Расчет конструкций деревянных каркасных зданий

Moy_DK66.docx

Кафедра металлических и
деревянных конструкций
Расчет конструкций каркасных деревянных зданий.
Студент гр. 624з шифр 210166
Исходные данные для проектирования3
Расчет двойного дощатого настила.4
Расчет разрезного прогона на косой изгиб.7
Расчет и конструирование клеефанерной двускатной балки с плоскими стенками.11
Расчет и конструирование основной стойки каркаса.19
1.Статический расчет.19
2.Конструктивный расчет.22
3.Расчет узла защемления стойки в фундамент.24
Расчет торцевого фахверка.26
Список литературы.28
Исходные данные для проектирования
Место строительства: г. Баку
Снеговая нагрузка: 08 кПа; (I снеговой район)
Ветровая нагрузка: 060 кПа; (V ветровой район)
Тип покрытия: прогонный;
Высота здания от уровня пола до низа несущих конструкции покрытия H=40м;
Шаг конструкции вдоль здания B=5м;
Склад предназначен для хранения нерудных материалов. Помещение склада неотапливаемое. Ворота устроены в торцевых и одной продольной стенах. Склад обслуживается тельфером грузоподъемностью Q=3т собственный вес тельфера 05т.
Расчет двойного дощатого настила.
Поскольку здание неотапливаемое проектируем двойной дощатый настил под холодную рулонную кровлю. Уклон кровли 005 () шаг стропильных конструкции 4 5м. Температурно влажностные условия эксплуатации Б1. Шаг прогонов 15м.
Двойной дощатый настил состоит из нижнего разряженного рабочего настила ( доски сечением согласно сортаменту пиломатериалов ГОСТ 8486-86*Е уложенные с зазором ) и верхнего сплошного защитного косого настила толщиной .
Для сжатой кровли расчет произведем только на нормальную составляющую нагрузки так как при уклоне 005 угол наклона . Угол наклона кровли в виду его незначительности при расчете настила во внимание не принимаем тогда:
Согласно приложению 5 к таблице 3 СНиП II-25-80 расчетное сопротивление для древесины третьего сорта принимаем равным при изгибе . Расчет настила ведем для полосы шириной
Произведем подсчет нагрузок на 1 п. м. для расчетной полосы настила.
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности
Расчетная нагрузка кНм2
Трехслойный рубероидный ковер
Итого постоянная нагрузка
Настил рассчитываем как двух-пролетную балку на два сочетания нагрузок:
На равномерно распределенную нагрузку от собственного веса g и снега p – на прочность и по деформациям.
Расчетная равномерно распределенная нагрузка нормативная
На равномерно распределенную нагрузку от собственного веса g и сосредоточенную силу P – только на прочность.
Нагрузка от веса настила равна . Нормативное значение сосредоточенной силы коэффициент надежности по нагрузке то есть .
Ввиду наличия защитного настила действие сосредоточенного груза P от веса человека с инструментом считаем распределенным на ширину 05м рабочего настила. Тогда расчетная сосредоточенная нагрузка будет равна
Проверка рабочего настила на прочность.
Проверка на прочность на первое сочетание нагрузок ведется по формуле
Где M – максимальный изгибающий момент;
W – момент сопротивления поперечного сечения;
-расчетное сопротивление древесины изгибу;
– коэффициенты учитывающие температурно – влажностный режим эксплуатации. При условиях эксплуатации Б1 .
Максимальные изгибающие моменты для первого сочетания нагрузок
Момент сопротивления настила:
Принятая высота сечения 25мм удовлетворяет условиям прочности.
Расчет прочности для второго сочетания нагрузок производится по формуле
– коэффициент учитывающий кратковременность действия сосредоточенной нагрузки.
Согласно п.3.1г СНиП II-25-80 расчетное сопротивление необходимо умножать на коэффициент при учете временных нагрузок (ветровой монтажной и гололедной) т.е.
Для второго сочетания нагрузок
Прочность обеспечена.
Проверка рабочего настила по деформациям.
Момент инерции настила:
Условие выполняется.
Расчет разрезного прогона на косой изгиб.
Принимаем разрезные прогоны из бруса II сорта размерами согласно сортаменту. При уклоне кровли 005
Согласно п. 3.1. таблицы 3 СНиП II-25-80 расчетное сопротивление для древесины второго сорта прямоугольного сечения с шириной свыше 11 до 13 см при высоте сечения свыше 11 до 50 см принимаем равным при изгибе . Модуль упругости древесины
Сбор нагрузок на 1м2 покрытия.
Полная нагрузка на 1 п. м. при шаге прогонов 1.5 м:
При расчете прогона будем иметь ввиду что прогон работает на косой изгиб.
Расчетная нагрузка и изгибающий момент при :
Нормативная нагрузка при :
Геометрические характеристики сечения:
Расчет по первому предельному состоянию.
условие выполняется.
Расчет по второму предельному состоянию.
Ввиду большого запаса прочности уменьшаем сечение и принимаем разрезные прогоны из бруса II сорта размерами согласно сортаменту.
Сбор нагрузок выполним аналогично поменяв лишь собственный вес прогона:
Нормативная нагрузка от прогона:
Расчетная нагрузка равна
Окончательно принимаем сечение 100х150мм:
Расчет и конструирование клеефанерной двускатной балки с плоскими стенками.
1Статический расчет.
В качестве покрытия проектируем клеефанерную двускатную балку двутаврово-коробчатого сечения пролетом L=17.6м с уклоном скатов 0.05. Класс ответственности здания II(нормальный)
Сбор нагрузок на 1м2 балки покрытия.
Также к временным нагрузкам относится нагрузка от подвесного транспорта тельфера грузоподъемностью 30 кН и собственным весом 5 кН. Обозначим эту нагрузку как P.
Расчетные нагрузки: распределенная
Нормативные нагрузки: распределенная
Материалы: для поясов – сосновые доски 52х190мм ( после фрезерования пластей заготовок 60х200) В местах склеивания с фанерными стенками устраиваются пропилы 5х45мм. В растянутых поясах используется пиломатериал 2-го сорта в сжатых поясах 3-го сорта. Для стенок применяется березовая фанера марки ФСФ сорта ВВВ толщиной 12мм.
Доски поясов стыкуются по длине на зубчатый шип фанерные стенки «на ус». Высоту поперечного сечения в середине пролета принимаем
Высота опорного сечения
Расстояние между центрами поясов в опорном сечении
Расчетное сечение располагается на расстоянии «х» от опорного сечения которое для симметрично нагруженной балки определяется по формуле: где
Высота балки в сечении «х»: 53
Изгибающий момент в расчетном сечении «х»:
Требуемый момент сопротивления приведенный к древесине:
Фактический момент инерции и момент сопротивления расчетного сечения приведенные к древесине равны:
Где количество досок в поясе.
количество фанерных стенок.
коэффициент учитывающий повышение модуля упругости фанеры при изгибе в плоскости листа.
коэффициент приведения.
2Конструктивный расчет.
Расчет по первой группе предельных состояний (несущей способности и устойчивости)
1. Расчет по краевым нормальным напряжениям в расчетном сечении х=588м.
1.1.Расчет фанерной стенки на прочность при растяжении
Где коэффициент учитывающий снижение прочности в стыках фанеры на «ус».
1.2.Расчет сжатого пояса на устойчивость из плоскости изгиба.
Принимая раскрепление сжатого пояса через 15м(прогонами) определим его гибкость из плоскости балки
Следовательно согласно п. 4.3. СНиП II-25-80:
Напряжение сжатия в верхнем поясе
2. Проверка фанерной стенки по главным напряжениям (в зоне первого от опоры стыка на расстоянии
Изгибающий момент для этого сечения
Момент инерции и статический момент на уровне внутренней кромки растянутого пояса Z-Z приведенные к фанере равны:
Нормальные и касательные напряжения в стенке на уровне Z-Z.
По рис.17 СНиП II-25-80:
Главные растягивающие напряжения
Так как проверка не выполняется крайнюю фанерную стенку необходимо усилить наклонным ребром жесткости такого же сечения как и ребра располагаемые по длине балки.
3. Проверка местной устойчивости фанерной стенки.
3.1.В опорной панели.
Длина опорной панели а=13м (расстояние между ребрами в свету принятое с учетом размеров фанерного листа 15х15 и длины усового стыка). Расстояние расчетного сечения от оси опоры высота фанерной стенки в расчетном сечении:
Так как необходимо произвести проверку устойчивости фанерной стенки (п.4.30 СНиП II-25-80).
По рисункам 18 и 19 СНиП II-25-80 определим:
Расчетная высота стенки: так как
Устойчивость стенки обеспечена.
3.2.В расчетном сечении с максимальными напряжениями изгиба (х=м) при:
4. Проверка фанерной стенки в опорном сечении по нейтральной оси.
Поперечная сила на опоре
Момент инерции опорного сечения приведенный к фанере:
Статический момент сечения приведенный к фанере:
Выполним проверку стенки на срез по нейтральной оси:
5. Проверка на скалывание по клеевым швам в местах приклейки стенок к поясам:
количество клеевых швов.
Расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям)
Предварительно вычислим коэффициенты учитывающие переменность высоты сечения (k) и влияние деформации сдвига от поперечной силы (с) по прил. 4 табл.3[5].
Для расчета по второй группе предельных состоянии вычислим погонную нормативную распределенную нагрузку:
Предельный прогиб по [1] табл.15 будет равен
Расчет и конструирование основной стойки каркаса.
Статический расчет стоек заключается в расчете один раз статически неопределимой системы.
Постоянные расчетные нагрузки на раму:
- от веса балки покрытия
- от веса стенового ограждения (
Ветровая нагрузка в СП 20.13330.2011 представленная виде двух составляющих – средней статической соответствующей установившемуся скоростному напору ветра и пульсационной динамической. Исходя из того что здание в проекте по высоте менее 10 м и при отношении высоты к пролету менее 15 динамическую составляющую можно не учитывать.
Где 0 – нормативное значение ветрового давления зависит для района строительства. г. Баку относится к V ветровому району строительства; k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте и тип местности в курсовом проекте принимается тип местности В; с – аэродинамический коэффициент для наветренной стороны с=08 для отсоса с=06; γf-коэффициент надежности по ветровой нагрузке равный 14.
Расчетная ветровая нагрузка на раму от покрытия:
тогда по таблице 11.2 СП 20.13330.2011 получим k(532)= 065.
Активная нагрузка с наветренной стороны
Пассивная нагрузка с подветренной стороны
Ветровую нагрузку от участка стены выше верха стоек заменяем сосредоточенной горизонтальной силой
Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены:
тогда по таблице 11.2 СП 20.13330.2011 получим k(5)=05.
Расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия равно
Где S0 – вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли принимаемый по нормам в зависимости от снегового района. г. Одесса относится к I снеговому району;
– коэффициент учитывающий профиль покрытия: для одно- и двускатной кровли при α=25% = 1.
Снеговая расчетная нагрузка на верх колонны
Нагрузка от тельфера.
Постоянные нагрузки.
Постоянная расчетная нагрузка на стойку от вышележащих конструкции
Собственный вес стойки определим задавшись предварительными размерами ее сечения; высота сечения Принимаем сечение стойки состоящее из 9 слоев досок толщиной 33мм тогда . Ширину сечения колонны принимаем равной ( после фрезерования боковых поверхностей колонны склеенной из досок шириной 180мм). Собственные вес стойки:
Где ; плотность древесины сосны.
Расчетная нагрузка от стенового ограждения распределенная по вертикали с учетом элементов крепления (15% от веса стенового ограждения)
Эксцентриситет приложения нагрузки от стены на стойку принимаем равным полусумме высот сечений стойки и стены:
Определим усилия в стойках рамы приняв следующие сочетания нагрузок: постоянная снеговая ветровая и крановая. Рама является один раз статически неопределимой системой за неизвестное усилие принимается продольное усилие X в ригеле:
Внутренние усилия в сечениях стойки от верха (x=0м) до заделки на опоре ( определим по формулам:
Изгибающие моменты в левой и правой стойках.
Где коэффициенты сочетаний вводимые для кратковременных нагрузок – снеговой ветровой и крановой.
Усилия в левой и правой стойках на уровне заделки составляют:
Усилие в остальных расчетных точках сведены в таблицу.
В плоскости рамы стойка работает как защемленная на опоре вертикальная консоль в условиях сжатия с изгибом. Из плоскости рамы стойка представляет собой стержень с неподвижными шарнирами на концах.
Сечение стойки имеет размеры 160х297мм тогда:
В плоскости рамы расчет стойки производится как сжато-изгибаемого элемента. Определим гибкость стойки в плоскости изгиба считая что в здании отсутствуют жесткие торцевые стены.
По формуле (30)[1] вычислим коэффициент
для древесины 2-го сорта. Расчетное сопротивление умножаем на коэффициент условия работы по табл. 6[1] поскольку конструкцию мы рассчитываем с учетом воздействия ветровой нагрузки. Коэффициенты и в нашем случае равны 10.
Расчет стойки на прочность производим по формуле:
Из плоскости рамы колонну рассчитываем как центрально сжатый элемент. Расстояние между узлами вертикальных связей устанавливаем по предельной гибкости
Следовательно достаточно раскрепить стойку по ее верху тогда
Проверку устойчивости плоской формы деформирования производим по формуле:
Где расстояние между точками закрепления стойки из плоскости изгиба; коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке (табл.2. Прилож.4[1]).
Следовательно устойчивость стойки обеспечена.
3Расчет узла защемления стойки в фундамент.
Конструкцию узла защемления стойки принимаем как на рисунке. Узел предложен в НГАСУ(Сибстрин). Расчет узла выполним в следующем порядке:
Определим требуемый момент сопротивления швеллеров по формуле
где расчетное сопротивление стали.
По ГОСТ 8240-72 выбираем швеллера с таким расчетом чтобы выполнялось условие такими швеллерами будут №14 с и .
Назначаем расстояние между осями тяжей
Из условия чтобы было не менее 01H и не менее 2h с округлением кратным 50мм в большую сторону. Принимаем .
Произведем проверку сечения стойки на скалывание при изгибе по формуле:
Где расчетная поперечная сила определяемая из выражения:
поперечная сила в стойке на уровне верхних тяжей.
Определим усилие действующее в тяжах и сминающее поперек волокон древесину стойки под планками.
Определим площадь сечения одного стального тяжа в ослабленном сечении.
Где коэффициент учитывающий влияние нарезки;
коэффициент учитывающий возможную неравномерность распределения усилий в двойных тяжах.
Принимаем тяжи диаметром .
Определим ширину планок из условия
Принимаем ширину планок равной 008м.
Определим толщину планок из расчета их на изгиб как однопролетные свободно опертые балки загруженные равномерно распределенной нагрузкой с расчетным пролетом равным расстоянию между осями тяжей
Где диаметр тяжей; толщина стенки швеллера.
Расчетный изгибающий момент:
Толщину планок определяем по формуле:
Принимаем планку в соответствие с сортаментом
Расчет торцевого фахверка.
Фахверк является несущим элементом торцевой стены. Фахверк несет вертикальную нагрузку от массы ограждающих конструкций воспринимает горизонтальную ветровую нагрузку.
Расчет стойки фахверка произведем как сжато-изогнутых элементов в которых изгибающий момент вызван горизонтальной ветровой нагрузкой а продольная сила – нагрузкой от собственной массы стойки стенового ограждения. Изгибающий момент вычислим как для однопролетной балки с шарнирным опиранием концов.
При пролете 178м примем фахверковые стойки с шагом 58 и 6м следовательно B=44м.
Собственный вес стойки определим задавшись предварительными размерами ее сечения; высота сечения . Ширину сечения колонны принимаем равной . Собственные вес стойки:
Максимальная ветровая нагрузка действует с наветренной стороны:
Сечение стойки имеет размеры 100х200мм тогда:
СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. – М:Стройиздат 1983.-31с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. – М:Стройиздат 1986.-60с.
СНиП II-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования. – М:Стройиздат 1982.-93с
Пособие по проектированию деревянных конструкций ( к СНиП II-25-80)ЦНИИСК им. Кучеренко М.: Стройиздат 1986.-216с.
Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных конструкций ЦНИИСК им. Кучеренко М.: Стройиздат 1982.-79с.
Дмитриев П. А. Деревянные балки и балочные клетки: Учебное пособие.-Новосибирск: НИСИ 1989 -161с
Проектирование индустриальных клееных деревянных конструкции: Учебное пособие П.А. Дмитриев и др.-Новосибирск: Изд. НИСИ им. В. В. Куйбышева 1983.-81с.
Шмидт А. Б. 15 примеров расчета деревянных конструкций: Учебное пособие – Барнаул: Изд. АлтГТУ им. И. И. Ползунова 1997-86с
Прижукова Е. Л. Примеры расчета ограждающих конструкций каркасных деревянных зданий. Методические указания - Новосибирск: НГАСУ(Сибстрин)2014-40с.

DK_Moy66_2016.dwg

Рабочий настил 150х25
Защитный настил 100х16
Место строительства - г. Одесса 2. Все элементы каркаса
кроме клееных выполнить из древесины сосны или ели 2-го сорта по ГОСТ 8486-66*
с влажностью не более 20%
типоразмеры по ГОСТ 24454-80Е 3. Для клееных конструкций применять древесину сосны или ели с влажностью 10%
отвечающую требованиям по качеству ГОСТ 8486-66* 4. Стальные элементы и детали изготавливать из стали С245 по ГОСТ 27772-88 5. Фундаменты и цокольные плиты выполнить из бетона марки В20 по ГОСТ 10180-78. 6. Кровлю выполнить из 2-х слоев подкладочного рубероида марки РПМ-300А и 1-го слоя кровельного рубероида марки РКК-400А по ГОСТ 10923-76 7. Для склеивания клееных элементов использовать клей марки ФР-100 по ТУ 6-05-1638-78. 8. Гвоздевые соединения выполнить с применением строительных гвоздей по ГОСТ 4028-63. 9. Элементы каркаса из цельной древесины обработать защитным составом марки ББ-11 по ГОСТ 14647-79
из клееной покрасить эмалью ПФ115 по ГОСТ 6465-76* 10.Защиту металлических деталей и элементов от коррозии осуществить путем окраски суриком за два раза. 11. Для гидроизоляции поверхности фундамента и цоколя окрасить горячей битумной мастикой за два раза.
Одноэтажное промышленное здание в г. Одесса
Схемы расположения элементов покрытия
поперечный и продольный разрез
Схема расположения элементов покрытия М1:200
Одноэтажное промышленное здание в г. Баку
Поперечная рама. М1:50