Здание из клеефанерных панелей, клеефанерная балка, дощато-клееная стойка

графика.dwg

ПЛАН ЗДАНИЯ НА УРОВНЕ ПОЛА М1:100
КП 02069562-270102-68-07
Одноэтажное деревянное каркасное здание
КЛЕЕФАНЕРНАЯ БАЛКА С ВОЛНИСТОЙ СТЕНКОЙ Б-1
СОВМЕЩЕННЫЙ ПЛАН ПО ПОКРЫТИЮ М1:200
Настил из досок 150х25
Балка с волнистой стенкой
КП 02069562-270102-40-11
План покрытия. План панели. Разрез панели
Железобетонная приставка
Эпоксидно-цементный клей
Дощато-клееная колонна
Фанера березовая 1500x1500x10
Фанера березовая 1200x1500x10
Доска сосновая 175х40
Фанера березовая 12150х160х33
Стыковой брус 1140х16
Cт. уголок 180х180х11
Cт. уголок 140х90х10
Cт. уголок 63х63х4 L=470
Cт. уголок 160х160х10
Совмещенный фасад и продольный разрез
Горизонтальные связи
Фанера березовая 12150х810х15
Доска сосновая 250х42
Клеефанерная панель

записка.docx

Исходные данные .. .4
Теплотехнический расчет покрытия и стенового ограждения ..4
Расчет ограждающих конструкций (клеефанерные панели) .9
Расчет и конструирование несущей конструкции (клеефанерная балка) 15
Расчет дощато-клееной стойки 20
Обеспечение пространственной жесткости здания 24
Список литературы .. ..25
Здание теплое однопролётное с сухим и нормальным режимами общей длиной 504 м. Пролёт здания 12 м шаг несущих конструкций 42 м. район строительства г.Петрозаводск.
Снеговая нагрузка (расчетная) – S0 = 32 кПа –V снеговой район.
Ветровая нагрузка – W0 = 03 кПа – II ветровой район.
Теплотехнический расчет покрытия и стенового ограждения
Фанерная обшивка: g0 = 600 кгм3; d1 = 10 мм;
Утеплитель – экструдированный пенополистирол ПСБ-С35 теплопроводность ут = 0033 Втм°с имеет низкое значение водопоглащения (меньше 02%).
Пароизоляция d3 = 2 мм;
Воздушная прослойка d4 = 87 мм; d4
Фанерная обшивка g0 = 700 кгм3; d5 = 10 мм;
Рубероид (3 слоя) g0 = 600 кгм3; d5 = 5 мм; l5 = 0.17 Вт(м×С0).
Требуемое сопротивление теплопередаче по санитарно – гигиеническим и комфортным условиям:
где: - нормативный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции но не более 6
Примечание - Относительную влажность внутреннего воздуха для определения температуры точки росы в местах теплопроводных включений ограждающих конструкций принимаем 50% :
- коэффициент принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху n=1;
- расчетная температура внутреннего воздуха 18 0C;
- расчетная зимняя температура наружного воздуха равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью K=0.92 -29 0С;
- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций 8.7 Втм2С;
Из условия энергосбережения по величине показателя
градуса–сутки отопительного периода (ГСОП):
где: - средняя температура ;
- продолжительность суток отопительного периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 0C в сутках по ;
Определяем толщину искомого утеплителя.
Сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции принимаем равной большему из значений и .
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции вычисляют по формуле:
где: - Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности перекрытия н = 12 Вт(м2.С).
- термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями;
Термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями вычисляют по формуле:
где: - термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции включая теплоизоляционный слой вычисляют по формуле:
где: - толщина слоя м;
- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Втм 0С
Таким образом получаем :
Вычисляем толщину утеплителя :
Найдя толщину искомого слоя утеплителя ограждающей конструкции необходимо её округлить в большую сторону по унифицированному ряду размеров материалов и принять действующее значение.
Принимаем толщину утеплителя
Тогда толщина покрытия:
Фактическое сопротивление теплопередачи:
Теплотехнические данные ограждающих конструкций
Требуемое сопротивление теплопередаче по санитарно – гигиеническим и комфортным условиям вычисляют по формуле:
градуса–сутки отопительного периода (ГСОП) вычисляют по формуле:
где: - коэффициент теплоотдачи для зимних условий наружной поверхности ограждающей конструкции 23 Втм2 0С;
Таким образом получаем:
Тогда толщина стеновой панели:
Проектирование и расчет ограждающих конструкций (клеефанерные панели).
1 Конструктивное решение панели.
В зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации к влажности древесины применяемой в элементах конструкций определяем условия эксплуатации конструкций – А1. Максимальная влажность древесины для конструкций 9%. mв = 1 - в зависимости условий эксплуатации конструкций. Для конструкций эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха до +35 С коэффициент mт = 1. Для конструкций в которых напряжения в элементах возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок превышают 80 % суммарного напряжения от всех нагрузок коэффициент mд = 08. Конструкций рассчитываемых с учетом воздействия кратковременных (ветровой монтажной или гололедной) нагрузок а также нагрузок от тяжения и обрыва проводов воздушных ЛЭП и сейсмической коэффициент mн=12. Для изгибаемых внецентренно-сжатых сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон - на коэффициенты mб= . Для изгибаемых внецентренно-сжатых сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов в зависимости от толщины слоев значения расчетных сопротивлений изгибу скалыванию и сжатию вдоль волокон - на коэффициенты mсл= .
Материал обшивок – водостойкая берёзовая фанера марки ФСФ сорта ВВВ (плотность 700кгсм3). Материал каркаса – сосновые доски. Клей марки КБ – 3. Шаг расстановки несущих конструкций – 45 м.
Ширину панели назначаем равной 15 м (1490мм) что соответствует нормальной ширине листа фанеры (1525 мм). Длину панели принимаем равной 418 см с учётом зазора на возможную неточность изготовления.
Для обшивок используем семислойную фанеру толщиной . Волокна наружных шпонов фанеры направляем вдоль пролёта панели.
Высоту продольных рёбер назначаем равной 175 мм что после острожки кромок составит . Ширину продольных рёбер (толщину досок) принимаем равной 40 мм. Пласты средних рёбер не строгаем а наружные пласты крайних рёбер строгаем на 2 мм для приклейки к ним дополнительных брусков обеспечивающих совместную работу смежных панелей под нагрузкой. Поперечные рёбра устраиваем только в торцах панели в виде вкладышей склеенных из обрезков досок волокна которых направлены вдоль пролёта.
Утеплитель – плиточный полистирольный пенопласт марки ПС-Б () толщиной 80 мм приклеиваем к нижней обшивке панели на слой полистирольной краски которая одновременно выполняет роль пароизоляции.
2. Вычисляем нагрузку приходящуюся на 1 кв.м панели покрытия.
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент перегрузки
Расчетная нагрузка кНм2
Площадь утеплителя на 1м2:
3. Геометрические характеристики приведенного сечения.
Наиболее напряженный материал в панели – фанера поэтому сечение приведенное к фанере
α= ЕдЕф= 100009000=111
Здесь - модуль упругости древесины рёбер;
- модуль упругости семислойной фанеры обшивок.
Площадь приведенного сечения
где Аф=tв*lв+tн*lн=1*147+1*147=294см2
Ад= tд*h*n=4*16.9*4=2704см2
Апр=294+2704*111=594144см2.
Статический момент инерции относительно нижней грани сечения
Sпр= Аф*(hпан- tвн2) + Аф* tн2 +Ад*α*(h2+tн)=
=147*(194-05)+147*05+2704*111*(1692+1)=568816см3.
Хс= Sпр Апр=568816594144=957см.
Расстояние от центра тяжести до верхней грани сечения
(h- Хс)=19.4-957=983см
Приведенный момент инерции относительно центра тяжести сечения (расчетную ширину обшивки принимаем равной ).
Момент сопротивления приведённого сечения относительно растянутой обшивки:
Момент сопротивления приведённого сечения относительно сжатой обшивки:
4. Расчет на прочность растянутой обшивки
где – расчетный изгибающий момент от внешних нагрузок
- расчётное сопротивление растяжению семислойной фанеры; - коэффициент учитывающий снижение расчётного сопротивления в стыках фанерной обшивки.
5. Проверяем верхнюю обшивку на устойчивость
- расчётное сопротивление растяжению семислойной фанеры;
Расстояние между рёбрами каркаса а = 430 см.
Коэффициент продольного изгиба
где а – расстояние между рёбрами - толщина фанеры.
Напряжение сжатия в верхней обшивке:
6. Проверяем верхнюю обшивку на изгиб под действием местной сосредоточенной нагрузки.
В расчётном отношении обшивку рассматриваем как балку с защемлёнными концами пролётом равным расстоянию между рёбрами каркаса сосредоточенная сила Р=1 кН с учетом коэффициента по нагрузке 12
Сосредоточенный груз считаем распределённым на ширину обшивки 1 м. Момент сопротивления расчётной полосы обшивки:
здесь - расчётное сопротивление изгибу семислойной фанеры поперёк волокон наружных слоёв.
7. Проверяем надёжность сопротивления скалыванию по клеевому шву между наружным (продольным) и внутренним (поперечным) шпонами фанеры в месте сопряжения обшивок с рёбрами.
Поперечная сила на опоре:
Статический момент сдвигаемой части приведённого сечения:
Суммарная ширина продольных рёбер каркаса:
Напряжение скалывания:
где - расчётное сопротивление скалыванию семислойной фанеры между шпонами.
Относительный прогиб панели от нормативной нагрузки:
Расчет и конструирование несущей конструкции (клеефанерная балка)
1.Определение нагрузок.
Расчётная нагрузка кНм2
Клеефанерная панель gпан*b
Нагрузка от собственного веса балки:
Полная нагрузка и расчетная нагрузка на 1 погонный метр при шаге основных несущих конструкций (колонн) 42м
qn=2.847*4.2*0.9=1076кНм
q=3.85*4.2*0.9=1455 кНм
где – коэффициент учитывающий ответственность здания.
Расчетный пролет балки с учетом площадки опоры шириной по 15 см на каждой опоре:
Максимальные усилия в середине пролета:
Высоту сечения балки принимается не менее:
Принимаем балку двутаврового сечения используя стандартные фанерные листы. Высота пояса h6=9756=1625. Принимаем клееные пояса из пяти досок 1 сорта (5х33=165мм) размером b x h= 16х165см толщина доски Назначаем толщину фанерной стенки заглубляя ее в поясах на Принимаем высоту фанерного листа 90см. Высота стенки:
Общая высота балки: 81+2*165=114 см
Расстояние между центрами тяжести поясов:
Общий вид балки и ее сечение:
Геометрические характеристики принятого сечения:
Коэффициент податливости фанерной стенки:
где – модуль сдвига фанеры.
Определяем коэффициент :
Проверяем нормальные напряжения в растянутом нижнем поясе:
где – R=12МПа расчетное сопротивление древесины растяжению для древесины 1 сорта для клееных элементов;
–при толщине досок в клееном пакете 33 мм.
–для условия эксплуатации Б1.
Прочность нижнего пояса обеспечена.
Проверяем устойчивость верхнего пояса из плоскости:
где гибкость верхнего пояса их плоскости:
где – расстояние между связевыми прогонами в уровне верхнего пояса балки.
При коэффициент продольного изгиба из плоскости:
Устойчивость верхнего пояса из плоскости обеспечена.
Проверяем прочность соединения стенки с поясами при клиновидном пазе по формуле:
где – расчетное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа.
Прочность клеевого шва обеспечена.
Назначаем размеры волн:
Проверяем фанерную стенку на срез. Предварительно определяем гибкость фанерной стенки:
где – для семислойной фанеры марки ФБС.
Прочность фанерной стенки:
где – расчетное сопротивление фанеры срезу перпендикулярно плоскости листа.
Проверяем прогибы балки в середине пролета:
где коэффициент определяем по формуле:
Относительный прогиб балки:
Жесткость балки обеспечена.
Расчет дощато-клееной колонны.
1 Предварительный подбор сечения колонн.
Предельная гибкость для колонн равна 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда при λ = 100 и распорках располагаемых по верху колонн. При высоте здания Н = 6 м получим
Принимаем что для изготовления колонн используют доски толщиной 50 мм. После фрезерования толщина досок составит 50-5=45 мм. Ширина колонны после фрезерования заготовочных блоков будет 275-25=250. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет (мм); 250(мм).
Для двухшарнирных дощатоклеенных рам характерно действие следующих видов нагрузки - постоянной и временной. Так как соединение ригеля со стойкой шарнирное то в этом случае стойки воспринимают действующие на ригель вертикальные нагрузки в виде сосредоточенных сил приложенных к верхнему срезу стойки по направлению ее оси.
Коэф. надежности по нагрузке
Вес покрытия: qnок*Агр=0431*6*42
Вес балки: qбал*n=0.136*122*4.2
Вес колонны Pстсв=hст·bст·Hст·n·g·др 0495м*0250м*6м*700кгсм3*10мс2
Снеговая Рстсн=Ро·(l2)·B=32*6*42
Ветровая нагрузка (се1=08; се3=-0505; w0=03кНм2):
Нагрузку от собственного веса стеновых глухих и остекленных панелей которые принимаем по конструкции аналогично кровельным считаем передающиеся непосредственно на фундамент через железобетонные рандбалки.
Постоянная нагрузка рассматривается в виде:
а) Постоянного расчетного углубления на стойку:
Рстq=(qкрр+qсвп)·(l2)·В где:
б) Давления от собственного веса стойки
Pстсв=hст·bст·Hст·n·g·др где
hст и bст-соответственно высота и ширина сечения стойки
др=7000Нм3 -объемный вес древесины:
Снеговая нагрузка на покрытие:
Ветровая нагрузка передаваемая от покрытия расположенного вне колонны:
3 Определение усилий в колоннах.
Цель статического расчета двухшарнирной дощатоклеенной рамы заключается в определении усилий (MQ N) от действующих нагрузок в самом напряженном сечении стоек – в опорной части. Рама является однажды статически неопределимой. За лишнее неизвестное принимают продольное усилие Х в ригеле. Неизвестные усилия определяют отдельно от следующих видов загружения:
-от ветровой нагрузки приложенной в уровне ригеля:
Xвриг= -(Wакт-Wот)2=-(2023-1264)2=-0379кН
-от ветровой нагрузки приложенной к стойкам:
Xств=-3·(Нст·(Рств-Рств))16 =-3·60(126-0787)16=-0532кН
Xв= Xвриг+ Xств=0379+0532=0911кН
Конструктивная схема рамы.
Расчетная схема рамы:
Находим усилия в левой и правой стойках в уровне защемления в фундаменте.
На обоих стойках продольные силы одинаковы.
N=Nл=Nпр=(Pqст+Рстсв +Рстсп)·к=(135+4039+7203+86184)·09=9983 кН
4 Расчет колонны на прочность по нормальным напряжениям и на устойчивость плоской формы деформирования.
Окончательные расчетные усилия в опорной части стойки принимаем по максимуму :
Данный расчет сводится к прочности и устойчивости принятого сечения стойки как сжато-изгибаемого элемента.
Геометрические характеристики сечения стойки:
F=hст·bст=0495 ·0250=0123 м2=1230см2
б) момент сопротивления сечения относительно оси х:
Wx=bст·hст26=0250·049526=0012863м3=128638см3
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования
Rc= Rи =mсл·m· Rc=09·095·15=12825 МПа=1282кНсм2
- коэффициент продольного прогиба (зависит от )
x=l0xrx=l0x0289·hcт=22·60289·0495=9227
Прочность стойки обеспечена.
5 Расчет на устойчивость из плоскости как центрально-сжатого стержня.
Устойчивость обеспечена.
6 Расчет защемления колонны в фундаменте.
Принимаем решение узла защемления колонны в фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В25 из которой выпушены четыре стержня из арматуры периодического профиля из стали класса А-II. Вклеивание арматурных стержней в древесину осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея марки ЭПЦ-1.
Принимаем диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диаметр отверстия будет
Расстояние между осью арматурного стержня до наружной грани колонны должно быть не менее . При определении усилий в арматурных стержнях учитываем что прочность бетона на смятии более прочности древесины.
Пренебрегая работой сжатых арматурных стержней усилия в растянутых арматурных стержнях находим используя два условия равновесия:
При N = 3353 кН; М = 3597 кНм; Rсм=1389 МПа; bк=025 м; hк=054 м получим:
Из второго равенства определяем х. х = 0052м. Подставив значение х в первое равенство получим Nа=5676кН.
Требуемая площадь двух арматурных стержней (Rа=280095=29474 МПа):
Ставим два стержня d=18 мм для которых
Расчетная несущая способность вклеиваемых стержней на выдергивание:
Принимаем длину заделки стержня 360 мм
Следовательно несущая способность соединения достаточна.
Помимо анкерных стержней целесообразна установка дополнительных стержней по боковым граням колонны для обеспечения более надежного соединения приставки с дощато-клееной колонной.
Разработка системы связей каркасного здания.
Пространственная жесткость покрытия необходима для восприятия усилий действующих нормально к плоскости несущих конструкций и для обеспечения устойчивости конструкций сохранение их пространственного положения и устойчивости отдельных элементов.
Вертикальные связи обеспечивают вертикальное положение конструкций. Они располагаются в плоскости стоек или раскосов и связывают фермы попарно. Эти связи воспринимают усилия появляющиеся от вертикальных нагрузок при выходе ферм из проектного положения.
СНиП II-25-80 Деревянные конструкции М. Стройиздат 1982г.
Шишкин В.Е. Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс. М. Стройиздат 1974г.
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. под ред. Иванова В.А. Киев 1981г.
Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. под ред. Слицкоухова Ю.В. М. Стройиздат 1986г.