Расчет одноэтажного промышленного здания из деревянных конструкций

КП_1_деревянные конструкции.doc

Расчет покрытия по прогонам
1 Расчет рабочего настила
Расчет стыка прогона
Расчет клеефанерной балки коробчатого сечения
1 Определение нагрузок действующих на балку
2 Конструктивный расчет балки
3 Статический расчет балки
Определение нагрузок на несущие конструкции поперечной рамы здания
Расчет клееной стойки
1 Определение размеров сечения
2 Статический расчет клееной стойки
Расчет оголовка колонны
Расчет узла крепления стойки к фундаменту
Район строительства – Чита (I II)
Тип кровли – холодная по прогонам
Пролет здания L м – 140
Конструкция стойки – клееная
Высота стойки Н м – 42
Шаг поперечных рам Т м – 50
Длина здания 9xТ м – 9x50
Порода древесины – дуб
Тип стропильной балки – клеефанерная коробчатого сечения
Покрытие по прогонам имеет следующую конструкцию (рис. 1) и применяется для неотапливаемых зданий (холодная кровля).
Рис. 1. Покрытие по прогонам с рулонной кровлей:
-рубероидная кровля;
-сплошной дощатый настил;
-рабочий разреженный настил;
Количество слоев в рубероидной кровли принимаем три величина уклона i= 10%.
Сбор нагрузок на покрытие таблица 1
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по
Рубероидная трех слойная кровля
Сплошной защитный настил из досок =16 мм
Нагрузка от собственного веса защитного настила =16 мм:
где - плотность древесины (дуба) принимается по приложению 3
= 0016 ·700=0112 кНм2
Нагрузка от собственного веса рабочего настила принимается равной нагрузке от собственного веса защитного настила.
При расчете настила по прочности и прогибу рассматриваются два сочетания нагрузок:
-е сочетание – постоянная нагрузка и временная;
-е сочетание – постоянная нагрузка и сосредоточенный груз P = 12 кН (средний вес человека с ящиком инструментов).
Условно вырезается полоса настила шириной 1 м с учетом всех входящих в нее досок. Эта условная полоса рассматривается как балка с рабочей шириной равной суммарной ширине всех досок настила входящих в полосу и с высотой равной толщине рабочего настила (предварительно назначаем 25 мм). Опорами этой балки являются прогоны. Нагрузка подсчитанная на 1 м2 поверхности покрытия численно равна нагрузке распределенной по длине данной условной балки.
При двух настилах (рабочем и защитном) сосредоточенный груз принимается распределенным на ширину 05 м рабочего настила и следовательно на условную балку шириной 1 м будет действовать груз 2Р.
Настил рассчитывается по двухпролетной неразрезной схеме (рис. 2) с пролетами равными расстоянию между прогонами l которое назначается в диапазоне 1 2 м (принимаем l = 1 м).
Рис. 2. Схема загружения двухслойного дощатого настила
Вертикальные силы при наклонной кровле раскладываются на нормальные и параллельные скату. При сплошном двойном настиле параллельной составляющей пренебрегают а сам настил вместе с действующими на него нагрузками приводят к горизонтальной проекции. На рис. 3 показана схема настила при первом сочетании нагрузок.
Рис. 3. Схема настила при первом сочетании нагрузок
При таком загружении максимальный изгибающий момент будет в сечении балки над промежуточной опорой а величина его равна:
Требуемый момент сопротивления сечения балки:
где - расчетное сопротивление древесины изгибу принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
5 - коэффициент завышения расчетного сопротивления поскольку настил относится к неответственным конструкциям и на его изготовление идет древесина наиболее низкого качества 3-го сорта.
Для рабочего настила задавшись сечением досок bхhн=10х25 см определяем требуемую ширину досок на полосе 1 м:
Определяем шаг постановки:
Величина зазора между досками должна быть не менее 3 см.
Получаем сечение рабочего настила (рис. 4).
Рис. 4. Сечение рабочего настила
Проверка прочности настила при втором сочетании нагрузок.
Расчетная схема настила при втором сочетании нагрузок показана
Рис. 5. Расчетная схема настила при втором сочетании нагрузок
Наибольший изгибающий момент будет в сечении непосредственно под силой Р на расстоянии 0432lo от левой опоры:
Фактический момент сопротивления сечения настила:
где - общая ширина досок на полосе 1 м;
- толщина досок рабочего настила.
Проверка прочности производится по формуле:
Кратковременность действия нагрузки P (вес человека с инструментом) учитывается в расчете путем введения в правую часть выражения дополнительного повышающего коэффициента 12. По этой же причине проверка жесткости настила при втором сочетании нагрузок не производится а расчет ведется только для первого сочетания.
МПа – условие не выполняется
принимаем 3 доски n=3
увеличиваем толщину досок рабочего настила hн=32 см
МПа – условие выполняется
принимаем 2 доски n=2
МПа – условие выполняется т.к. перенапряжение составляет 0655%.
Момент инерции сечения настила:
Проверка жесткости настила при первом сочетании нормативных нагрузок выполняется по формуле:
где кНсм2 - модуль упругости древесины;
- предельный относительный прогиб настила принимается по таблице 16 СНиП II-25-80.
– условие выполняется
Прогоны рассчитываются на изгиб от равномерно распределенной нагрузки q которая состоит из массы вышележащих конструкций покрытий и снега отнесенных к горизонтальной проекции покрытия.
Предварительно принимаем сечение прогона bxh=80x200 мм.
Определяем вес прогона:
Расчетная нагрузка на прогон:
Нормативная нагрузка на прогон:
Для выравнивания опорных давлений прогона и унификации нижележащих конструкций крайние пролеты здания укорачиваются до 085Т:
В этом случае максимальный изгибающий момент будет одинаковым:
Требуемый момент сопротивления прогона:
Прогоны являются несущими конструкциями покрытия и относятся ко II категории элементов деревянных конструкций. На их изготовление идет древесина 2 сорта с более высокими прочностными показателями () чем у древесины 3 сорта используемой для изготовления настила.
Предварительно задаемся соотношением принимаем по сортаменту мм.
Определяем высоту сечения h по формуле:
Фактический момент сопротивления прогона:
должно выполняться условие -
см3– условие выполняется
Момент инерции прогона:
Проверка жесткости прогона:
где А- коэффициент при равный 1.
- предельный относительный прогиб прогона принимается по таблице 16 СНиП II-25-80.
Неразрезные спаренные прогоны состоят из двух рядов досок поставленных на ребро и соединенных гвоздями (рис 5). Доски стыкуются вразбежку слева и справа от опор на расстоянии Х- в местах с нулевым изгибающим моментом:
Рис. 5. Многопролетный неразрезной спаренный прогон
Гвоздевое соединение стыка прогона рассчитывается на действие в нем поперечной силы. Количество гвоздей с каждой стороны стыка определяется по формуле:
где - расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя;
- несущая способность одного среза гвоздя определяется как минимальное из двух следующих значений:
по изгибу гвоздя (24)
по смятию древесины (25)
здесь - диаметр гвоздя принимаем 05 см;
кН– условие выполняется
Определяем расстояния между осями гвоздей вдоль волокон древесины S1 поперек волокон S2 и от кромки элемента S3 (рис. 6) следует принимать не менее:
Рис. 6. Расстояние между гвоздями
Принимаем расположение гвоздей в 1 ряд см см см тогда см
Постоянные расчетные нагрузки от веса конструкций покрытия (см. таблицу 1):
Постоянные нормативные нагрузки от веса конструкций покрытия:
Временная расчетная снеговая нагрузка:
Временная нормативная снеговая нагрузка:
Собственный нормативный вес балки:
на стадии проектирования нормативная нагрузка от собственного веса приближенно определяется по формуле:
где - пролет здания;
- коэффициент собственного веса конструкции для клеефанерной балки находится в пределах от 35 55 принимаем 5.
Собственный расчетный вес балки:
где - коэффициент надежности по нагрузке принимается равным 11.
Расчетная полная погонная нагрузка на балку равна:
Нормативная полная погонная нагрузка на балку равна:
Опорное давление балки от постоянной нагрузки:
Опорное давление балки от временной нагрузки:
Опорное давление балки от полной нагрузки:
В качестве несущей конструкции покрытия принимаем клеефанерную балка коробчатого сечения (рис. 7) с уклоном i= 10%.
Геометрическая длина балки:
где - определяется из расчета древесины балки на смятие поперек волокон (ее опорной реакцией):
здесь - опорная реакция балки;
- расчетное сопротивление древесины смятию поперек волокон для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
- ширина сечения балки.
Конструктивно величина должна быть не менее 015 м принимаем м
Рис. 7. Клеефанерная балка коробчатого сечения:
-верхний дощато-клееный пояс;
- нижний дощато-клееный пояс;
-клееные ребра жесткости;
-сквозной продольный пропил;
-стык фанерной стенки «на ус»
Пояса и ребра проектируются из древесины 2 сорта а стенки из фанеры ФСФ ВВ толщиной 10 мм волокна наружных слоев ориентированы вдоль балки стыки фанеры выполняются «на ус». Для изготовления поясов используют доски толщиной 40 мм после сушки и фрезерования толщина доски получается 36 мм. Доски в поясах размещают вертикально ширина доски 175 мм после сушки и фрезерования толщина доски получается 165 мм. В крайних досках делают сквозной продольный пропил толщиной 5 мм для снятия температурно-влажностных напряжений. Для изготовления ребер жесткости используют доски высотой 125 мм после сушки и фрезерования толщина доски получается 120 мм.
В нижнем поясе доски стыкуются клеевым зубчатым стыком в разбежку а в верхнем коньковый стык выполняют лобовым упором с боковыми накладками на нагелях. Расстояния между осями ребер жесткости l получается равным длине фанерного листа (конструктивно равняется шагу прогонов) уменьшенного на длину соединения «на ус» которое равно принимаем 100 мм.
Высота балки в середине пролета:
Высота балки на опоре:
Расчетная схема балки (рис. 8)
Рис. 8. а-расчетная схема балки; б-эпюра изгибающих моментов; в-эпюра нормальных напряжений
Расстояние от опоры до сечения с наибольшими нормальными напряжениями:
где -расстояния между осями поясов на опоре.
Изгибающий момент в середине 1-ой панели:
Изгибающий момент в середине 5-ой панели:
Изгибающий момент в расчетном сечении на расстоянии м от левой опоры:
Высота сечения балки на расстоянии от опоры:
Высота сечения балки между осями поясов:
Приведенный к древесине поясов момент инерции поперечного сечения балки при м:
где - число целых досок;
- число распиленных досок;
МПа - модуль упругости фанеры (березовой);
Проверка прочности нижнего растянутого пояса по нормальным напряжениям:
где - расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
МПа– условие выполняется
Касательные напряжения в стенке балки по нейтральной оси проверяем в сечении на опоре где поперечная сила имеет наибольшее значение.
Приведенный к фанере статический момент поперечного сечения балки:
Приведенный к фанере момент инерции поперечного сечения балки:
Максимальные касательные напряжения фанерной стенки:
где - расчетное сопротивление фанеры срезу перпендикулярно плоскости листа вдоль волокон наружных слоев принимается для заданной марки по таблице 10 СНиП II-25-80.
Определяем максимальные касательные напряжения по швам между фанерой и древесиной проверяем сечение на опоре.
Статический момент сечения пояса в опорном сечении:
Расчетная ширина площадки скалывания пояса:
Проверка прочности клеевых швов между поясами и фанерными стенками:
где - расчетное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев принимается для заданной марки по таблице 10 СНиП II-25-80.
Устойчивость фанерной стенки балки на действие касательных и нормальных напряжений.
Проверяем 1-ую панель м (в середине 1-ой панели).
Высота стенки между внутренними кромками поясов (в просвете вертикально):
Ширина стенки между внутренними кромками ребер жесткости (горизонтально):
Согласно пункту 4.30. СНиП II-25-80 при выполнении условия проверку стенки на устойчивость не выполняют.
– условие не выполняется следовательно проверка не производится.
Проверяем 5-ую панель м (в середине 5-ой панели).
– условие выполняется следовательно проверку стенки на устойчивость следует производить по формуле:
Приведенный к фанере момент инерции поперечного сечения балки в середине 5-ой панели:
Приведенный к фанере статический момент поперечного сечения балки в середине 5-ой панели:
- расчетная высота стенки равная меньшему из двух значений м и м принимаем м.
Поперечная сила в середине 5-ой панели балки при м:
Нормальные напряжения в стенке на уровне внутренней кромки поясов:
Касательные напряжения в стенке на уровне внутренней кромки поясов:
Коэффициенты и принимаются по приложению 5 СНиП II-25-80.
Согласно пункту 4.30. СНиП II-25-80 прочность стенки на действие главных растягивающих напряжений производится для наиболее нагруженной панели по формуле:
где - расчетное сопротивление фанеры растяжению под углом к волокнам наружных слоев принимается по приложению 5 СНиП II-25-80.
Прогиб балки постоянного сечения без учета деформаций сдвига:
где - понижающий коэффициент к модулю упругости древесины.
Прогиб балки в середине пролета с учетом переменности высоты сечения а так же деформаций сдвига от поперечной силы:
где - предельный относительный прогиб балки принимается по таблице 16 СНиП II-25-80.
Момент инерции поперечного сечения балки в середине пролета приведенной к древесине:
Коэффициенты и принимаются по приложению 4 таблица 3
- коэффициент переменности сечения;
- коэффициент учета деформаций сдвига;
Поперечник здания представляет собой однопролетную раму (рис. 9) с жестким защемлением стоек в фундаментах и с шарнирным опиранием на них ригеля (стропильная балка). Поперечная рама подвержена воздействию постоянных нагрузок от собственного веса конструкций временных вертикальных (снег) и горизонтальных (ветер).
Рис. 9. Расчетная схема рамы
Нагрузки на ригель рамы (см. расчет стропильной балки):
Нагрузки действующие на стойку поперечной рамы (рис. 10):
Рис. 10. Расчетная схема стойки
Опорное давление балки от постоянной и временной нагрузки (см. расчет стропильной балки).
Ветровое давление и отсос на стены:
где - нормативное ветровое давление (скоростной напор) принимается в зависимости от ветрового района по таблице 5 СНиП 2.01.07-85*;
- коэффициент учета изменения скоростного напора ветра по высоте до 10 м ;
- коэффициент надежности по нагрузке принимается равным 12;
- аэродинамический коэффициент зависящий от формы сооружения .
Ветровое давление и отсос на покрытие:
где - высота балки покрытия в опорной части.
Нагрузка от веса стеновых панелей:
где - вес покрытия (см. таблицу 1):
Момент от веса стеновых панелей и эксцентриситета :
здесь -высота колонна;
предварительно принимаем:
-толщина стенового ограждения принимаем 180 мм.
Лишние неизвестные при расчете рамы методом сил:
Определяем положение расчетного сечения:
стойки рамы являются внецентренно сжато или сжато изгибаемым элементом нагруженным продольными силами и изгибаемым моментом . Максимальные значения и в расчетном сечении у защемления определяются в зависимости от направления действия ветра.
где - понижающий коэффициент сочетания нагрузок
(постоянная+2 временных).
Продольная минимальная сила (для расчета анкерных болтов):
Расчет клееной стойки
Предварительно задаем размеры клееной стойки (рис. 11).
Рис. 11. Конструкция клееной стойки
Предельная гибкость стойки . Задаемся гибкостью в пределах . Принимаем .
Вычисляем требуемый радиус инерции:
где - расчетная длина стойки согласно пункту 4.21. СНиП II-25-80 при одном защемленном и другом свободном нагруженном конце ;
Определяем высоту колонны:
Для изготовления стойки используют доски толщиной 44 мм после сушки и фрезерования толщина доски получается мм. Принимаем высоту колонны мм.
Определяем ширину колонны:
принимаем ближайшее значение по сортаменту мм после сушки и фрезерования ширина доски получается мм.
Момент сопротивления:
Статический момент инерции:
Проверка прочности сжато-изгибаемого стержня колонны:
где - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
- коэффициент учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы в следствие прогиба стойки;
здесь - коэффициент продольного изгиба;
для клееной стойки ;
Проверка устойчивости стойки из плоскости рамы.
Вычисляем гибкость из плоскости рамы:
где - расчетная длина стойки из плоскости рамы .
– условие не выполняется
Для уменьшения расчетной длины устанавливают распорку между стойками (как обвязочный брус).
Проверка устойчивости стойки из плоскости рамы:
где для стоек с закреплением растянутой зоны;
- расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
- расчетное сопротивление древесины изгибу вдоль волокон для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
- коэффициент продольного изгиба;
здесь - коэффициент учитывает дополнительные сжимающие напряжения от момента для расчета на устойчивость плоской формы деформирования принимается по приложению 4 таблице 2 СНиП II-25-80.
Зависит от формы эпюры моментов на расчетной длине (упрощенно трапециевидного очертания).
Проверка прочности клеевых швов:
где - расчетное сопротивление древесины вдоль волокон при изгибе клееных элементов для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
Назначаем ширину обвязочного бруса из условия его работы на смятие поперек волокон от опорной реакции балки:
где - расчетное сопротивление древесины смятию попрек волокон для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4 СНиП II-25-80;
- опорное давление балки от полной нагрузки (см. расчет стропильной балки):
Конструктивно принимаем сечение обвязочного бруса мм.
Рис. 12. Узел оголовка колонны:
-упорные уголки (уголки траверсы);
Расчет крепления стойки к фундаменту
Рис. 13. Узел крепления стойки к фундаменту:
-гнутые стальные пластины (траверсы);
Рис. 14. Эпюра нормальных напряжений
Изгибающий момент без учета коэффициента сочетания нагрузок:
Предварительно задаемся толщиной накладок мм
Определяем ширину накладок:
Определяем расчетную величину изгибающего момента:
Определяем минимальные и максимальные нормальные напряжения:
Длина участка эпюры со сжимающими напряжениями:
Определяем плечо равнодействующей сжимающих напряжений:
Плечо усилия в анкерных болтах:
мм- принимается конструктивно
Усилия в анкерных болтах:
Подбираем анкерные болты площадь сечения болта (с учетом нарезки):
где - расчетное сопротивление болтов растяжению для марки 092ГС МПа;
- количество болтов.
принимаем по сортаменту диаметр болта 14 мм но минимально конструктивный 16 мм см2.
Проверка прочности клеевых швов накладок на скалывание:
где - среднее сопротивление древесины по площадке скалыванию вдоль волокон;
здесь - расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон для 2-го сорта принимается для заданной породы по таблицам 3 и 4
- несимметричная схема;
- плечо сил скалывания;
СНиП II–25–80 Деревянные конструкции: Нормы проектирования. – М.: Стройиздат 1982.
СНиП 2.01.07–85 Нагрузки и воздействия: Нормы проектирования. – М.: Стройиздат 1986.
Ассауленко О.П. Деревянные распорные конструкции покрытий зданий: Методические указания для курсового проектирования. – Волгоград: ВолгГАСА 2003.
Ассауленко О.П. Стойки однопролетных рам деревянных зданий: Методические указания для дипломного проектирования. – Волгоград: ВолгГАСА 2000.
И.М. Гринь В.В. Фурсов Д.М.Бабушкин и др. Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник. Под ред. И.М. Гриня. – К.: Будивэльник 1988.

Распечатка_27_декабря.dwg

Article No.Reference
Фанерная стенка балки
Фрагмент расположения горизонтальных и вертикальных связей
Схема расположения колонн
Сечение рабочего настила
-ое сочетание нагрузок
руберойдная кровля 3 слоя
сплошной защитный настил 16 мм
рабочий настил 32 мм
спаренный прогон 125 мм
движения крана при монтаже
монтажа график производства работ

Титульный лист.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВАНИЯ
Расчет одноэтажного промышленного здания из деревянных конструкций
(пояснительная записка к курсовому проекту)