момента инерции поясов
Определяем площадь сечения одного пояса балки:
где h1x – расстояние между осями поясов в расчетном сечении принимаем h1x=105 см.
Исходя из того что высота пояса находится обычно в пределах (16 110)hx находятся размеры bп и hп.
Принимаем bп=15 см hп=15 см.
Определяем момент инерции поясов балки:
Определяем момент инерции фанерных стенок балки:
Определяем приведенные геометрические характеристики.
Приведенный момент инерции
Определим нормальные напряжения в балке по формуле:
Определим прогиб балки по формуле:
. Условие выполняется.
Проверяем прочность фанерной стенки на срез по формуле:
- условие выполняется
где - статический момент половины сечения балки относительно центра тяжести;
- расчетное сопротивление фанеры срезу;
Проверяем фанерную стенку на устойчивость из ее плоскости в сечении по середине между опорным и вторым от опоры ребрами жесткости по формуле:
где Q – перерезывающая сила в рассматриваемом сечении Q=5687 кН;
h1 – расстояние между осями поясов в расчетном сечении принимаем h1=105 см.
φф – коэффициент устойчивости фанеры
где а – расстояние в свету между ребрами жесткости; при а65 φф=1.
Поперечные дощатые ребра ставятся по длине балки на расстоянии не более 19 пролета т.е. а≤149-10=1455см где 10см – ширина дощатого ребра жесткости Принимаем а=145см.
Устойчивость фанерной стенки обеспечена.
1 Определение усилий в стойке
Постоянная нагрузка от балки :
Нагрузка от стен (расчетную нагрузку от стеновых панелей принимаем равной нагрузке от панелей покрытия):
Расчётная высота стойки
Сечение шарнирно опертой крайней стойки принимаем цельнобрусчатое 150х175мм Нагрузка от собственного веса стойки:
Нагрузка от стеновых панелей приложена с эксцентриситетом:
- для крайней левой колонны
Нормативное значение ветрового давления для I ветрового района (г. Минск) составит .
Расчетное значение статической составляющей ветровой нагрузки определяется по формулам:
- с наветренной стороны
- с заветренной стороны
где и - аэродинамические коэффициенты внешнего давления определяемые по схеме 2 прил. 4 [3];
- коэффициент надежности по ветровой нагрузке;
- коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте: до 5метров - до 10м -
- в уровне карниза определяем по интерполяции;
Равномерно распределённая ветровая нагрузка на стойку
Сосредоточенная ветровая нагрузка в уровне верха колонн:
Определим изгибающие моменты в середине колонны от ветровой нагрузки:
Определение усилий в колонне с учетом в
необходимых случаях коэффициентов сочетаний:
первое сочетание нагрузок
Моменты в середине колонны:
Для расчета колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения: ; .
Второе сочетание нагрузок (при одной временной нагрузке коэффициент не учитывается).
Определение поперечной силы в опорном сечении стойки:
от активной ветровой нагрузки
от внецентренно приложенной стеновой нагрузки
2 Расчет стойки на прочность и устойчивость
Расчет производится на действие N и M при первом сочетании нагрузок:
Расчетная длина колонны .
Площадь сечения колонны:
Момент сопротивления:
При древесине второго сорта и при принятых размерах сечения по табл.3 [1] с учетом коэффициента условий работы расчетное сопротивление сжатию .
Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента:
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле:
здесь показатель степени как для элементов не имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования.
Устанавливаем распорку в середине колонны по высоте.
Следовательно устойчивость обеспечена.
Расчет колонны на устойчивость производим как центрально сжатого стержня при коэффициенте продольного изгиба . Продольное усилие в колонне при втором сочетании нагрузок.
Устойчивость обеспечена.
3 Расчет опорного узла стойки
Проверяем торец колонны на смятие:
Колонну крепим к анкерным полосам при помощи болтов диаметром 16мм.
Расчетная несущая способность одного условного среза болта диаметром 16мм:
по смятию древесины
по смятию металла анкерной полосы
Поперечное усилие действующее в опорном сечении колонны
Требуемое количество двусрезных болтов для крепления колонны
Анкерную полосу принимаем толщиной 6мм и шириной 60мм и проверяем ее на изгиб и смятие под болтом:
РАСЧЕТ ГНУТОКЛЕЕНОЙ ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ
Пролет рам 23 м шаг 55 м. Ограждающие конструкции покрытия – металло- черепица 6.3 кгм2. Район строительства – I б. г. Брест. Здание по степени ответственности относится ко II классу (γ = 095). Температурно-влажностные условия эксплуатации А1. Все конструкции заводского изготовления. Материал – древесина из сосны 2-го сорта металлические конструкции – сталь марки С235 ГОСТ 27772-88*. Склеивание рам – клеем ФРФ-50к
1. Геометрические размеры
Расчетный пролет рамы составляет 230 м. Уклон ригеля 1:4 т.е.
угол наклона ригеля a = 14°04;
Высота рамы в коньке f = 98 м (высота по оси рамы)
Тогда высота стойки от верха фундамента до точки пересечения касательных по осям стойки и ригели.
По условиям гнутья толщина досок после фрезеровки должна приниматься не более 16 - 25 см. Принимаем доски толщиной после фрезеровки 19 см. Радиус гнутой части принимаем равным:
где d - толщина склеиваемых досок.
Угол в карнизной гнутой части между осями ригеля и стойки:
Максимальный изгибающий момент будет в среднем сечении гнутой части рамы который является биссектрисой этого угла тогда получим:
Центральный угол гнутой части рамы в градусах и радианах будет равен:
Длина стойки от опоры до начала гнутой части:
На основании произведенных вычислений строим расчетную схему рамы:
Рис. 3. Схема гнутоклееной рамы
2. Сбор нагрузок на раму
Нагрузки от покрытия (постоянная нагрузка) - принимаем по предварительно выполненным расчетам ограждающих конструкций.
нормативнаяgн = 0372 кНм2;
расчетнаяgр = 0418 кНм2.
Собственный вес рамы определяем при Ксв = 85 из выражения
– расчетный пролет рамы;
– нормативная снеговая нагрузка для Iб снегового района которая определяется по СНиП 2.01.07-85; – коэффициент собственного веса рамы.
Собственный вес покрытия
372 5.5 cos a = 2.11
Собственный вес рамы
Определение ветровой нагрузки.
Согласно СНиП 2.01.07–85 «Нагрузки и воздействия» по карте районирования по давлению ветра г. Брест относится к I району. По табл.5 [3] нормативное значение ветрового давления w0=023кПа.
Нормативное значение ветровой нагрузки определяем по формуле 6 [3]:
гдеk — коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте принимаемый по табл.6 [3] для типа местности – В;
c — аэродинамический коэффициент принимаемый по прил.4 [3]. При отношении
с =08 для наветренной стороны и с =-05 для подветренной (для стоек);
се1 =-0204 для наветренной стороны и се2 =-04 для подветренной (для ригеля).
Определим ординаты фактических эпюр расчётной погонной нагрузки на раму для напора и отсоса при направлении действия ветровой нагрузки слева и справа. При этом принимаем распределение ветровой нагрузки упрощенно т.е. k=05 до 5 м и k=065 на высоте от 5 до 9 м.
qwn = wo×k×c×γf ×γn ×B кНм
где:γf— коэффициент надежности по нагрузкеγf =14;
B— шаг поперечных рам В=54м.
qnc =023·05·08·14·55·095=067 кНм – напор на уровне 5м от уровня земли;
qоc =023·05·(-05)·14·55·095=-0423 кНм – отсос на уровне 5м от уровня земли;
qnr =023·065·(-0204)·14·55·095=-0223 кНм – напор на уровне ригеля;
qor =023·065·(-04)·14·55·095=-0499 кНм – отсос на уровне ригеля;
Ветровая нагрузка разгружает раму следовательно в расчете карнизного узла действие ветровой нагрузки не учитываю.
3. Статический расчет рамы.
Максимальные усилия возникают в карнизном узле рамы при действии полной расчетной нагрузки (постоянной и временной снеговой) по всему пролету рамы q = 10693 кНм и сосредоточенной нагрузки от балок пристройки приложенной ;
· горизонтальные (распор)
Максимальный изгибающий момент в раме возникает в центральном сечении гнутой части. Координаты этой точки определяем из следующих соотношений:
Определяем М и N в этом сечении для каждой из полурам:
Рис. 7. Расчётная схема рамы
В криволинейном сечении Мmax = 3907 кНм а продольная сила N = 1361 кН.
Их расчетное сопротивление изгибу в соответствии с табл. 3 СНиП II-25-80 равно 15 МПа. Но умножая его на коэффициент условий работы mв = 1 и разделив на коэффициент ответственности сооружения (gn = 095) получим
= 1579 МПа = 158 кНсм2.
Требуемую высоту сечения hтр приближено определим преобразовав формулу проверки сечения на прочность по величине изгибающего момента а наличие продольной силы учтем введением коэффициента 06.
Принимаем высоту сечения несколько больше требуемой при этом высота сечения должна состоять из целого числа досок т.е. принимаем 72 слоя толщиной после строжки d = 19 мм тогда:
hгн = 72×19 = 1368 мм > 1110 мм.
Высоту сечения ригеля в коньке принимаем из условия
hк > 03× hгн = 03×1368 = 4104 мм из 23 слоев досок толщиной после строжки d =19 мм:
hк = 23×19 = 437 мм.
Высоту сечения стойки рамы у опоры принимаем из условия
Hоп > 04× hгн = 04×1368 = 5472 мм из 30 слоев досок толщиной после строжки d =19 мм:
Hоп = 30×19 = 570 мм.
Геометрические характеристики принятого сечения криволинейной части рамы:
В соответствии с п. 3.2 СНиП II-25-80 к расчетным сопротивлениям принимаются следующие коэффициенты условий работы:
Радиус кривизны в гнутой части по нейтральной оси будет равен:
Отношение тогда по интерполяции значений табл. 9[1] находим коэффициент (табл. 9 для Rc и Rи);
5. Проверка напряжений при сжатии с изгибом.
Изгибающий момент действующий в центре сечения находится на расстоянии от расчетной оси равном
Где hст - высота сечения стойки рамы у опоры;
hгн - высота сечения криволинейной части рамы.
Расчетные сопротивления древесины сосны 2 сорта с учетом всех коэффициентов условий работы определим по формулам:
Здесь 15 МПа и 9 МПа – значения соответствующих расчетных сопротивлений принимаемые по табл. 3 СНиП II-25-80.
Радиус инерции сечения:
При расчетной длине полурамы гибкость равна:
Для элементов переменного по высоте сечения коэффициент j следует умножить на коэффициент kжN принимаемый по табл. 1 прил. 4 СНиП II-25-80.
где b - отношение высоты сечения верхней части стойки к нижней:
Коэффициент j определяем по формуле:
где – коэффициент принимаемый для деревянных конструкций.
Произведение . Принимаем 1.
Определяем коэффициент x учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента по формуле (30) [1]:
где усилие в ключевом шарнире.
Изгибающий момент по деформированной схеме:
Для криволинейного участка при отношении
где r – радиус кривизны центральной оси криволинейного участка.
Следовательно в соответствии с п. 6.30 СНиП II-25-80 прочность следует проверять для наружной и внутренней кромок по формуле (28) того же СНиП в которой при проверке напряжений по внутренней кромке расчетный момент сопротивления согласно п. 4.9 СНиП следует умножать на коэффициент kгв а при проверке напряжений по наружной кромке – на коэффициент kгн.
Расчётный момент сопротивления с учетом влияния кривизны составит:
для внутренней кромки:
для наружной кромки:
Тогда напряжения во внутренней и внешней кромках определим по формуле (28) СНиП II-25-80:
Окончательно принимаем сечения рамы:
hгн=1368 см; hк = 437 см; hоп = 570 см
6 Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы
Рама закреплена из плоскости:
- в покрытии по наружной кромке - плитами по ригелю
- по наружной кромке стойки – стеновыми панелями.
Внутренняя кромка не закреплена.
Точку перегиба моментов т.е. координаты точки с нулевым моментом находим из уравнения моментов приравнивая его к нулю:
получаем уравнение вида
Принимаем x = 812 м тогда:
Точка перегиба эпюры моментов соответствует координатам х = 812 м от оси опоры у = 8955 м.
Рис. 8. Эпюра изгибающих моментов полурамы
Тогда расчетная длина растянутой зоны имеющей закрепления по наружной кромке равна:
Расчетная длина сжатой зоны наружной (раскрепленной) кромки ригеля (т.е. закреплений по растянутой кромке нет) равна:
Таким образом проверку устойчивости плоской формы деформирования производим для 2-х участков.
Проверка производится по формуле:
Для сжатого участка lр2 = 3485 м находим максимальную высоту сечения из соотношения:
Показатель степени n=2 т.к. на данном участке нет закреплений растянутой стороны.
Находим максимальный момент и соответствующую продольную силу на расчетной длине 3485 м при этом горизонтальная проекция этой длины будет равна
Максимальный момент будет равен в сечении с координатами: х1 и у1
Момент по деформируемой схеме
Коэффициент mб=0923 для h = 0778 м по табл. 9 СП.
При расчете элементов переменного по высоте сечения не имеющих закреплений из плоскости по растянутой кромке или при числе закреплений m4 коэффициенты jу и jМ – следует дополнительно умножать соответственно на коэффициенты kжN и kжМ в плоскости yz:
Подставим значения в исходную формулу:
Производим проверку устойчивости плоской формы деформирования растянутой зоны на расчетной длине где имеются закрепления растянутой зоны.
коэффициент продольного изгиба
Коэффициент jм определяем по формуле (25) [1]:
где kф – коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке lр1. Для нашего случая имеем
Ригель раскреплен по растянутой кромке поэтому коэффициенты jу и jм соответственно следует умножать на коэффициенты Кпn и Кпм.
Определяем коэффициенты:
aр = 133 а отношение так как число закреплений m > 4 тогда
Подставляем полученные значения в формулу
jу×kпN = 0022×92 = 02021;
jМ×kпМ = 0618×3103 = 1918>1. Принимаем jМ×kпМ = 1.
Устойчивость плоской формы деформирования на участке обеспечена.
Поскольку все условия прочности и устойчивости рамы выполняются принимаем исходные сечения как окончательные.
7. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ УЗЛОВ
Максимальная поперечная сила в коньковом узле возникает при несимметричной временной снеговой равномерно распределенной нагрузке на половине пролета которая воспринимается парными накладками на болтах.
Максимальная поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке
где S = 12 55 = 66 кНм – погонная снеговая нагрузка (см. табл. 2).
Определяем усилия действующие на болты присоединяющие накладки к раме:
l2 – расстояние между вторым рядом болтов.
По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями может быть . Мы приняли отношение чтобы получить меньшие значения усилий.
Принимаем диаметр болтов 24 мм и толщину накладок 100 мм. (Толщина накладки примерно должна быть равна половине ширины рамы.)
Несущую способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 900 к волокнам согласно табл. 17 19 [1] находим из условий:
но не более значения
где a – толщина накладки см;
d – диаметр болтов см;
ka – коэффициент зависящий от диаметра болтов и величины угла между направлением усилия и волокнами древесины накладки по табл. 19 [1];
· смятия крайних элементов – накладок с учетом угла между направлением усилия и волокнами древесины рамы (a = 900):
· смятия среднего элемента - рамы с учетом угла между направлением усилия и волокнами древесины рамы ():
где с – ширина среднего элемента – рамы см.
Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов из данных трех условий: тогда необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду
Количество болтов в дальнем от узла ряду:
Расстояние между болтами принимаем по правилам их расстановки по СНиП [5]
l1 ³ 2×7×d =2 х 7 х 2.4 = 336 см принимаем 34 см
тогда расстояние l2 = 3 l1 = 3 34 = 102 см.
Ширину накладки принимаем ³ 10d что равно 240 мм по сортаменту ГОСТ 24454-80* принимаем ширину накладки 250 мм тогда расстояние от края накладки до болтов S2 ³ 3d = 3 × 24 = 72 см » 75 см расстояние между болтами
S3 = bн – 2 × S2 = 25 - 2×75 = 10 см что больше чем S3 ³ 35d = 35×24 = 84 см.
Изгибающий момент в накладках определяется по схеме рис. 8.
Момент инерции одной накладки ослабленной двумя отверстиями диаметр.24 см:
где S3 = 10 см – расстояние между болтами.
Момент сопротивления накладки
Напряжение в накладках
где Rи – расчетное сопротивление древесины изгибу по табл. 3 [1]; Rи = 13 МПа.
Следовательно принимаем 2 болта в первом ряду и 1 болт в крайнем ряду.
Проверку боковых накладок на изгиб не выполняем ввиду очевидного запаса прочности.
Рис. 8. Коньковый узел
Расчет опорного узла производится следующим образом:
Определим усилия действующие в узле:
Опорная площадь колонны:
При этом напряжения смятия sсм составят:
где Rсм = 158 МПа. – расчетное сопротивление древесины смятию (сжатию)
Нижняя часть колонны вставляется в стальной сварной башмак состоящей из диафрагмы воспринимающей распор и двух боковых пластин воспринимающих поперечную силу и стальной плиты – подошвы башмака.
При передаче распора на башмак колонна испытывает сжатие поперек волокон нормативное значение расчетного сопротивления которому определяется по табл. 3 СНиП II-25-80 и для принятого сорта древесины составляет:
Rсм90н = 300 МПа = 03 кНсм2.
Поле деления на коэффициент ответственности сооружения получим расчетное его значение:
= 316 МПа = 0316 кНсм2.
Требуемая высота диафрагмы определяется из условия прочности колонны.
Конструктивно принимаем высоту диафрагмы 20 см.
Определим требуемую толщину d опорной вертикальной диафрагмы рассчитав ее на изгиб как балку частично защемленную на опорах с учетом пластического перераспределения моментов:
Найдем требуемый из условия прочности момент сопротивления сечения. При этом примем что для устройства башмака применяется сталь С235 с расчетным сопротивлением Rу = 230 МПа.
Из выражения для момента сопротивления известной из курса сопротивления материалов находим что:
Принимаем толщину диафрагмы d = 12 см.
Боковые пластины принимаем той же толщины.
Башмак крепим к фундаменту двумя ботами работающими на срез и растяжение.
Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты:
длина плиты принята: lпл = hоп + » 2×5 см = 570 + 250 = 670мм
ширина плиты: bпл = b + 2×10 см = 200 +2 100 = 400мм.
Длина lпл = 670 мм ширина bпл = 400 мм (см. рис. 9) включая зазоры с = 5 мм между боковыми пластинами и рамой по 05 см.
Рис. 9. Опорный узел рамы
Сжимающее усилие передается непосредственно на фундамент. Изгибающий момент передающийся от башмака равен:
Момент сопротивления опорной плоскости башмака составит:
Для устройства фундаментов принимаем бетон класса С1620 имеющий расчетное сопротивление сжатию Rb = 1067 кНсм2.
Сжимающее напряжение под башмаком определим по формуле:
Для крепления башмака к фундаменту принимаем болты диаметром 24 мм [ГОСТ 24379.0-80] имеющие следующие геометрические характеристики:
сечение по стержню Fбр = 452 см2; сечение по нарезке Fнт = 352 см2.
Для того чтобы срез воспринимался полным сечением болта ставим под гайками шайбы толщиной 16 мм.
Анкерные болты работают на растяжение и срез от действия распора.
Определим усилия в болтах:
Растягивающие на один болт:
Напряжение растяжения в пределах нарезки составит:
т.е. условие прочности выполняется.
Напряжение среза определим по формуле:
где Rc – расчетное сопротивление срезу стали класса С235 равное в соответствии с табл. 1[2] 0.58 Ry
Условие прочности анкерных болтов выполняется.
РАСЧЕТ КОЛОННЫ ТОРЦЕВОГО ФАХВЕРКА.
1 Предварительный подбор сечения стойки фахверка
Расчетная длина стойки фахверка в плоскости действия изгибающего момента равна . Относительно оси х при этом для уменьшения сечения стойки между ними посередине высоты вдоль торца предусматриваем ряд горизонтальных распорок тогда . Определим требуемые высоту и ширину сечения стойки:
Для изготовления стоек используются доски шириной 175 и толщиной 40мм. После фрезерования толщина досок составит 40-7=33мм. С учетом принятой толщины досок после фрезерования высота сечения стойки фахверка будет ; ширина стойки фахверка .
2 Определение нагрузок на стойку фахверка
На стойку фахверка действуют нагрузки:
-от стеновых панелей
нагрузка от стеновых панелей приложена
-собственный вес стойки фахверка
Определим ветровую нагрузку.
Нормативное значение ветрового давления по высоте wо = 023 кНм3 для I района
(г. Брест) принимается по таблице 5 [3].
Определим величину эквивалентной равномерно распределенной ветровой нагрузки:
МА=0592×997×9972+(0770-0592)×4972×(2×4973+5)=331кНм
3 Определение усилий в стойке фахверка
Определение изгибающих моментов от ветровой нагрузки:
Максимальный изгибающий момент в стойке возникает при действии активной ветровой нагрузки:
Определяем значение поперечной силы в опорном сечении стойки:
от ветровой нагрузки:
от внецентренно приложенной нагрузки от стен:
4 Расчет стойки фахверка на прочность и устойчивость
Расчетные усилия в стойке фахверка:
Площадь сечения стойки:
Момент сопротивления:
Расчетное сопротивление сжатию: .
Оставляем ранее принятое сечение исходя из необходимости ограничения гибкости.
где 113 согласно табл. Е2[1].
Устойчивость из плоскости колонны обеспечивается за счет стенового ограждения фахверка.
5 Расчет опорного узла стойки фахверка
Проверяем торец стойки фахверка на смятие:
Опорный узел стойки фахверка проектируем аналогично опорному узлу цельнобрусчатой колонны.
Поперечное усилие действующее в опорном сечении стойки:
Стойку фахверка крепим к анкерным полосам при помощи болтов диаметром 16мм.
Рис.11 Опорный узел стойки фахверка
по смятию металла анкерной полосы
Требуемое количество двусрезных болтов диаметром 16мм для крепления стойки фахверка:
Список использованной литературы
СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция. – Москва 2011г. – 65 с.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - Москва “ЦИТП Госстроя СССР ”. 1991г. – 96с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1987. – 34 с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения. – Москва “ЦИТП Госстроя СССР”. 1988. – 8 с.
Изменение N1 СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – Утверждено и введено в действие Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 18 июня 2004г. N166. – 6 с.
Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. – Москва. “Стройиздат”. 1977. – 188с.
Гринь И. М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет: Учебное пособие для строительных вузов и факультетов. – 2-е изд.. Киев. Вища школа. Головное изд-во 1975. – 280 с.
ГоловачВ.Н. ИвановВ.А. Методическое пособие по расчету и конструированию ограждающих конструкций с применением дерева и пластмасс для студентов специальности 1202 – «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения. – Минск. БПИ 1989 – 46с.
Зубарев Г.Н. Бойтемиров Ф.А Головина В.М. под редакцией Хромца Ю.Н. «Конструкции из дерева и пластмасс» Москва 2004.

Курсач дерево.dwg

Совмещенный план здания
Расход древесины на здание
Расход металла на здание
Расход металла на 1м пола
Расход древесины на 1м пола
Элементы сборных конструкций
Спецификация элементов здания
Технико-экономические показатели
Место строительства-г.Минск.
Материал конструкций-сосна плотностью γ=500кгм .
Температурно-влажностной режим эксплуатации-А2.
Расчетная схема балки Б-1
из строганых досок толщиной 33мм.
Дощатоклееные конструкции склеиваются по пласти из отдельных слоев образованных
Клей-фенольно-резорциновый марки ФРФ-50.
Клеедощатые блоки склеивать при температуре t=20°С и под давлением 0
Шероховатость поверхности 100мкм ( 7 по ГОСТ 7016-75).
Для антисептирования деревянных деталей применять кремнофтористый аммоний
КФА по ГОСТ 6-08-2-75. После антисептирования деревянные элементы окрасить
Защиту от коррозии металлических деталей производить масляной краской на
Поверхность деревянных элементов
соприкасающихся с металлом обрабатывать
резинобитумной мастикой "изол" по ТУ 21-27-37-74.
прозрачным огнезащитным составом МПВ-2Д.
для деталей с торцевыми упорами 2мм;
Припуски на обработку черновых заготовок по длине 400мм
Допуски элементов рамы на неточность изготовления:
-по высоте поперечного сечения 2мм;
-по ширине поперечного сечения 3мм.
Ведомость древесины на элемент
Ведомость стали на элемент
Материал конструкций-сосна влажностью не более 12%.
Утеплитель панели-минераловатные плиты γ=120кгм
Обшивка панелей покрытия из березовой фанеры марки ФСФ сорта ВВВ.
Расчетная схема панели П-1
Клеедощатые блоки склеивать при температуре t=20С° и под давлением 0
Расчетная схема рамы Р-1
Двухслойный гидроизоляционный ковер
Клеефанерные плиты покрытия
Балка Б-1;Панель П-1;Колонна К-6;
Рама Р-1; Панель П-1
Производственное здание
Министерство образования РБ. БНТУ
слоя гидроизолционного
Совмещенный план здания.
План связей. Разрезы 1-1
Схема расположения связей
Расход древесины на здание
Расход металла на здание
Обшивка панелей покрытия из березовой фанеры марки ФСФ сорта ВВВ. 2. Материал конструкций - сосна влажностью не более 12%. 3. Утеплитель - минераловатные плиты =120кгм3
= 120мм. 4. Клей - фенольно-резорциновый марки ФРФ-50. 5. Клеедощатые блоки склеивать при температуре t=20 C и под давлением 0
МПа. 6. Дощатоклееные рамыи склеиваются из пластин из отдельных слоев
образованных из строганых досок толщиной после фрезеровки 19 мм.
Расчетная схема рамы Р1
Расчетная схема панели П1
Балка Б1. Колонны К1
Расчетная схема балки Б1
Материал конструкций - древесина сосны влажностью не более 12 % для клееных элементов
для неклееных - не более 20%. 2. Клей - фенольно - резорциновый марки ФРФ - 50. 3. Шероховатость поверхности 100 мкм. 4. Припуски на обработку черновых заготовок по длине - 400мм
по толщине - 7мм. 5. Допуски элементов рамы на неточность изготовления: - по длине: +- 5мм
для деталей с торцевыми упорами: +- 2мм; - по высоте поперечного сечения: +- 2мм; - по ширине поперечного сечения: +- 3мм. 6. Дощатоклееные стойки склеиваются из пластин из отдельных слоев
образованных из строганых досок толщиной после фрезеровки 33 мм. 7. Клеедощатые блоки склеивать при температуре t=20 C и под давлением 0
МПа. 8. Для антисептирования деревянных деталей применять кремнефтористый аммоний КФА по ГОСТ 6-08-2-75. После антисептирования деревянные элементы окрасить прозрачным огнезащитным составом МПВ - 2Д. 9. Защиту от коррозии металлических деталей производить масляной краской на олифе "оксоль". 10. Поверхность деревянных элементов
соприкасающихся с металлом
обрабатывать резинобитумной мастикой "изол" по ТУ 21-27-37-74.
Расчетная схема колонны К1
Расчетная схема колонны К2
Температурно-влажностный режим эксплуатации - А2. 2. Материал конструкций - сосна плотностью р=500 кгм3. 3. Влажность древесины не более 20% - неклееной
не более 12% - клееной. 4. Место строительства - г. Брест.