Каркас одноэтажного однопролетного здания из деревянных конструкций в г. Томск

ПОЯСНИЛКА.docx

1. Исходные данные для проектирования
-пролет здания – L= 12 м;
-высота стойки – H = 60 м;
-шаг колонн – B = 40 м;
-длина здания – Lзд=40 м;
-район строительства – Томская обл.г. Томск
IV снеговой район расчетная снеговая нагрузка –
III ветровой район нормативная ветровая нагрузка –;
-тепловой режим здания – неотапливаемый (условия эксплуатации А3).
-тип покрытия – холодное.
-кровля–металлический профнастил С10.
-стеновое ограждение – сэндвич-панель Teplant-Universal =150 мм.
-стойка клеедощатая;
-консольно-балочные прогоны дощатые щиты;
Необходимо разработать проект одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций (надземная часть). Ширина здания в осях 12 м длина здания 340 м шаг поперечных рам 40 м полезная высота 60 м. В качестве покрытия будет использоваться металлический профиль С10.
)Район строительства – Томская обл. г. Томск;
IV снеговой район расчетная нагрузка;
III ветровой район нормат. значение ветрового давления
) Температурно-влажностные условия эксплуатацииследовательно коэффициент условий работы.
плотность древесины соответственно –.
) Для неотапливаемого здания применяется двойной дощатый щит из древесины сосны 3-го сорта опирающийся на консольно-балочный прогон.
) Несущая конструкция – балка клеедощатая пролетом 12 м. Расчетная длина
) Стойка – клеедощатая материал – сосна. Предварительная высота сечения стойки
) Обвязочный брус – идет по всему периметру здания по верху стоек и является опорой для ригеля. Размеры сечения бруса подбираются по расчету на смятие исходя из предельной гибкости.
) Опирание стойки на фундамент – жесткое подошва стойки располагается выше уровня пола
) Стеновое ограждение – панели с асбестоцементными обшивками толщина панелей 150 мм вес 90 кгссм2.
Рис.1. Расположение элементов каркаса и покрытия в разрезе.
Расчетно-конструктивная часть
Проектирование и расчет дощатого двойного перекрестного настила
Настилы и обрешетки покрытий служат для поддержания кровли и утеплителя.
Для кровли настил должен иметь сплошную ровную поверхность из одного или двух слоев досок. Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев досок. Верхний — защитный (сплошной) слой досок толщиной 16 22 мм и шириной не более 100 мм укладывают под углом 45 60° к нижнему рабочему настилу и крепят к нему гвоздями.
Защитный настил образует необходимую поверхность обеспечивает совместную работу всех досок настила распределяет сосредоточенную нагрузку на ширину 500 мм рабочего настила. Защищает кровельный ковер от разрывов при короблении и растрескивании более толстых и широких досок рабочего настила. Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия.
Рабочий настил для лучшего проветривания рекомендуется делать разреженным с зазором не менее 20 мм из досок толщиной 19 32 мм определяемой нагрузкой. Доски рабочего настила для повышения изгибной жесткости следует опирать на три опоры и более. В покрытиях отапливаемых производственных зданий утеплитель укладывают на одиночный дощатый настил или сплошной накат толщиной 19 32 мм который целесообразно опирать на три прогона.
Элементы настила и обрешетки рекомендуется выполнять из древесины хвойных пород 3-го сорта.
Дощатый настил целесообразно конструировать и расcчитывать как двух пролётную неразрезную шарнирно опертую балку. Расчетную ширину настила условно принимают равной 1 м.
Двойной перекрестный настил рассчитывается на изгиб только рабочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок поскольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защитного настила. Расчетная ширина настила принимается В=1м с учетом всех входящих в нее досок количество которых при шаге a составит с=1a. Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 05м и поэтому в расчетную ширину входят удвоенные величины P = 24кН.
Выбор конструктивного решения покрытия
В качестве несущих конструкций покрытия рассмотрена клеедощатая балка. Балки опираются на клеедощатые стойки. По балкам укладываются консольно-балочные прогоны. По прогонам укладывается сплошной рабочий настил из досок сечение которых принимается согласно существующему сортаменту пиломатериаловпоГОСТ24454-80.
К рабочему настилу прибиваются доски сплошного защитного настила. Защитный настил является основанием под кровлю. Доски защитногонастилаприбиваютсякрабочемуподуглом45°.
Здание неотапливаемое с температурно-влажностными условиями эксплуатации по группе А3. Так как кровля холодная температурно- влажностные условия берём по группе Б2.
Дощатый щит проектируем сплошным двойным из древесины сосны 3 сорта. Принимаем по сортаменту пиломатериалов ширину досок щита
д = 100 мм толщину досок настила д =25 мм .
Сбор нагрузок на настил
СогласноСП64.13330.2011 расчету подлежит только рабочий настил. В данном случае это сплошной настил. Расчетная полоса обычно принимается шириной bн=10м.Расчетнаясхемапринимается виде двухпролетной неразрезной балки с пролетами равным и расстоянию между прогонами S (шаг прогонов). В двойных настилах защитный настил не рассчитывается его задача заключается только в распределении нагрузки на доски рабочего настила и обеспечении жесткости в плоскости ската кровли.
Таблица №1: Сбор нагрузок на 1 м2 покрытия (кгсм2)
Наименование нагрузок
Нормативная нагрузка кгсм2
Расчетная нагрузка кгсм2
Постоянные нагрузки:
Металлический профнастил С10
Гидроизоляция Изоспан А
Обрешетка –доска100х16мм (сплошная)
Рабочая доска 100х25 мм сплошная)
=100 мм γ= 500 кгсм3
·h·γс=01·0025·500·(101)=125 кгсм2
Итого постоянных нагрузок:
Итого полные нагрузки:
Для сплошного настила b1=1м=100см - коэффициент надежности по ответственности.
Нормативная составляющая действующей нагрузки на полосу настила
где - нормативная и расчетная нагрузки.
Максимальный изгибающий момент на средней опоре:
Момент сопротивления
- расчетное сопротивление на изгиб.
- коэффициент условий работы:
Условие выполняется. Прочность настила обеспечена.
Расчет настила на жесткость.
E=105- модуль упругости древесины [СНиП 11-25-80]
Момент инерции сечения настила
Проверяем относительный прогиб настила по формуле:
- величина предельно допустимого относительного прогиба.
Жесткость настила обеспечена.
При расчете настила на второе сочетание расчетных нагрузок монтажную нагрузку передаем наb2=1м
Нагрузка от собственного веса настила согласно
Сосредоточенная нагрузка от веса человека с грузом Р=240кгс
Момент сопротивления сечения
Максимальный изгибающий момент в пролете под монтажной нагрузкой найдем по формуле:
Проверяем напряжение изгиба для принятой толщины досок:
Условие выполняется. Прочность обеспечена.
=12 [т.6 СНиП11-25-80] - коэффициент учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки; Таким образом прочность и жесткость дощатого настила обеспечены. Его проектируем в виде щита длиной 2980 мм и шириной 2000мм из досок толщиной 16 мм и шириной 100 мм. Соединительные доски сечением 25*100 мм. Гвозди 25*50 мм.
Рис.4. Двойной дощатый перекрестный настил
Проектирование и расчет консольно-балочного прогона.
Прогоны воспринимают нагрузки от настилов или обрешетки и передают их в бесчердачных покрытиях на верхние кромки несущих конструкций и поперечные стены здания а в чердачных покрытиях — на элементы стропильных систем расположенных с шагом 1 15 м вдоль скатов.
Различают однопролетные прогоны из бревен или брусьев консольно-балочные из брусьев и неразрезные спаренные из досок.
Однопролетные прогоны применяют при больших уклонах в покрытиях из чешуйчатой кровли. Прогоны работают и рассчитываются как однопролетные шарнирно-опертые балки.
Многопролетные неразрезные прогоны устанавливают в скатных покрытиях при незначительных уклонах под рубероидную кровлю. Неразрезной прогон состоит из двух рядов досок на ребро которые стыкуются в разбежку на расстояниях равных 021 длины пролета от оси опор в зоне нулевых изгибающих моментов.
Выбор конструктивного решения прогона
Прогоны покрытий выполняют из досок на ребро брусьев и брёвен. Для изготовления прогонов используется древесина сосны 2 сорта.
Расчетное сопротивление древесины 2 сорта изгибу =130 .
Пролет прогона равен шагу балок l = В = 40 м.
Принимаем по сортаменту пиломатериал шириной д = 125 мм толщиной д =60 мм .
Сбор нагрузок на прогон
Таблица №2: Сбор нагрузок на 1 м2 прогона (кгсм2)
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кгсм
Расчётная нагрузка кгсм
I. Постоянные нагрузки:
- нормативная gнn× S = 255×10 = 255 кгсм
- расчётная gn×S = 2905×10 = 2905 кгсм
) от веса прогона сечением h = 0125 м
b = 006 м γ= 500 кгсм3
h × b × γ= 0125× 006× 500 = 375 кгсм
Итого постоянная нагрузка
II. Временная нагрузка:
) от веса снега (sg = 240 кгсм2)
Итого полная нагрузка
рис.5. Грузовая площадь прогона
Сечение прогона подбираем из условия прочности.
Вычисляем требуемый момент сопротивления сечения прогона:
Задаемся соотношением ширины и высоты сечения прогона в пределах (115÷12) = k. Значит bh = 12.
Подставив в формулу и выразив получим
По сортаменту пиломатериалов уточняем сечение прогона: h = 150 мм
Проверка принятого сечения на жесткость.
Момент инерции принятого сечения прогона
Относительный прогиб:
Таким образом прочность и жесткость консольно-балочного прогона сечением 150×75 обеспечены.
Стык элементов прогона устраивается на расстоянии от оси опоры.
Для выравнивания изгибающих моментов в крайних пролетах значение этих пролетов уменьшаем до
Проектирование двускатной клееной многослойной балки.
Клеедощатые балки образуют склеиванием стандартных остроганных по пластине досок водостойкими клеями. Применяют доски из древесины сосны 1 или 2 сорта. Высоту сечения балок принимают в пределах (18 112)L. Ширину сечения определяют из условий прочности и жесткости с учетом сортамента досок. Уклон верхней грани двускатных балок принимают в пределах 25 10%. При этом должно выполняться условие
Коэффициент собственного веса таких балок
Сбор нагрузок на балку
Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия приведены в табл. 2.1.
Таблица №3: Сбор нагрузок на 1 п. м. балки
Расчетная нагрузка кгсм
) вес балки: коэффициент собственного веса балки
Итого постоянная нагрузка:
Итого полная нагрузка:
рис.6. Клеедощатая балка
Высоту среднего сечения принимаем
Расчетная длина балки
Если принять для балки доски толщиной 50 см которые после острожки с двух сторон будут иметь толщину 44 см то фактическая высота сечения балки получается:
в середине пролета – из 31 досок т.е
на опорах – из 19 досок т.е. см
При этом уклон скатов балки будет
Расстояние от опоры до опасного (расчетного) сечения определяем по формуле
Высота этого сечения
Величина момента в сечении х
В любом случае высота балки более 50 см поэтому коэффициент условий работы балки на изгиб принимаем
Из формулы прочности определяем требуемый момент сопротивления расчетного (опасного) сечения балки
Имея высоту сечения находим ширину сечения балки
Округляем до размера имеющегося в сортаменте т.е. ; при этом
что удовлетворяет требованиям.
Проверка прочности клеевого шва на скалывание
Прочность клеевого соединения проверяем в наиболее напряженном шве
где -расчетная поперечная сила на опоре балки равная
S - статический момент сдвигаемой части сечения относительно оси х-х равная
здесь с=44 см – толщина доски;
J- момент инерции всего опорного сечения относительно оси х-х равный
расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон равное
–коэффициент условий работы на скалывание при изгибе равный 075 так как ширина клеевого шва b=175>8 см
Подставляя числовые значения получаем
Проверка жесткости балки
Величину максимального прогиба двускатной балки определяем по формуле
где – прогиб вычисляемый по обычным формулам как для балки постоянного сечения равного ее сечению в середине пролета от нормативной нагрузки т.е.
- коэффициент учитывающий влияние переменности высоты сечения.
Подставляя значение и получаем максимальную величину прогиба
Проверка собственного веса балки
При ширине опорных подкладок общая длина балки
Определяем собственный вес балки:
На горизонтальной проекции приходиться
Определение размеров сечения обвязочного бруса
Высота сечения обвязочного бруса
По сортаменту пиломатериалов принимаем ширину бруса 175 мм высоту 100 мм.
Стыки досок по длине балки
Стыки досок по длине балки а также разбивка на зоны соответствующие категориями элементов выполняются аналогично двутавровой клееной балке.
Проектирование и расчет клеедощатой стойки.
Клеедощатая стойки проектируют как правило постоянного по высоте сечения. Для их изготовления используются остроганные доски из сосны 2 сорта. Толщина склеиваемых досок не должна превышать 42 мм.
Высота сечения стойки Она должна быть кратной толщине досок по сортаменту за вычетом 5 8 мм на острожку. Ширина сечения стойки принимается Она должна быть равной ширине доски по сортаменту за вычетом 10 мм на острожку.
Рис.7.Схема ветрового воздействия на раму.
Основные параметры стойки:
Для изготовления стойки принимаем остроганные по пласти доски толщиной из древесины сосны 2 сорта.
Высота сечения стойки:
- предварительное значение
Требуемое количество досок толщиной
- окончательное значение кратное толщине доски
Ширина сечения стойки:
- окончательное значение равное ширине доски по сортаменту за вычетом 10 мм на острожку
Высота покрытия принимается как сумма высоты торцового сечения балки 836 мм высоты прогона 150 мм толщины дощатого настила 25 мм защитного слоя 16 мм толщина кровли 15 мм:
рис.8. Геометрические размеры стойки
Сбор нагрузок на раму:
Сосредоточенная нагрузка от веса покрытия:
Pпокр= gб×L2 = 17264×122 = 103584 кгс
Сосредоточенная нагрузка от веса снега:
Рсн= Sф×L2 = 1344×122 = 8064 кгс
Вес стойки коэффициент надежности по нагрузке γf= 1.1
Pст = hв×bв×Hст×γ× γf= 0817×0140×575×500×11 =255 кгс
Вес стенового ограждения коэффициент надежности по нагрузке γf= 1.1
Pстен = gст×B×Hст×1.1 = 90×4×575×11 = 2277 кгс
Нормативная ветровая нагрузка определяется по формуле:
где w0 - нормативное значение ветрового давления II ветровой район
с- аэродинамический коэффициент сл=08 сп=06.
k- коэффициент учитывающий изменения ветрового давления по высоте
Принимаем в пределах высоты стойки Hстk=075 а в пределах высоты покрытия hоп
kн = 075+005 (Hст + hоп -5)= 075+005 (575 + 1042-5)=08396
Нагрузки от ветра (коэффициент надежности по ветровой нагрузке γf=1.4:
Неизвестное продольное усилие X в ригеле определяется для каждого вида загружения отдельно.
От стенового ограждения:
-эксцентриситет приложения нагрузки от стенового ограждения
e =05(сп+h) = 05×(0150 + 0817) = 04835 м
-изгибающий момент от стенового ограждения
Mстен = Рстен×е = 2277×04835 = 11009 кгс×м
-продольное усилие Xстен в ригеле
От ветровой нагрузки приложенной в уровне ригеля:
От ветровой нагрузки на стены:
Изгибающие моменты в заделке стоек.
Поперечные силы в заделке стоек
Продольная сила в заделке стойки
Для дальнейших расчетов принимаем максимальные значения
Конструктивный расчет стойки
Расчет стойки в плоскости рамы.
Расчетная длина стойки
Площадь сечения стойки
Момент сопротивления сечения:
Коэффициент продольного изгиба
Rc= 140 кгссм2 - расчетное сопротивление древесины 2 сорта сжатию вдоль волокон принимаемое для прямоугольного сечения шириной свыше 11 см до 13 см.
mн = 12 коэффициент условий работы при действии ветровой нагрузки.
mст= 095 коэффициент учитывающий толщину досок используемых для изготовления стойки толщиной 42 мм
mб= 1 коэффициент учитывающий высоту сечения стойки
Проверка сечения стойки по прочности
Прочность стойки в плоскости изгиба обеспечена.
Расчет стойки из плоскости рамы. Расчетная длина стойки в этом случае равна расстоянию между точками закрепления ее из плоскости рамы. При этом гибкость стойки не должна превышать предельное значение .
Максимальная величина расчетной длины стойки.
следовательно нужно установить распорки.
Тогда расчетная длина стойки
При коэффициент продольного изгиба
Проверка устойчивости стойки по прочности
Устойчивость стойки из плоскости изгиба обеспечена.
Принятые параметры стойки:
-высота стойки Нст= 5750 мм
-высота сечения стойки h = 817 мм
-ширина сечения стойки b = 140 мм
Конструирование и расчет опорного узла стойки:
Расчет крепления стойки к фундаменту производится на действие максимальной растягивающей силы Np.
Продольная сила определяемая без учета снеговой нагрузки.
Для крепления упорных столиков к стойке принимаем болты диаметром d=12 мм.
По конструктивным требованиям размещения болтов ось металлических накладок совпадающая с осью анкерных болтов должна быть расположена от края стойки на расстоянии не менее
Плечо пары внутренних сил
e = h-2a = 817 - 2×60 = 697 мм.
Максимальная растягивающая сила.
Несущая способность в одном срезе при учете ветровой нагрузки принимается равной минимальному из двух значений:
- по смятию древесины стойки
Требуемое число болтов крепления двух опорных столиков к стойке
расчетное сопротивление анкерного болта растяжению.
Требуемое сечение ослабленное нарезкой одного анкерного болта из двух соединяющих стойку с фундаментом и работающих на растяжение
Принимаем анкерные болты диаметром
S1 = 7d=7×12=84 мм примем 100 мм.
S2 = 3.5d=3.5×12=42 мм примем 50 мм.
S3 = 3d=3×12=36 мм примем 48 мм.
S4 = 2d=2×12=24 мм примем 32 мм.
Принимаем анкерные болты диаметром с
Рис 9 Опорный узел стойки
Список используемой литературы
Конструкции из дерева и пластмасс: методические указания к выполнению курсового проекта для студентов направления 270100 «Строительство» и специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» Сост. В. Г. Котлов С. Л. Машинова А. К. Наумов. – Йошкар-Ола: МарГТУ 2007. – 40с.Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и пластмасс. Проектирование и расчет.- Киев: Вища школа1975.-280с.
СП 64.13330.2011. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80.-М. «НИЦ «Строительство»:Стройиздат1983.-31с.
Шишкин В.Е. Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для вузов (техн.) по спец. “Пром. и гражд. стр-во”.-М.:Стройиздат1974.-219с.
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. -М.: НИЦ «Строительство» 2011.-70с.
Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. Для вузов Под ред. Г. Г. Карлсена.-М.Стройиздат1975.-688с.
Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и пластмасс. Проектирование и расчет.- Киев: Вища школа1975.-280с.

ТИТУЛЬНИК.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Поволжский государственный технологический университет
Пояснительная записка
«Конструкции из дерева и пластмасс»
«Каркас одноэтажного однопролетного здания»
Исходные данные для проектирования3
Компоновочная часть3
Расчетно-конструктивная часть5
1. Проектирование и расчет дощатого двойного перекрестного настила5
2. Проектирование и расчет консольно-балочного прогона.11
3. Проектирование и клеедощатой балки14
4. Расчет клеедощатой стойки18
Список используемой литературы25