КДиП Деревянный каркас выставочного павильона в г. Пермь

ПОЯСНИЛКА.docx

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Назначение здания – Выставочный павильон;
Пролет здания – L= 30 м;
Высота до низа конька– H = 84 м;
Шаг колонн – B = 6 м;
Длина здания – Lзд=72 м;
Район строительства – г. Пермь
Тепловой режим здания – отапливаемый (условия эксплуатации A1).
Степень ответственности здания – 2
Относительная влажность воздуха – ;
Тип покрытия – теплое
Материал и толщина утеплителя кровли – Rockwool (минвата) толщ. по расчету.
Материал и толщина утеплителя стен – Rockwool (пенополиуретан) толщ. по расчету.
кровля – рулонная Техноэластмост Б (2 слоя)
Несущая конструкция покрытия – гнутоклееная трехшарнирная рама
Ограждающая несущие конструкция – клеефанерная панель;
К индустриальным деревянным конструкциям относятся деревянные клееные конструкции которые представляют собой крупноразмерные конструкции заводского изготовления. Применение клееных деревянных конструкций удовлетворяет требованиям технической политики в области строительства так как снижает массу зданий и сооружений обеспечивает их капитальность и длительность эксплуатации а также уменьшает трудоёмкость возведения сооружений.
Древесина и конструкции на её основе обладают большой стойкостью по отношению к агрессивным средам и поэтому во многих случаях целесообразно их применение в зданиях с агрессивными средами. Сравнительная лёгкость древесины с учётом её достаточно большой прочности и жёсткости позволяет перекрывать значительные пролёты.древесины сосны и ели равна 0.5 тм3
Долговечность деревянных конструкций защищённых от загнивания только конструктивными мерами достигает сотен лет.
В настоящее время помимо конструктивных мер для защиты деревянных конструкций не только от гниения и древоточцев но одновременно и от возгорания применяют обработку химическими составами что повышает их надёжность при многолетней эксплуатации.
Рассматривая области строительства в которых целесообразно использовать деревянные конструкции следует прежде всего указать на здания и сооружения подвергающиеся некоторым агрессивным воздействиям. Это цехи химических производств производственные здания сельскохозяйственного строительства.
Учитывая что древесина для некоторых районов страны является местным материалом её целесообразно использовать в качестве несущих конструкций пролётных строений автодорожных мостов. Благодаря лёгкости деревянных клееных конструкций их можно применять в зданиях общественного назначения таких как: крытые рынки спортивные сооружения выставочные павильоны и т. п. При строительстве крупных промышленных объектов клееные деревянные конструкции выгодно использовать для строительства сборно-разборных временных сооружений.
Для повышения качества клееных деревянных конструкций необходимо переходить на применение для них пиломатериала надлежащего качества а для склеивания употреблять клей на основе резорцина.
КЛИМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА
Район строительства – г. Пермь Пермский край:
– Ветровой район II в соответствии с табл. 11.1 и приложением Е (карта 2) [3] нормативное значение ветрового давления:
– По табл Д.2 [3] приложения Д принимаем для вертикальных стен прямоугольного плане здания аэродинамический коэффициент:
с = 08(для наветренной стороны)
с = -05(для подветренной стороны)
– В соответствии с пунктом 11.1.6 [3] принимаем для места строительства тип местности Б
– Снеговой район V в соответствии с табл.10.1 и приложением Е (карта 1) [3] нормативное значения веса снегового покрова на 1м2 поверхности земли:
расчетное значения веса снегового покрова на 1м2 поверхности земли:
– Скорость ветра в наиболее холодный период года в соответствии с табл. 3.1 [4]:
– Среднемесячная относительная влажность воздуха наиболее теплого месяца года в соответствии с табл. 4.1 [4]:
– По таблице 5.1 [4] средняя температура воздуха наиболее холодного месяца:
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ЗДАНИЯ
Выбор несущих и ограждающих конструкций. Поперечная рама.
Согласно исходным данным поперечная рама трехшарнирная гнутоклееная пролетом 30 м с высотой стойки до карнизного узла 84 м. Рама имеет прямоугольное сечение– ригеля и стоек.
В коньковом и опорных узлах сечение рамы сплошное состоящее из досок длиной 0.7 м. Это необходимо для крепления двух полурам накладками в коньковом узле и крепления рамы к фундаменту в опорных узлах. Кроме того в карнизном узле и в середине пролета полурамы сечение тоже должно быть сплошным для крепления связей по ригелю и стойкам.
Торец здания выполняется при помощи самостоятельных стоек (брус 200*200 мм - СФ) и ригелей (доски 200*50 мм) которые воспринимают временную ветровую нагрузку и постоянную нагрузку от собственного веса конструктивных элементов и стенового ограждения. Торцевые стойки передают нагрузку от ветра на горизонтальные связи (ГС2). Конструкция торцевого фахверка представляет собой жесткую неизменяемую систему в своей плоскости. Для этого установлены подкосы в пролетах между торцевыми стойками.
Согласно исходным данным здание отапливаемое поэтому применяем утепленное беспрогонное покрытие из клеефанерных плит. В качестве утеплителя плит принимаем минераловатные плиты плотностью о = 100 кгм3. Толщину утеплителя покрытия определим из теплотехнического расчета
В продольных стенах в качестве стеновых панелей применяются плиты аналогичные рядовым кровельным с размерами 1200 * 6000 мм (марка ПС1). В торцевой части здания располагаются следующие стеновые панели: ПС2 (1200 * 6000) ПС3 (1800 * 6000) а также доборные панели ПС4 ПС5 ПС6 ПС7. Схема раскладки стеновых панелей в торце здания изображена на рисунке 3.
рис. 1. Поперечный разрез здания.
Обеспечение пространственной жесткости здания.
В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается поперечными трехшарнирными рамами.
В продольном направлении жесткость здания обеспечивается:
) горизонтальными связями (ГС) в крайних пролетах здания и по его длине на расстоянии 18 м (воспринимают ветровую нагрузку действующую на торец здания)
) деревянными распорками (Р1 и Р2) в каждом шаге по обе стороны от конькового шарнира
) вертикальными связями (ВС) между стойками в крайних пролетах здания и по его длине на расстоянии 18 м (воспринимают ветровую нагрузку действующую на торец здания а также необходимы для раскрепления стоек от потери устойчивости из плоскости рамы)
) продольными рёбрами клеефанерных плит покрытия.
Рисунок 2. Схема расположения элементов каркаса и покрытия
Рисунок 3. Расположение элементов каркаса и покрытия в разрезе
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Исходные данные для расчета
Район строительства – г. Пермь.
Зона влажности района строительства – сухая.
Продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха ≤ 8ºС для г. Саранска zht = 225сут.
Средняя температура наружного воздуха для периода со средней суточной температурой наружного воздуха ≤ 8ºС tht = -55ºС
Относительная влажность внутреннего воздуха φ = 60 %.
Температура внутреннего воздуха tint = +22ºС.
Влажностный режим помещений - сухой
Условия эксплуатации - А
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции int =014 Вт (м2 ºС)
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции н = 23 Вт (м2ºС)
Наименование материала
Коэффициент теплопроводности
Определяем градусо-сутки отопительного периода.
По прил.5 определяем нормируемое значение сопротивления теплопередаче.
Определяем толщину утеплителя.
Принимаем толщину утеплителя
Таким образом фактическое сопротивление теплопередаче наружной стены
Принимаем утеплитель из 1 слоя минераловатных плит толщиной 180 мм.
Определяем градусо-сутки отопительного периода по формуле (1)
По прил.5 определяем нормируемое значение сопротивления теплопередаче.
Принимаем утеплитель из 1 слоя пенополиуретановых плит толщиной 180 мм.
РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ УТЕПЛЕННОЙ ПАНЕЛИ.
В индустриальном строительстве эффективно используют клеефанерные плиты покрытия заводского изготовления которые применяют в качестве настилов и прогонов. Клеефанерные плиты имеют размеры 15×3 и 15×6 м в плане и высоту 130 140 пролета.
Плиты покрытия отличаются малой массой значительной несущей способностью и жесткостью благодаря рациональному сочетанию деревянного каркаса и листовой обшивки. Каркас плит образуется продольными (на всю длину плиты) и поперечными ребрами из досок толщиной не менее 40 мм. К остроганным кромкам каркаса приклеивают обшивки из водостойкой фанеры толщиной 6 10 мм. Шаг продольных рабочих ребер каркаса принимается не более 05 а поперечных - не более 15 м и совпадает с расположением стыков фанеры.
Выбор конструктивного решения панели
Номинальные размеры рядовой плиты покрытия: bп×lп=1500×4500 мм.
Поперечное сечение панели принимаем коробчатой формы. Каркас панели выполняется из древесины сосны 2 категории элементов обшивки – из плоских листов фанеры марки ФСФ сорта ВВВ. При стандартной ширине листов фанеры 1525 с учетом обрезки кромок ширину панелей по верхней и нижней поверхности принимаем равной 1490 мм что обеспечивает зазор между панелями 10 мм.
Зазор перед укладкой рулонного ковра уплотняется теплоизоляционными материалами а бруски образующие четверть в стыке соединяются гвоздями диаметром 5 мм через 300 мм. В продольном направлении длина панели принимается 5980 мм при зазоре между панелями 20 мм.
В качестве утеплителя принимаем минераловатные плиты. На битумной связке (объемная масса y=100 кгм3).
Теплоизоляционные плиты приклеиваются к нижней обшивке панелей на слое битума который одновременно выполняет роль пароизоляционной прослойки. Для сохранения положения теплоизоляционного слоя и предотвращения его смещения при перевозке панелей по верху теплоизоляции укладывается слой картона края которого отгибаются и прибиваются к ребрам каркаса панелей.
Каркас плиты проектируем из досок древесины сосны 2 сорта. Верхняя обшивка из водостойкой семислойной фанеры марки ФСФ сорта ВВВ толщиной 1 = 8 мм нижняя – из пятислойной толщиной 2 = 6 мм.
Характеристики фанеры клееной березовой марки ФСФ сорта ВВВ:
- модуль упругости фанеры Еф = 9000 МПа;
- расчетное сопротивление фанеры изгибу Rф.и. = 65 МПа;
- расчетное сопротивление фанеры сжатию Rф.с. = 12 МПа;
- расчетное сопротивление фанеры растяжению Rф.р. = 14 МПа;
- расчетное сопротивление скалыванию клеевых швов Rф.ск. = 08 МПа.
Характеристики древесины сосны II сорта:
- модуль упругости древесины Ед = 10000 МПа;
- расчётное сопротивление древесины сосны изгибу Rи = 13 МПа;
- расчётное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон Rск = 16 МПа.
Определение количества продольных рёбер
Предварительно высота ребра плиты определяется по формуле:
По сортаменту принимаем доску h×b=200×50мм. С учётом острожки рёбер с двух сторон под склеивание получим окончательную высоту и ширину ребра:
Максимальное расстояние между осями рёбер определяем из работы верхней обшивки толщиной на местный изгиб от монтажной нагрузки 12 кН по формуле:
Назначим количество продольных ребер n = 4 с общей шириной:
Расстояние в свету между рёбрами:
Расстояние между осями рёбер:
увеличим количество продольных ребер – n = 5 с общей шириной:
Рисунок 4. Поперечное сечение клеефанерной плиты
Каркас панели состоит из 5 продольных ребер сечением 200×50 мм (по ГОСТ 24454-80) после острожки кромок h=200-225=195 мм влажность (10±2)%. Относительная высота плиты
Верхняя и нижняя обшивка из фанеры толщиной 8 мм и 6 мм соответственно (по ГОСТ 3916-69*).
Плиту рассчитываем как свободно лежащую на двух опорах однопролетную балку.
Ширина площадок опирания панели на балки принята 20 мм.
Расчетный пролет панели
Расстояние между продольными ребрами по осям
Расчетная ширина плиты при условии
Расчетная ширина верхней обшивки
Рис.5 клеефанерная панель
Геометрические характеристики сечения
Верхняя обшивка рассчитывается на сосредоточенную нагрузку от веса монтажника с инструментом Рн=1кН с коэффициентом надёжности по нагрузке f =12.
Изгибные напряжения в верхней обшивке поперек волокон должны быть меньше сопротивления фанеры изгибу:
Конструктивная ширина плиты:
b = 1490 - 45 = 1445 мм.
lп = 450 см>6·а=6·35=210 см тогда расчётная ширина фанерных обшивок:
bрасч = 0.9 ·1445 = 1301 мм.
Fфв = 8·1301 = 10404 мм2
Fфн = 6·1301 = 7803 мм2
Fр = 45 · 195 · 5 = 43875 мм2.
Определяем отношение:
Приведенная площадь поперечного сечения:
Fпр = (Fфв + Fфн) + Fр · nnp
Fпр = 10404 + 7803 + 43875 · 118 = 699795 см2.
Статический момент приведенного сечения относительно оси совмещенной с нижней гранью нижней обшивки:
Sпр = Fфв · (hпр - 1 2) + Fфн · 2 2 + Fр · (hр 2 + 2) · Ед Еф
где hпр – высота приведенного сечения:
hпр = 195 + 8 +6 = 209 мм.
Положение центра тяжести приведенного сечения (расстояние от нижней грани плиты до центра тяжести):
Приведённый момент инерции относительно центра тяжести сечения:
Приведённые моменты сопротивления:
Сбор нагрузок и определение расчетных усилий
Таблица №1: Сбор нагрузок на 1 м2 покрытия (кгсм2)
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Слой изопласта К qк1 = 5 кгм2 (ТУ 5774-005-05766480-95)
qк1 ·g·γn 1000 = 5·9.81·0.95 1000 = 0.047
Слой изопласта П qк2 = 5.5 кгм2 (ТУ 5774-005-05766480-95)
qк2·g·γn 1000 = 5.5·9.81·0.95 1000 = 0.051
слоя техноэластмост б qк3 = 55 кгм2 (ТУ 5774-004-17925162-2003)
qк3·g·γn 1000 = 5.5·9.81·0.95 1000 = 0.051
Фанера клеёная (2 обшивки) ф = 0.014 м ф = 600 кгм3 (ГОСТ 8673-93)
ф ·ф ·g·γn 1000 = 600·0.014·9.81 · 0.95 1000 = 0.078
Картон qк = 3 кгм2 (ГОСТ 9347-74)
qк·g·γn 1000 = 3·9.81·0.95 1000 = 0.028
Продольные ребра сечением bр · hр = 45 · 195 мм n = 5д = 500 кгм3 (ГОСТ 24454-80)
о · bр·hр · n · g · γn (1000 · b) = 500·0.045 · 0.195 · 5 · 9.81 · 0.95 (1000·1.5) = 0.136
Бруски образующие четверти b ·h = 45 · 90 мм b ·h = 45 · 105 мм д = 500 кгм3 (ГОСТ 24454-80)
о ·bр · hр · n · g ·γn (1000 ·b) = 500 ·( 0.045 · 0.07 + 0.045 · 0.105 )· 9.81 · 0.95 (1000 · 1.5) = 0.025
Прижимные бруски b · h = 20 · 20 мм n = 8д = 500 кгм3 (ГОСТ 24454-80)
о · bр · hр · n · g · γn (1000 · b = 500 · 0.02 · 0.02 · 8 · 9.81 · 0.95 (1000 · 1.5) = 0.01
Минераловатные плиты о = 0.18 м о = 100 кгм3 (ГОСТ 9573-96)
о · о · g · γn 1000 = 100 · 0.18 · 9.81 · 0.95 1000 = 0.168
Слой битума б = 0.002 м б = 1000 кгм3 (ГОСТ 6617-76)
б · о · g · γn 1000 = 1000 ·0.002· 9.81 · 0.95 1000 = 0.019
Расчет плиты на прочность
Расчетные значения внутренних усилий в плите определяются как в простой балке двутаврового сечения на двух опорах с пролетом равным 598 м нагруженной распределенной нагрузкой q=4211 кНм2:
Расчёт плиты по первой группе предельных состояний
а) Проверка устойчивости верхней сжатой обшивки плиты
Проверку устойчивости сжатой обшивки проводим по формуле:
следовательно устойчивость верхней сжатой обшивки плиты обеспечена.
б) Проверка прочности нижней растянутой обшивки плиты
Проверку прочности растянутой обшивки проводим по формуле:
где mф = 0.6 – коэффициент снижения расчётного сопротивления.
следовательно прочность нижней растянутой обшивки плиты обеспечена.
в) Проверка прочности крайних волокон рёбер
Напряжения в рёбрах плиты:
- в крайнем сжатом волокне:
следовательно прочность крайнего сжатого волокна рёбра плиты обеспечена;
- в крайнем растянутом волокне:
следовательно прочность крайнего растянутого волокна рёбра плиты обеспечена.
г) Проверка прочности на скалывание обшивки по шву
Проверка касательных напряжений по скалыванию между шпонами фанеры верхней обшивки в местах приклеивания её к рёбрам:
где Sф – статический момент обшивки относительно оси плиты:
следовательно прочность на скалывание обшивки по шву обеспечена.
д) Проверка прочности на скалывание продольных ребер плиты
Проверку прочности на скалывание продольных ребер плиты проверяем по формуле:
где Sф – приведенный статический момент половины сечения относительно нейтральной оси:
следовательно прочность на скалывание обшивки по шву обеспечена. Прочность на скалывание продольных ребер плиты обеспечена.
Расчёт плиты по второй группе предельных состояний
Расчет плиты на жесткость
Относительный прогиб панели
Для относительного прогиба плиты должно выполнятся условие:
следовательно относительный прогиб плиты меньше максимально допустимого.
Над опорой плиты может произойти поворот торцевых кромок и раскрытие шва шириной:
где hоп – высота плиты на опоре;
– угол поворота опорной грани плиты:
pсн – снеговая нагрузка на плиту:
Расчёт компенсатора в виде отрезков полиэфирных стеклопластиковых волнистых листов толщиной сп = 5 мм при волне 50 * 167 мм производим при аш = 5 мм.
Напряжение при изгибе стеклопластика:
следовательно прочность обеспечена.
где Ест = 300 МПа – модуль упругости полиэфирного стеклопластика
Rст.и = 1.5 МПа – расчётное сопротивление полиэфирного стеклопластика при изгибе
R = 50 мм– радиус скругления.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГНУТОКЛЕЕНОЙ ДЕРЕВЯННОЙ ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ.
Пролет рам 30 м шаг 6 м. Ограждающие конструкции покрытия – рулонная кровля. Район строительства – II. Здание по степени ответственности относится ко II классу (γ = 095). Температурно-влажностные условия эксплуатации А1. Все конструкции заводского изготовления. Материал – древесина из сосны 2-го сорта металлические конструкции – сталь марки С235 ГОСТ 27772-88*. Склеивание рам – клеем ФРФ-50к.
Геометрические размеры
Расчетный пролет рамы составляет 296 м. Уклон ригеля 1:4 т.е.
угол наклона ригеля = 1402;
Высота рамы в коньке f = 84 м (высота по оси рамы)
Тогда высота стойки от верха фундамента до точки пересечения касательных по осям стойки и ригели.
По условиям гнутья толщина досок после фрезеровки должна приниматься не более 16 - 25 см. Принимаем доски толщиной после фрезеровки 19 см. Радиус гнутой части принимаем равным:
r = 3 м > rmin = 150 = 1500019 = 285 м где
- толщина склеиваемых досок.
Угол в карнизной гнутой части между осями ригеля и стойки:
γ = 90 + α = 90 + 1402 = 10402.
Максимальный изгибающий момент будет в среднем сечении гнутой части рамы который является биссектрисой этого угла тогда получим:
Центральный угол гнутой части рамы в градусах и радианах будет равен:
= (90 - )2 = (90 – 5201)2 = 37592 = 7558;
= 90 - = 90 - 1402 = 7558;
lгн = rрад = 3133 = 399 м.
Длина стойки от опоры до начала гнутой части
lпр = lст + lгн + lp = 236 + 399 + 12907 = 19257 м.
На основании произведенных вычислений строим расчетную схему рамы:
Нагрузки от покрытия (постоянная нагрузка) - принимаем по предварительно выполненным расчетам ограждающих конструкций.
нормативнаяgн = 0613 кНм2;
расчетнаяgр = 0711 кНм2.
Собственный вес рамы определяем при Ксв = 7 из выражения
Значения нагрузок действующих на несущую раму
Наименование нагрузки
Коэффициент перегрузки
Собственный вес покрытия
Собственный вес рамы
Статический расчет рамы.
Максимальные усилия в гнутой части рамы возникают при действии равномерно распределенной нагрузки g = 2646 кНм по пролету. При этом опорные реакции будут определяться по следующим формулам:
вертикальные:= 39161 кН;
горизонтальные:= 34499 кН.
Максимальный изгибающий момент в раме возникает в центральном сечении гнутой части. Координаты этой точки можно определить из следующих соотношений:
х = r(1 – cos1) = 3(1 – 0788) = 0636 см;
y = lcт + rsin1 = 236+30615 = 4205 см.
Определим М и N в этом сечении:
N = (A – qx)sin + Hcos = (– 26460636)079 + 34499062 = 50997 кН.
Подбираем сечения и делаем проверку напряжений.
В криволинейном сечении Мmax = 122302 кНм а продольная сила N = 50997 кН.
Их расчетное сопротивление изгибу в соответствии с табл. 3 СП 64.13330.2017 равно 195 МПа. Но умножая его на коэффициент условий работы mв = 1 (табл. 5 СП 64.13330.2017) и деля на коэффициент ответственности сооружения (n = 095) получим
= 2053 МПа = 205 кНсм2.
Требуемую высоту сечения hтр приближено определим преобразовав формулу проверки сечения на прочность по величине изгибающего момента а наличие продольной силы учтем введением коэффициента 06.
Принимаем высоту сечения несколько больше требуемой при этом высота сечения должна состоять из целого числа досок т.е. принимаем 113 слоев толщиной после строжки = 16 мм тогда:
hгн = 11316 = 1808 мм > 1580 мм.
Высоту сечения ригеля в коньке принимаем из условия
hк > 03 hгн = 031808= 5424 мм из 32 слоев досок толщиной после строжки =16 мм:
Высоту сечения стойки рамы у опоры принимаем из условия
Hоп > 04 hгн = 041808 = 7232 мм из 46 слоев досок толщиной после строжки =16 мм:
Hоп = 4616 = 736 мм.
Геометрические характеристики принятого сечения криволинейной части рамы:
Fрасч = bhгн = 0241808 = 4339210-3 м2;
В соответствии с п. 3.2 СП 64.13330.2017 к расчетным сопротивлениям принимаются следующие коэффициенты условий работы:
mгн = 0813 (табл. 9 для Rc и Rи);
mгн = 0613 (табл. 9 для Rp).
Проверка напряжений при сжатии с изгибом.
Изгибающий момент действующий в центре сечения находится на расстоянии от расчетной оси равном
hст - высота сечения стойки рамы у опоры;
hгн - высота сечения криволинейной части рамы.
Расчетные сопротивления древесины сосны 2 сорта с учетом всех коэффициентов условий работы определим по формулам:
Где 195 МПа – расчетное сопротивление сосны II сорта см. табл. СП 64.13330.2017
Где 105 МПа – расчетное сопротивление по СП 64.13330.2017
Расчетная длина полурамы lпр = 19257 м радиус инерции сечения
r = 0289х095 = 027455
тогда гибкость λ = lпрr = 19257027455 = 7014.
Для элементов переменного по высоте сечения коэффициент следует умножить на коэффициент kжN принимаемый по табл. 1 прил. 4 СП 64.13330.2017
kжN = 066 + 034 = 066 + 03407613 = 0919 где
- отношение высоты сечения верхней части стойки к нижней:
Коэффициент определяем по формуле (8) СП 64.13330.2017
= 061 если произведение φkжN>1 то принимаем φkжN=1.
Далее следует определить коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента по формуле (30) СП 64.13330.2017
где N0 = H – усилие в ключевом шарнире.
Изгибающий момент от действия продольных и поперечных нагрузок определяемы из расчета по деформированной схеме в соответствии с п. 4.17 СП 64.13330.2017 будет определяться по формуле (29) СП:
Для криволинейного участка при отношении
r – радиус кривизны центральной оси криволинейного участка.
Следовательно в соответствии с п. 6.30. СП 64.13330.2017 прочность следует проверять для наружной и внутренней кромок по формуле (28) того же СП в которой при проверке напряжений по внутренней кромке расчетный момент сопротивления согласно п. 4.9 СП следует умножать на коэффициент kгв а при проверке напряжений по наружной кромке – на коэффициент kгн.
Расчетный момент сопротивления с учетом влияния кривизны составит:
для внутренней кромки:
Wв = Wрасчkrв = 1307510-307784 = 10177610-3 м3;
для наружной кромки:
Wн = Wрасчkrн = 1307510-3118 = 15410-3 м3.
Тогда напряжения во внутренней и внешней кромках определим по формуле (28) СП 64.13330.2017:
= 1404 МПаRc = 1469 МПа;
= 676 МПа Rр = 677 МПа.
Это означает что условие прочности по растяжению удовлетворяется т.к.:
(677-676)676100% = 014%5%.
Окончательно принимаем сечения рамы:
hгн=1808 см; hк = 544 см; hоп = 736 см
Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы.
Рама закреплена из плоскости:
- в покрытии по наружной кромке - плитами по ригелю
- по наружной кромке стойки – стеновыми панелями.
Внутренняя кромка не закреплена. Эпюра моментов в раме имеет следующий вид:
Точку перегиба моментов т.е. координаты точки с нулевым моментом находим из уравнения моментов приравнивая его к нулю:
получаем уравнение вида
Принимаем x = 498 м тогда:
Точка перегиба эпюры моментов соответствует координатам х = 498 м от оси опоры у = 5945 м.
Тогда расчетная длина растянутой зоны имеющей закрепления по наружной кромке равна:
Расчетная длина сжатой зоны наружной (раскрепленной) кромки ригеля (т.е. закреплений по растянутой кромке нет) равна:
Таким образом проверку устойчивости плоской формы деформирования производим для 2-х участков.
Проверка производится по формуле:
Для сжатого участка lр2 = 10124 м находим максимальную высоту сечения из соотношения:
Показатель степени n=2 т.к. на данном участке нет закреплений растянутой стороны.
Находим максимальный момент и соответствующую продольную силу на расчетной длине 10124 м при этом горизонтальная проекция этой длины будет равна
Максимальный момент будет равен в сечении с координатами: х1 и у1
Момент по деформируемой схеме
Коэффициент mб=08 для h = 1808 м
При расчете элементов переменного по высоте сечения не имеющих закреплений из плоскости по растянутой кромке или при числе закреплений m4 коэффициенты у и М – следует дополнительно умножать соответственно на коэффициенты kжN и kжМ в плоскости yz:
Подставим значения в исходную формулу:
Производим проверку устойчивости плоской формы деформирования растянутой зоны на расчетной длине где имеются закрепления растянутой зоны.
Гибкость с коэффициент
При закреплении растянутой кромки рамы из плоскости коэффициент необходимо умножить на коэффициент kпN а - на коэффициент kпМ.
Поскольку верхняя кромка рамы раскреплена плитами покрытия шириной 12 м и число закреплений m>4 величину следует принимать равной 1 тогда:
уkпN = 0173631 = 109;
МkпМ = 05521147 = 6.33.
Подставим полученные значения в формулу проверки устойчивости плоской формы деформирования:
т.е. общая устойчивость плоской формы деформирования полурамы обеспечена с учетом наличия закреплений по наружному контуру.
Поскольку все условия прочности и устойчивости рамы выполняются принимаем исходные сечения как окончательные.
Расчет и конструирование узлов
Определим усилия действующие в узле:
продольная:N0 = А = 122302 кН;
поперечная:Q0 = H = 50997 кН.
Опорная площадь колонны:
Fоп = bhоп = 24736 =17664 см2.
При этом напряжения смятия см составят:
= 06924 кНсм2 Rсм = 122 кНсм2 где
Rсм – расчетное сопротивление смятию которое определяется по табл. 3 СП 64.13330.2017
Нижняя часть колонны вставляется в стальной сварной башмак состоящей из диафрагмы воспринимающей распор и двух боковых пластин воспринимающих поперечную силу и стальной плиты – подошвы башмака.
При передаче распора на башмак колонна испытывает сжатие поперек волокон нормативное значение расчетного сопротивления которому определяется по таблице 3 СП 64.13330.2017 и для принятого сорта древесины составляет:
Rсм90н = 300 МПа = 03 кНсм2.
Поле деления на коэффициент ответственности сооружения получим расчетное его значение:
= 316 МПа = 0316 кНсм2.
Требуемая высота диафрагмы определяется из условия прочности колонны.
Конструктивно принимаем высоту диафрагмы 68 см.
Определим требуемую толщину опорной вертикальной диафрагмы рассчитав ее на изгиб как балку частично защемленную на опорах с учетом пластического перераспределения моментов:
Найдем требуемый из условия прочности момент сопротивления сечения. При этом примем что для устройства башмака применяется сталь С235 с расчетным сопротивлением Rу = 230 МПа.
Из выражения для момента сопротивления известной из курса сопротивления материалов находим что:
Принимаем толщину диафрагмы = 18 см.
Боковые пластины принимаем той же толщины.
Башмак крепим к фундаменту двумя ботами работающими на срез и растяжение.
Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты: длина lп = 75 см ширина bп = 34 см.
Сжимающее усилие передается непосредственно на фундамент. Изгибающий момент передающийся от башмака равен:
Момент сопротивления опорной плоскости башмака составит:
Для устройства фундаментов принимаем бетон класса В15 имеющий расчетное сопротивление сжатию Rb = 11 кНсм2.
Сжимающее напряжение под башмаком определим по формуле:
= 027 кНсм2 Rb = 11 кНсм2.
Для крепления башмака к фундаменту принимаем болты диаметром 36 мм имеющие следующие геометрические характеристики:
Определим усилия в болтах:
растягивающие на один болт:
Напряжение растяжения в пределах нарезки составит:
= 109 кНсм2 = 1743 кНсм2
т.е. условие прочности выполняется.
Напряжение среза определим по формуле:
= 1254 кНсм2 = 1404 кНсм2 где
Rs–расчетное сопротивление срезу стали класса С235 равное в соответствии с табл. СП 64.13330.2017Ry.
Условие прочности анкерных болтов выполняется.
Коньковый узел устраивается путем соединения двух полурам нагельным соединением с помощью стальных накладок.
На накладки действует поперечная сила от односторонней снеговой нагрузки равная:
S – расчетная снеговая нагрузка вычисленная ранее.
Определяем усилия действующие на болты присоединяющие прокладку к поясу:
l2 – расстояние между вторым рядом болтов.
По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями могут быть l1l2 = 12 или l1l2 = 13. Принимаем отношение 13 чтобы получить меньшее значение усилий.
Принимаем диаметр болтов 30 мм и толщину накладки 100 мм.
Несущую способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 90° к волокнам согласно таблице 1719 СП находим из условий:
но не более значения
где a – толщина накладки; d – диаметр болтов.
Смятия крайних элементов - накладок:
Смятия среднего элемента – рамы:
где с – ширина среднего элемента узла (рамы).
Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов: Tmin = 141кН.
Необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:
Количество болтов в дальнем от узла ряду:
Следовательно принимаем 2 болта в первом ряду и 1 болт в крайнем ряду.
Проверку боковых накладок на изгиб не выполняем ввиду очевидного запаса прочности.
МЕРОПРИЯТИЯ И СПОСОБЫ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
Наряду со строительством новых общественных и производственных зданий и сооружений одной из важнейших задач является задача сохранения существующих среди которых значительная часть содержит деревянные несущие и ограждающие конструкции. Правильная эксплуатация зданий и сооружений обеспечивает их исправное состояние т.е. сохранность и безотказную работу деревянных и других конструкций в пределах не менее нормативного срока службы а во многих случаях позволяет значительно увеличить срок их службы. Нормальными условиями эксплуатации являются такие при которых деревянные конструкции не повреждаются нагрузки действующие на них не превосходят их несущей способности а температура и влажность не превышают допустимых. При нарушении этих условий деревянные конструкции могут преждевременно потерять свою несущую способность и жёсткость.
Тщательный осмотр деревянных конструкций должен быть произведён при приёмке их в эксплуатацию и в дальнейшем повторяться периодически не реже одного раза в год.
Важную роль в продлении срока службы играет преждевременная защита деревянных строительных конструкций и деталей от увлажнения поражения деревоокрашивающими и дереворазрушающими грибами поражения насекомыми – вредителями а также от механических повреждений. Защита от увлажнения может быть обеспечена покраской поверхностей соответствующими влагозащитными лакокрасочными материалами. Их наносят в жидком виде тонким слоем кистью или опрыскивателем на поверхность эксплуатируемой деревянной конструкции или детали. Толщина слоя лакокрасочного покрытия должна составлять 100-250 мкм в зависимости от условий эксплуатации а также от вида защитного материала. Для борьбы с биовредителями осуществляют газовую дезинфекцию деревянных конструкций и элементов (фумигация) или обработку древесины горячим воздухом. Древесину обрабатывают горячим воздухом подавая его в закрытое помещение чаще всего в чердачное помещение. Древесина в течение часа должна быть подогрета так чтобы внутри её была достигнута температура при которой наступает гибель соответствующего вида биовредителя. Температурно-влажностный режим имеет решающее значение для долговечности деревянных конструкций поскольку его нарушение ведет к увлажнению и загниванию или перегреву и ослаблению древесины. Для защиты деревянных конструкций и элементов эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности или если сама древесина имеет высокую влажность применяют антисептические пасты диффузионного действия содержащие антисептик (фтористый натрий бура) и связующие материалы (каменноугольные лаки экстракты сульфитных щёлоков латексы поливинилацетатные эмульсии).
В первые годы эксплуатации конструкций происходит процесс обмятия нагруженных поверхностей соединений а в конструкциях повышенной влажности - также усушка уменьшение размеров элементов.
В результате этого плотность и монолитность соединений могут быть нарушены болты могут потерять первоначальное натяжение появляются щели и зазоры между соединяемыми элементами. Ослабевшие болты должны быть обязательно подтянуты и первоначальная плотность восстановлена. Необходимо учитывать что в большинстве случаев причиной аварийного состояния некоторых деревянных конструкций были неудовлетворительное качество соединений наличие перегрузки конструкций и их недостаточного горизонтального закрепления наличие недопустимых прогибов и выхода из плоскости. Перегрузка конструкций особенно постоянной нагрузкой значительно снижает надёжность их работы и сроки их нормальной эксплуатации поскольку длительная прочность древесины значительно ниже кратковременной. При осмотрах конструкций необходимо строго следить чтобы фактические действующие на конструкции нагрузки не превышали проектных. Таким образом долговечность конструкций из дерева во многом зависит от преждевременной защиты от различных видов повреждений и правильного ухода за конструкцией.
СП 64.13330.2017 - Деревянные конструкции.
СП 50.13330.2012 Строительная теплотехника.
СП 20.13330.2012 Нагрузки и воздействия.
СП 16.13330.2017 Стальные конструкции.
Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для ВУЗов. Под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В.Слицкоухова.- 5-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат 1986.-543с. ил.
Зубарев Г.Н. Лялин И.М. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб.пособие для студентов ВУЗов.-М.: Высш. школа 1980.-311 с. ил.
Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования: Учеб.пособие для ВУЗов Ю.В.Слицкоухов И.М. Гуськов Л.К. Ермоленко и др.; Под ред. Ю.В. Слицкоухова.- М.: Стройиздат 1991.- 256с.:ил.
Методические указания. Методическое пособие по курс.проект.конструкций из дерева. Автор: Борисова И.С. Кострома: изд.КГСХА 1999 г.-76 с.: ил.