Расчет деревянного каркаса здания

Титульный лист пояснительной записки ТГТУ. 270800.12 ТЭ-ТЛ.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
Кафедра: «Конструкции зданий и сооружений»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Конструкции из дерева и пластмасс
(учебной дисциплины)
на тему Однопролетное здание с деревянным каркасом
Автор проекта Кузнецов А.В. Группа БСТ-41
(подпись инициалы фамилия)
Специальность 270800 Строительство
(номер наименование)
Обозначение курсового проекта (работы) ТГТУ.270800.12
Руководитель проекта (работы) Мамонтов С.А. .

Пояснительная записка к курсовой работе ТГТУ. 270800.12 ТЭ-ПЗ.doc

Конструктивное решение здания
Расчет дощатого настила и неразрезного прогона
Расчет дощато-гвоздевой балки
Насчет прикрепления колонны к фундаменту
Обеспечение пространственной жесткости здания
Выбор способа монтажа конструкций
В данном курсовом проекте производится расчет основных конструкций деревянного спортивного зала в г. Брянск. Размеры здания в плане 17 х 36 м. Шаг колонн 6 м. Конструкции рассчитываются по данным приведенным в задании.
Проект состоит из 31 стр. пояснительной записки и графической части на одном листе формата А1.
- Размер здания 17х36 м.Тип здания отапливаемое;
- Ограждающая конструкция: дощатый настил размерами 16×150 мм;
- Несущая конструкция : дощато-гвоздевая балка длиной 17 м;
- Колонна составная дощатоклееная;
- Фундамент железо-бетонный марка
- Отметки низа несущих конструкции покрытия (балки) 7м.
Рис. 1. План и разрез здания
Расчет дощатого настила и неразрезного прогона.
Рис. 2. Конструкция дощатого настила
В качестве несущих конструкций покрытия применен дощатый настил по прогонам (рис. 1).
Расчет щита производим на два сочетания нагрузок.
где g – постоянная нагрузка;
S – снеговая нагрузка.
где р=12 кН – монтажная нагрузка.
По первому сочетанию производим расчет на прочность и прогиб по второму – на прочность.
I.Производим расчет на первое сочетание нагрузок. Сбор нагрузок выполним в табличной форме (табл. 1).
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кНм2
Расчетная нагрузка кНм2
Кровля рубероидная трехслойная
Нагрузки на настил кНм2; кНм2.
Рис. 3. Расчетная схема
Определим момент М1:
Определяем напряжение в элементе:
Ru для древесины III сорта при R=13МПа равно:
-коэфициент условий работы
- при ширине досок 100см;
Принимаем по сортаменту доски толщиной 16мм.
Проверяем на прогиб:
где см4 ; Е = 103 кНсм2;
– условие выполнено.
Произведем проверочный расчет настила на действие монтажной груза
При расчете настила на второе сочетание монтажная нагрузка передается на 2 доски шириной 15 см.
P1=12*1*0995=1254 kH
Расчет неразрезных прогонов
Предварительно задаемся собственным весом 1м пог. прогона:
Нормативная составляющая нагрузки на полосу 1м:
Расчетный изгибающий момент:
Задаемся сечением прогонов из двух досок сечением 50х200 мм:
Крайние пролеты усиливаем третьей доской того же сечения.
где см4; Е = 103 кНсм2; .
Расчет гвоздевого стыка:
Принимаем гвозди диаметром 4мм и длинной 100мм.
S1 – расстояние между гвоздями вдоль волокон;
Толщина элементов прогона:
следовательно принимаем 8 гвоздей на стык.
Расчет дощато-гвоздевой балки.
1. Геометрические размеры балки
Высоту сечения в четверти пролета принимаем 18l:
Высоту балки в середине пролета h и на опорах h0 при уклоне верхнего пояса i=1:12 принимаем:
Рис. 4. Дощато-гвоздевая балка
2. Расчет на прочность
Для предварительного расчета задаемся шириной доски для поясов hп=15 см и определяем расстояние между центрами поясов на опоре :
hоп1=hоп - hп=18-015=165 м.
Определяем нагрузку от собственного веса балки.
Нормативная и расчетная нагрузки действующие на 1 пог.м. балки при расстоянии между балками 6 м :
Расстояние х от опоры до наиболее напряженного при изгибе сечения при равномерной нагрузке
Изгибающий момент в сечении х = 721 м.
Расстояние между центрами тяжести поясов в сечении х:
Расчетное усилие в нижнем поясе:
Небходимая площадь сечения брутто нижнего пояса:
где косл=09-коєффициент осдабления растянутых элементов болтами и гвоздями.
Принимаем сечение нижнего поясас из четырех досок ближайших по сортаменту 6х20 см площадью
Для удобства конструирования верхний пояс проектируем также из четырех досок 6х20 см. При этом окончательная высота балки на опоре
hоп1=hоп - hп=18-02=16 м.
Перекрестную стенку балки проектируем из двух слоев досок сечением 25х15см расположенных под углом 450 к нижнему поясу. Ребра жесткости из конструктивных соображений ставим из брусков сечением 10х10 см на расстоянии 170 см что соответствует шагу в 110l.
1. Расчет стыка нижнего пояса
Стык нижнего пояса проектируем посредине пролета и осуществляем его на болтах из круглой стали dб=12 мм с деревянными накладками сечением 4х200 мм и с внутренней прокладкой сечением 5х200 мм.
Определяем несущую способность болта на один срез:
-из условий смятия в среднем элементе
-из условий смятия в крайнем элементе
-из условий изгиба нагеля
Из полученных трех величин принимаем наименьшее т. е.
Растягивающее усилие в середине пролета нижнего пояса балки
где М - изгибающий момент посредине пролета равный
Необходимое количество четырехсрезных болтов получим по формуле
Болты размещаем по одну сторону стыка по 4 болта в ряду с количеством 244=6 рядов.
В соответствии с правилами размещения болтов принимаем:
расстояние между болтами вдоль волокон s1=10 см >7d=7х12=84 см; поперек волокон - s2=10 см >35d=35х12=42 см. Расстояние от кромки накладки поперек волокон s3=4 см >3d=3х12=36 см.
Таким образом длина накладки выразится
s=s1х6х4=10х6х4=240см.
2. Проверка прочности принятых сечений
Проверяем прочность сечения нижнего пояса по крайнему ряду болтов на расстоянии от опоры
Изгибающий момент в этом сечении
Расстояние между осями поясов в этом сечении
Площадь сечения нетто нижнего пояса
Несущая способность нижнего пояса
3. Расчет гвоздей для крепления поясов
Для расчета гвоздей всю длину балки разбиваем на три зоны гвоздевого забоя: первые две зоны- на первых панелях от опоры длиной по 170см вторые зоны- на вторых панелях от опоры также по 170 см и третья зона- на остальном участке длиной 3х170=510см.
Зона I. Расстояние середины зоны от опоры
Поперечная сила в этом сечении
Расстояние между центрами поясов
Продольное усилие в нижнем поясе
Принимаем длину гвоздя равную:
где n = 3 – количество швов в пакете досок нижнего пояса с зазором в каждом шве 2 мм; а – толщина поясных досок; с – толщина досок перекрестной стенки; d – диаметр гвоздя.
Принимаем lгв=200мм.
Определим несущую способность гвоздя на один срез:
- из условий смятия в средних элементах
-из условий смятия в крайних элементах
Гвоздь работает на два среза. Несущая способность двухсрезного гвоздя
Необходимое количество гвоздей для зоны I
Принимаем шаг гвоздей в соответствии с правилом размещения их вдоль волокон s1=10 см >15d=15х05=75 см и забивая гвозди по 4 в ряд получим:
Зона II. Расстояние середины зоны от опоры
х1I=1702+170=255 см.
Необходимое количество гвоздей для зоны II
Принимаем шаг гвоздей в соответствии с правилом размещения их вдоль волокон sII=10 см и забивая гвозди по 4 в ряд получим:
Зона III. Расстояние от опоры до середины III зоны
хIII=170х2+1702=425 см.
Принимаем шаг гвоздей в соответствии с правилом размещения их вдоль волокон sIII=340 см и забивая гвозди по 3 в ряд получим:
4. Конструкции опорного и конькового узлов
Опорный узел балки выполняется с помощью прокладок и стоек с двух сторон из досок 6х20 см скрепленных между собой гвоздями dгв=5 мм длинной lгв=250 мм и шестью болтами dгв=12 мм.
Стык верхнего пояса выполняется на накладках из досок толщиной 6 см шириной 20 см скрепленных четырьмя болтами dб=12 мм - по два болта с каждой стороны.
Рис. 5. Опорный и коньковый узел
Проверка устойчивости балки
Проводим проверку устойчивости стенки из плоскости балки в середине опорной панели.
Усилие приходящееся на одну доску при угле уклона досок 450:
где d=15см- ширина доски перекрестной стенки.
Проверка балки на жесткость
Проверку балки на жесткость производим по моменту инерции
Прогиб балки определяем по формуле
Относительный прогиб
Стеновые панели клеефанерные трехслойные общей толщиной (с обшивками) 210 мм.панели 31 кгм2. Расчетная нагрузка от панелей 0346 кНм2 площади стены. Дощато-гвоздевые балки покрытия шириной 290 мм высотой на опоре 1800 мм. Колонны проектируют из пиломатериалов хвойных пород (сосна) . Древесина третьего coрта для колонн.
Предварительный подбор сечения колонн. Предельная Гибкость для колонн равна 12О. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью l= 1ОО. Тогда при l= 1ОО и распорках располагаемых по верху колонн. При высоте здания Н = 7 м получим
hк =H13 = 713 = 0461м; bк = H29 = 629 = 0206 м.
Принимаем что для изготовления колонн используют доски шириной 225 и толщиной 40 мм. После фрезерования (острожки) толщина досок составит 33 мм. Ширина колонны после фрезерования (острожки) заготовочных блоков по пласти будет 225-15 = 210 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет hк = 14*33=462 мм; bк = 210мм.
1Определение усилий.
Определение нагрузок на колонну. Сбор нагрузок.
Расчетная схема рамы приведена на рис.3.
Рис. 6. Расчетная схема рамы
Определим действующие на колонну расчетные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Подсчет нагрузок горизонтальной проекции дан в табл. 3. Нагрузки на колонну:
от ограждающих конструкций покрытия:
от веса ригеля (в данном случае фермы):
Нагрузка на колонну от стен:
С небольшой погрешностью можно упростить схему распределения k по высоте.
Определяем горизонтальные нагрузки действующие на раму с учетом шага S = 6 м (см. табл.3).
Сбор нагрузки на колонну
Нормативная нагрузка
рубероидная трехслойная
Б)Собственный вес балки
(клеефанерные панели)
Снеговая нагрузка III снеговой р-он:
Б)Ветровая нагрузка
Для здания размером в плане 37*17м
следовательно се3 = -05.
Для упрощения определения изгибающих моментов считаем силу приложенной с эксцентриситетом на высоте равной Н2.
Ветровая нагрузка передаваемая от покрытия расположенного вне колонны:
Определение усилий в колоннах. Поперечную раму однопролетного здания состоящую из двух колонн жестко защемленных в фундаментах и шарнирно соединенных с ригелем в виде балки рассчитывают на вертикальные и горизонтальные нагрузки (рис. 3). Она является однажды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля (условное допущение) за лишнее неизвестное удобство принять продольное усилие в ригеле которое определяют по известным правилам строительной механики.
Определение изгибающих моментов (без учета коэффициента сочетаний):
от ветровой нагрузки: усилие в ригеле
изгибающий момент в уровне верха фундамента:
От внецентренного приложения нагрузки от стен: эксцентриситет приложения нагрузки от стен
изгибающий момент действующий на стойку рамы:
усилие в ригеле (усилие растяжения):
изгибающие моменты в уровне верха фундамента:
Определение поперечных сил (без учета коэф. сочетаний):
от ветровой нагрузки
от внецентренного приложения нагрузки от стен
2 Расчетные сочетания нагрузки
Определение усилий в колоннах с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний:
Первое сочетание нагрузок
Моменты на уровне верха фундаментов:
Для расчета колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения: М = Млев = 2677 кН·м; N= 1255 кН.
Второе сочетание нагрузок (при одной временной нагрузке коэффициент не учитывается).
Третье сочетание нагрузок (коэффициент- не учитывается так как одна временная нагрузка) :
изгибающие моменты в уровне фундамента:
Нормальную силу (продольную силу) определяют при gf = 09
Расчет колонн на прочность по нормальным напряжениям и на устойчивость плоской формы деформирования. Расчет проводится на действие N и М при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле приведенной в п 4.16 СНиП II-25-80:
Приближенно площадь определяем по формуле :
Где расчетная длина (в плоскости рамы)
Принимаем что для изготовления колонн используют доски шириной 250 и толщиной 40 мм. После фрезерования (острожки) толщина досок составит 33 мм. Ширина колонны после фрезерования (острожки) заготовочных блоков по пласти будет 250-6 = 244 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет Нк = 33*16=528мм; bк = 244мм.
Площадь сечения колонны
Момент сопротивления
При древесине третьего сорта и при
принятых размерах сечения по табл. 3
СНиП II-25-80: Rи =14 МПа;
С учетом тn mсл = 1 mб = 096 mв = 09 и коэффициента надежности gп = 095 получим
Rи =14*096*09*1095=1273 МПа;
Здесь и далее при расчете на прочность и устойчивость в формулах проверки удобно значения N и Q записывать в МН а значение М в МН·м.
При эпюре моментов треугольного очертания (см. п. 4.17 СНиП П-25-80) поправочный коэффициент к x
kн= ан+x(1-ан)=122+0898(1-122)=102.
В данном случае эпюра момента близка к треугольной:
Оставляем ранее принятое сечение исходя из необходимости ограничения гибкости.
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле (33) СНиП II-25-80. Принимаем что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн. Тогда.
показатель степени п =2 как для элементов не имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования:
Применительно к эпюре моментов треугольного очертания (см табл. 2. прил. 4 СНиП II-25-80) :
kф=175-075d=175; d =0 так как момент в верхней части колонны
Следовательно устойчивость обеспечена.
Расчет на устойчивость из плоскости как центрально сжатого стержня j - 0569 (см. расчет на устойчивость плоской формы деформирования); N = 7447 (для второго сочетания нагрузок):
устойчивость обеспечена.
1Расчет базы колонн .
Конструкция крепления колонн к фундаменту показана на рис. Башмаки заанкерены двумя болтами работающими на растяжение и срез . Сжимающие усилия передаются непосредственно на фундамент через торец колонны.
Составляем сочетания расчетных усилий вызывающих наибольшие растягивающие усилия в анкерных болтах .
Наибольшие усилия дают сочетание 3 .
Строим эпюры напряжений для торца колонны .
-Я комбинация дает следующие краевые напряжение :
Положение нулевой точки в эпюре напряжений :
Расстояние от оси анкерных болтов до центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений в торце колонны.
Расстояние от оси сечения колонн до центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжения
Усилие действующее на анкерных болты в зоне I (внешняя зона):
Аналогично найдем NII для второго сочетания :
Усилие действующее на анкерных болты в зоне I (внутреняя зона):
Требуеммая площадь сечения FНТ анкерных болтов для внешней зоны
Принимаем анкерные болты d = 64мм из стали марки ВСт3кп2
FHT = 252 cм2 > 2281cм2
Требуемая площадь сечения FНТ анкерных болтов для внутренней зоны :
Принимаем анкерные также d = 64мм из стали марки ВСт3кп2
FHT = 252 cм2 > 2026 cм2
Определяем толщину опорной плиты башмака рассматривая ее как опертую на три канта от нагрузки для 1-ой комбинации усилий .
Находим среднее удельное давление на плиту:
Расчетный изгибающий момент :
Принимаем толщину плиты конструктивно равно 2см .
Требуемая длина швов толщиной hш = 6 мм для крепления ребер жесткости
Из условий прикрепления высоту ребер принимаем конструктивно .
Задаваясь диаметром болтов d = 16мм с Тнт = 08ad = 08*244*16=3123(кН)
Принимаем конструктивно 6 болтов для каждой зоны .
Проверяем траверсы на растяжение по ослабленному болтами сечению
Fнт = Fбр – Fосл = 18x1-2x16x1 = 149 см2
Плоские конструкции образующие каркас здания соединяются между собой связями обеспечивающими пространственную жесткость и надежное восприятие внешних сил любого направления.
Стойки поперечных рам соединены с фундаментами и конструкциями шарнирно покрытие жесткий диск передающий горизонтальные усилия на жесткие торцевые стены расстояние которми не превышает 17м.
В качестве связей принимаю связевую систему с плитами и металлическими крестовыми связями .
Поперечная устойчивость здания при надежном соединении колонн с фундаментом обеспечивается самими колоннами рассчитанными на восприятие горизонтальных нагрузок.
Выбор способа монтажа основных несущих конструкций
Перед установкой несущих конструкций в проектное положение производят их сборку. При частичной сборке на заводе-изготовителе операция окончательной сборки совмещается с монтажом. Сборку конструкции доставленной к месту строительства в виде отдельных деталей производят на горизонтальной ровной площадке в последовательности указанной в рабочих чертежах. Собранные конструкции хранят в вертикальном положении предохраняя их от грунтовой и атмосферной влаги.
Подъем конструкций после сборкити при монтаже должен производиться с помощью траверс и стяжек обеспечивающих ее целостность. Перед подъемом все соединения (болтывинтыстяжкиупоры) должны быть тщательно подогнаны и затянуты.
Несущие деревянные конструкции по мере их установки в проектное положение должны быть сразу закреплены постоянными связями и
ограждающими конструкциями (прогонами настилами). Первая конструкция после установки закрепляется временными растяжками или другими приспособлениями.
Пособие по проектировани деревянных конструкцийЦНИИСК им. Кучеренко.-М.:Стройиздат1986.-216с.
.Деревянные конструкция. Нормы проектирования: СНиП II-25-80.-М.: Стройиздат1982.-64с.
Нагрузки и воздействия: СНиП 2.01.07-85.-М.:ЦИТП Госстроя СССР.1986.-36с.
Проектирование и расчет деревянных конструкций.Справочник И.М. Гриня В.В. Фурсов Д.М. Бабушкин и др.-Липецк2005.-240с.
Построечные деревянные конструкции:Учебное пособиеЯрцев В.П.-Московкий ин-т химич. Машин. М.:1988-88с.
Металлические конструкции В.К. Файбишенко.-М.: Стройиздат1984.336 с.
.Индустриальные конструкции из дерева и пластмасс. Метод. Указ. Сост. Ярцев В.П.– Тамбов:ТИХМ1986г

Электронный чертеж общего вида ТГТУ. 270800.12 Д2-ВО1.dwg

схема вертикальных св.
Спортивный зал в г. Брянске
КП "Конструкции из дерева и пластмасс
Прогоны с шагом 1000
Схема.верт.связей M 1:250
Спецификация металла
дощатый настил по прогонам
Дощато-гвоздевая балка Б1 M 1:25
Неразрезной прогон П1 M 1:25
Спецификация деревянных элементов