Проектирование деревянного каркаса выставочного павильона в г. Шарыпово

ПЗ Крук круглое здание 42м..docx

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Строительных конструкций и управляемых систем
по конструкциям из дерева и пластмасс
наименование дисциплины
«Проектирование деревянного каркаса выставочного павильона в г. Шарыпово»
подпись дата инициалы фамилия
номер группы зачетной книжки подпись дата инициалы фамилия
Задание на проектирование4
2Краткая характеристика здания4
Вариантное проектирование5
3 Технико-экономическое сравнение вариантов11
Теплотехнический расчет плиты покрытия17
Техническое проектирование20
2 Определение размеров плиты20
3 Расчет верхней обшивки на местный изгиб22
4 Особенности расчета клеефанерной панели24
6 Статический расчет29
7 Конструктивный расчет31
8 Статический расчет арки36
9 Геометрический расчет полуарок38
10 Подбор сечения клеедощатой арки45
11 Проектирование дощатоклееной колонны50
Рабочее проектирование64
1 Расчет верхнего опорного кольца64
2 Расчет нижнего опорного кольца66
Обеспечение долговечности конструкций70
1 Защита конструкций от биологического разрушения70
2 Защита конструкций от возгорания72
3 Защита металлических элементов от коррозии72
4 Защита конструкций при перевозке и хранении73
Патентные исследования74
1 Узловое соединение неразрезной балки с колоннами74
2 Узловое соединение деревянных элементов76
3 Опорный узел клееной деревянной колонны78
4 Способ соединения деревянных элементов конструкций80
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ83
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Расчет в программном комплексе SCAD84
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патентные исследования92
Один из путей расширения номенклатуры применяемых строительных конструкций изделий и материалов а также снижения металлоёмкости строительства – внедрение в практику лёгких конструкций из дерева и пластмасс. Деревянные конструкции внешне привлекательны легки надёжны и технологичны. В настоящее время рост объёмов применения деревянных конструкций обусловлена такими достоинствами древесины как экологичность низкая энергоёмкость и восстанавливаемость лесных запасов.
Древесина – ценный конструкционный строительный материал продукт лесов запасы которого постоянно возобновляются. Конструкции из дерева относятся к классу легких строительных конструкций применение которых является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
В курсовом проектировании по индивидуальному заданию полученному от руководителя проекта разрабатываются строительные конструкции с применением эффективных современных строительных материалов.
Основные цели курсового проектирования заключаются в освоении принципов объемно-планировочной компоновки деревянных каркасных зданий приобретении навыков в конструировании и расчете несущих и ограждающих конструкций из дерева и пластмасс.
Основные задачи состоят в следующем:
Выбрать материалы для изготовления соответствующих элементов конструкций и назначить расчётные сопротивления установить класс здания степень огнестойкости и условия эксплуатации.
Определить нагрузки действующие на сооружение и вычислить внутренние усилия возникающие при этом в элементах конструкций.
Запроектировать и рассчитать ограждающие и несущие конструкции здания их элементы узлы и соединения.
Разработать основные принципы монтажа зданий и выбрать мероприятия по обеспечению его долговечности защите конструкций от гниения возгорания и коррозии.
Задание на проектирование
Исходные данные принимаем по таблицам 1 и 6 методических указаний [1] в соответствии с номером зачетной книжки.
Таблица 1.1 – Исходные данные
Расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности кПа
Нормативное значение ветрового давления кПа
W0 = 038 (III район)
Температурно-влажностные условия эксплуатации
Степень огнестойкости здания
Уровень ответственности здания
Коэффициент надежности
Нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности кПа
2 Краткая характеристика здания
Здание представляет собой двадцатидвухугольный в плане павильон пролетом 42 м. Высота до верха колонны принята 6 м. Здание расположено в г. Шарыпово и предназначается для расположения в нем торгового павильона.
Вариантное проектирование
Вариантное проектирование предусматривает схематическую и эскизную проработку двух вариантов возможных конструктивно-компоновочных решений проектируемого объекта с целью последующего выбора из них наиболее оптимального. Ознакомившись с технической литературой изучив особенности проектируемого здания его технологические параметры выбираем два возможных варианта: первый – трехшарнирная гнутоклееная арка второй – трехшарнирная треугольная рама.
Несущая конструкция покрытия – купол пролетом 42 м и высотой 7 м который опирается на деревянный каркас здания высотой 6 м.
Торговый павильон в плане имеет правильную двадцатидвухугольную форму. Покрытие - ребристый купол который состоит из поставленных рационально по углам плоских трехшарнирных арок опирающихся верхними концами в верхнее кольцо а нижними на нижнее кольцо. По верху арок укладывают покрытие из плит трапецеидальной формы. В качестве плит покрытия применяем утепленную клеефанерную плиту покрытия коробчатого сечения. Плоские арки выполняются клеедощатыми постоянного сечения по длине. Расстояние между арками – 6 м. Устойчивость арок в плоскости перпендикулярной к вертикальной плоскости а также общую неизменяемость обеспечивает верхнее сжатое кольцо диаметром Дв = 3 м. Проектируем кольцо жестким поскольку две полуарки расположенные в одной диаметральной плоскости и прерванное кольцо рассматриваются как единая трехшарнирная арка. Верхнее кольцо стальное многоугольное из прокатного профиля - швеллера. Нижнее кольцо деревянное.
Ограждающая часть покрытия выполнена из утепленных клеефанерных панелей коробчатого сечения укладываемых по ребрам и кровлей из стеклоизола (мягкая кровля). Утеплитель из минераловатных плит плотностью 150 кгсм2 толщиной 150 мм. Материал ребер купола – сосновые доски II сорта влажностью до 12 %.
Первый вариант компоновочной схемы здания с расстановкой связей показан на рис. 1.
1.1 Геометрические размеры арки.
Количество ребер nопределяем по формуле
где – пролет несущей конструкции м;
В – величина шага м.
Принимаем: = 42 м; В = 6 м согласно [1].
Подставляем значения в формулу (2.1) получаем
Принимаем 22 ребер.
Исходя из того что n = 22уточним величину шага преобразовав
формулу (2.1) и подставив в нее принятое количество ребер
– количество ребер шт.
Принимаем: = 42 м; = 22подставляем в формулу получаем
Принимаем величину шага 6 м.
Стрела подъема арки м определяется по формуле
где – то же что и в формуле (2.1).
Подставляем значения в формулу (2.2) получаем
Принимаем стрелу подъема арки f = 7 м.
Радиус кривизны арки r м определяем по формуле
где – то же что и в формуле (2.1);
– то же что и в формуле (2.2).
Принимаем: = 42 м; = 7 м.
Подставляем значения в формулу (2.3) получаем
Принимаем радиус кривизны арки = 35 м.
Центральный угол полуарки град. определяем по формуле
– то же что и в формуле (2.3).
Принимаем: = 42 м; = 35 м.
Подставляем значения в формулу (2.4) получаем
Принимаем центральный угол полуарки
Длину дуги купола м определяем по формуле
где – то же что и в формуле (2.3);
– то же что и в формуле (2.4).
Принимаем: = 35 м; .
Подставляем значения в формулу (2.5) получаем
Принимаем длину дуги купола = 45 м.
Длину одного ребра м определяем по формуле
где S – длина дуги купола м;
- диаметр верхнего опорного кольца м.
Принимаем: S = 45 м; Дв = 3 м
Подставляем значения в формулу (2.6) получаем
Принимаем длину опорного ребра
1.2 Геометрическая схема арки.
Конструктивная схема ребристого купола и геометрическая схема арки показаны на рисунках 2.1 и 2.2.
Рисунок 2.1 - Конструктивная схема ребристого купола
Рисунок 2.2 - Геометрическая схема арки
Несущая конструкция покрытия – купол пролетом 42 м и высотой 7 м который опирается на деревянный каркас здания высотой 6 м. Несущей конструкцией является рама из прямолинейных элементов треугольного очертания.
Высота определяется в пределах от 14 до 17 части пролета. Примем высоту h = 7 м.
Коэффициенты kM = 2 km = 5 % [1 прил. табл. 1].
Конструктивная схема треугольной рамы представлена на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Конструктивная схема треугольной рамы
3 Технико-экономическое сравнение вариантов
3.1 Расчет нагрузки от собственной массы конструкций на 1 м2.
Перед началом расчета найдем массу плит покрытия и изоляционного ковра. Нагрузка от собственного веса плит 03 кНм2 (по [1] приложение 2).
Нагрузка от веса гидроизоляционного трехслойного ковра 009 кНм2 (по [1] приложение 3).
Нагрузку от собственной массы несущей конструкции на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяют по формуле
где qn – постоянная нормативная нагрузка на несущую конструкцию от собственной массы вышележащих конструкций (настилов утеплителя кровли и др.) Нм2;
pn – нормативная временная нагрузка от снега и ветра если последняя совпадает по направлению с первой приведенная к 1 м2 горизонтальной проекции Нм2;
KM – коэффициент учитывающий собственную массу конструкции в зависимости от ее типа и определяемым по таблицам приведенным в справочной и учебной литературе.
Принимаем: = 039 кНм2 = 39 кГсм2; = 24 кНм2 =240 кГсм2;= 2.
Подставляем значения в формулу (2.7) получаем
Принимаем нагрузку от собственной массы несущей конструкции на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия
Принимаем: = 039 кНм2 = 39 кГсм2;= 24 кНм2 = 240 кГсм2;= 3.
3.2 Определение расхода металла и древесины на несущие конструкции.
Расход металла на несущие конструкции по заданию в целом определяем по формуле
где – коэффициент металлоемкости конструкции;
– то же что и в формуле (2.7).
Расход древесины «в деле» на несущие конструкции по зданию определяем по формуле (2.9)
где – плотность древесины принимаемая согласно [3] кгм3;
– то же что и в формуле (2.7);
L – то же что и в формуле (2.8);
– то же что и в формуле (2.8).
Принимаем: ; = 3%; L = 42 м; кг;
Подставляем значения в формулу (2.8) получаем
Принимаем расход металла на несущие конструкции по заданию в целом
Подставляем значения в формулу (2.9) получаем
Принимаем расход древесины «в деле» на несущие конструкции по зданию
Принимаем: ; = 2%; L = 42 м;
Принимаем расход древесины «в деле» на несущие конструкции по зданию VD = 1392 м3.
3.3 Определение расхода лесоматериалов для изготовления несущих конструкций покрытия с учетом отходов.
Расход лесоматериалов для изготовления клеедощатых конструкций с учетом отходов определяют по формуле
где – коэффициент учитывающий отходы древесины для клееной древесины с толщиной слоя от 33 до 42 мм k0 = 14;
– то же что и в формуле (2.9).
Подставляем значения в формулу (2.10) получаем
Принимаем расход лесоматериалов для изготовления клеедощатых конструкций с учетом отходов
3.4 Определение приведенного расхода древесины.
Расход древесины приведенный к круглому лесу определяется по формуле (2.12)
где 161 – переходный коэффициент указывающий расход круглого леса;
– то же что и в формуле (2.10).
Подставляем значения в формулу (2.11) получаем
Принимаем расход древесины приведенный к круглому лесу
3.5 Определение трудоемкости изготовления конструкций.
Трудоемкость изготовления конструкций определяется по формуле
где 16 – ориентировочная трудоемкость изготовления строительных конструкций из клееных криволинейных элементов (арок) определяемая по [1] приложение 3 таблица 4;
Подставляем значения в формулу (2.12) получаем
Принимаем трудоемкость изготовления конструкций
3.6 Определение трудоемкости монтажа конструкций.
Трудоемкость монтажа конструкций определяем по формуле
где 1 – трудоемкость монтажа рам и арок гнутоклееных определяемая по таблице 5 приложения 3 [1];
N – количество арок.
Принимаем N = 10 шт.
Подставляем значение в формулу (2.13).
Принимаем трудоемкость монтажа конструкций
Полученные результаты сводятся в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Технико-экономическое сравнение вариантов
Наименование показателя
Масса конструкции т.
Расход древесины «в деле» (на здание) м3
Расход лесоматериалов с учетом отходов м3
Общий расход древесины
приведенный к круглому лесу м3
Трудоемкость изготовления чел.-ч.
Трудоемкость возведения чел.-ч.
Стоимость 1 м3 древесины приведенного к круглому лесу руб.
Стоимость древесины приведенной к круглому лесу на конструкцию руб.
Стоимость 1 кг металла руб.
Стоимость металла на конструкцию руб.
По расходу древесины (приведенному к круглому лесу) и по расходу металла клеедощатая арка выгоднее треугольной рамы. К расчету принимаем первый вариант - клеедощатую арку.
Теплотехнический расчет плиты покрытия (СП 50.13330.2012)
Градуса-сутки отопительного периода ГСОП определяем по формуле
где– продолжительность отопительного периода сутгод по [2 табл. 3.1];
– расчётная температура внутреннего воздуха °С;
– средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°С по [2 табл. 3.1].
Принимаем: = 250 сут.год; =18°С; = -58 °С.
Подставляем значение в формулу (3.1) получаем
Требуемое сопротивление теплопередаче стены Rreq (м2°С)Вт определяется по формуле
где а b – коэффициенты значения которых следует принимать по [4 табл. 3] для соответствующих групп зданий;
ГСОП – то же что и в формуле (3.1).
Принимаем: а = 00004 b =16 ГСОП =5950.
Подставляем значения в формулу (3.2)
Принимаем утеплитель – «экструдированного пенополистирола XPS CARBON ECO» согласно [5].
Верхняя и нижняя обшивки из фанеры
Расчетное сопротивление теплопередаче м определяется по формуле
где - требуемое сопротивление теплопередаче стены ;
- коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей узла конструкции соответственно Вт(м2 °С);
λ2 - коэффициент теплопроводности утеплителя Вт(м °С);
- толщина конструкционного слоя м;
λ13 - коэффициент теплопроводности материала конструкционного слоя Вт(м °С).
Принимаем =87Вт(м2°С); =23Вт(м2°С); λ2=0031Вт(м°С); 13=0008м; λ13=015Вт(м°С).
Из формулы (3.3) выражаем требуемую толщину утеплителя см получаем формулу
Принимаем толщину утеплителя равной 120 мм.
Принимаем утеплитель – из минераловатных плит «ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК» согласно [5].
Толщину утеплителя м определяется по формуле (3.4)
Принимаем =87Вт(м2°С); =23Вт(м2°С); λ2=0039Вт(м°С); 13=0008м; λ13=015Вт(м°С).
Подставляем значения в формулу получаем
Принимаем толщину утеплителя равной 150 мм.
Полученные результаты сводятся в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 – Технико-экономическое сравнение вариантов утеплителя
«ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК»
Масса 1м3 утеплителя кг
Толщина слоя утеплителя мм
Цена одного кубического метра руб.
Проанализировав результаты технико-экономических показателей двух различных утеплителей утеплитель из экструдированного пенополистирола «XPS CARBON ECO» имеет ряд преимуществ ряд преимуществ:
– Плотность на 25% меньше чем утеплителя из минераловатных плит «ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК»;
– Водопоглащение ниже в 5 раз;
– Толщина пенополистирола меньше от сюда масса 1м3 ниже.
На ряду с рядом достоинств у данного материала есть большой недостаток – это горючесть не смотря на самозатухающие свойства материал горит. Причем этот процесс сопровождается выделением токсичных веществ в атмосферу.
Вторым отрицательным фактором является паронепроницаемость экструдированный пенополистирол практически совсем не пропускает воздух. В случае его применения придется продумывать систему вентиляции помещений. В противном случае повышенная влажность и недостаток кислорода станут доставлять дискомфорт.
Проанализировав все достоинства и недостатки двух вариантов принимаем утеплитель из минераловатных плит «ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК» толщиной 150 мм который выгодно отличается огнестойкостью утеплитель пожаробезопасен. Также в ряду достоинств можно выделить экологическую безопасность и влагостойкость материал не выделяет никаких опасных веществ и практически не подвержен действию влаги. Минераловатные плиты не гниют на них не появляется плесень и прочие грибки.
Техническое проектирование
Расчет клеефанерных плит производят по прочности и прогибам при изгибе по схеме однопролетной шарнирно опертой балки на нормальные составляющие нагрузок от собственного веса и снега. Верхняя обшивка проверяется на сжатие и устойчивость при изгибе а также на местный изгиб между продольными ребрами от сосредоточенного груза представляющего собой монтажную нагрузку от веса человека с инструментом. Нижняя обшивка проверяется на растяжение при изгибе. Также производится проверка плиты на скалывание при изгибе в уровне нейтральной оси и в месте прикрепления обшивок к продольным ребрам. При проверке клеефанерных плит по прогибам принимается модуль упругости фанеры но вводится с коэффициент 07 учитывающий понижение жесткости сечения. Все расчеты кроме расчета верхней обшивки на местный изгиб производятся с использованием приведенных геометрических характеристик.
2 Определение размеров плиты.
Номинальную длину плиты принимаем .
Конструктивную длину мм определяем по формуле
где- номинальная длина плиты покрытия мм.
Подставляем значения в формулу (4.1) получаем
Принимаем конструктивную длину плиты покрытия
Номинальную ширину плиты принимаем
Конструктивную ширину верхней обшивки определяем по формуле
где- номинальная ширина плиты покрытия мм.
Подставляем значения в формулу (4.2) получаем
Принимаем конструктивную ширину плиты покрытия
Толщину верхней обшивки принимаем
Толщину нижней обшивки принимаем
Высоту сечения поперечного ребра рассчитаем по следующей формуле
t - толщина одного слоя клееной доски мм;
Принимаем: толщина слоя после обработки
Подставляем значения в формулу (4.3) получаем
Принимаем количество слоев клеефанерной доски n = 7 шт.
Уточним высоту поперечного сечения преобразовав формулу (4.3)
где n – количество слоев клеефанерной доски шт;
t - минимальная толщина одного слоя клееной доски мм.
Подставим значения в формулу получаем
Исходя из найденных размеров воздушная прослойка толщиной 46 мм.
Высоту плиты определяем по формуле
гдеh – то же что в формуле (4.4) мм;
– толщина верхней обшивки плиты покрытия мм;
– толщина верхней обшивки плиты покрытия мм;
Принимаем: h = 196 мм; = 10 мм; = 8 мм.
Подставляем значения в формулу (4.5) получаем
Принимаем высоту плиты покрытия
3 Расчет верхней обшивки на местный изгиб
Верхняя обшивка рассчитывается на местный изгиб между продольными ребрами по схеме балки пролетом с жесткой заделкой на опорах в местах прикрепления обшивки к кромкам продольных ребер рисунок 4.1.
Рисунок 4.1 – Расчетная схема верхней фанерной обшивки при действии монтажной нагрузки
В качестве нормативной монтажной нагрузки принимается сосредоточенная сила равная 1 кН от веса человека с инструментом которая распределяется на ширину полосы фанерной обшивки равной 100 см [8]. Расчетная величина монтажной нагрузки Р определяется путем умножения на коэффициент надежности по нагрузке 12. Расчетный изгибающий момент от монтажной сосредоточенной нагрузки в верхней обшивке панели с учетом ее прикрепления к ребрам рассчитывается по формуле
где – расстояние между продольными ребрами;
P – монтажная нагрузка.
Принимаем: Подставляем значения в формулу (4.6) получаем
Принимаем расчетный изгибающий момент
Условие прочности при изгибе верхней обшивки
где – момент сопротивления верхней обшивки шириной
– расчетное сопротивление фанеры изгибу поперек шпона.
Требуемый шаг продольных ребер в первом приближении можно найти по формуле
где - расчетное сопротивление фанеры изгибу поперек шпона Нмм2;
- толщина фанерной обшивки мм;
P - монтажная нагрузка кН.
Так как требуемый шаг продольных ребер слишком велик то принимаем количество продольных ребер конструктивно 4Расстоянием между ребрами рассчитаем по формуле
где B – ширина плиты мм;
bp – ширина ребра в сечении мм;
n– количество шагов шт.
Принимаем В = 1480 мм; n = 3 шт.
Принимаем шаг продольных ребер a = 480 мм.
4 Особенности расчета клеефанерной панели
Фанера и древесина применяемые в обшивках и ребрах панели обладают неодинаковыми модулями упругости. Наиболее напряженным материалом в панелях является фанера расположенная в зонах максимальных нормальных напряжений возникающих при изгибе панели.
Ввиду того что модули упругости фанеры и древесины различны геометрические характеристики расчетного поперечного сечения клеефанерных плит заменяются на приведенные. Приведенные геометрические характеристики сечения находятся по следующим формулам:
где Апр площадь клеефанерной плиты см2;
Sпр статический момент клеефанерной плиты см3;
Iпр момент инерции приведенного сечения клеефанерной плиты см4;
Аф площадь фанерных обшивок см2;
Sф статический момент фанерных обшивок см3;
Iф момент инерции фанерных обшивок относительно нейтральной оси приведенного сечения см4;
Адр площадь продольных ребер плиты см2;
Sдр статический момент продольных ребер плиты см3;
Iдр момент инерции продольных ребер плиты относительно той же нейтральной оси см4;
Едр модуль упругости древесины принимаемый по [9 п. 3.5 и табл. 11] МПа.
Еф модуль упругости фанеры принимаемый по [9 п. 3.5 и табл. 11] МПа.
Распишем формулу (4.10) площади сечения клеефанерной плиты Апр
где bрас – расчетная ширина плиты покрытия см;
– толщина верхней обшивки плиты покрытия см;
– толщина нижней обшивки плиты покрытия см;
n – количество продольных ребер шт;
bp – расчетная ширина ребра см;
hp – расчетная высота ребра см;
Eдр – модуль упругости древесины МПа;
Eф – модуль упругости фанеры МПа.
Принимаем: bрас = 135 см; n = 4 шт.; bp = 40 см;
hp = 196 см; Eдр = 1 МПа; Eф = 09 МПа. Подставляем значения в формулу (4.10) получаем
По формуле (4.11) определим статический момент относительно нижней кромки сечения
Eф – модуль упругости фанеры МПа;
yв – расстояние от нейтральной оси до верхней кромки см.
Принимаем: bрас = 135 см; n = 4 шт.; bp = 40 см; yв = 1136 см; Eдр = 1 МПа; Eф = 09 МПа. Подставляем значения в формулу (4.11) получаем
Принимаем статический момент относительно нижней кромки сечения
Положение нейтральной оси для несимметричного приведенного сечения клеефанерной плиты определяется по формуле
где ус - расстояние нейтральной оси от кромки сечения см;
- статический момент приведенного сечения относительно его кромки см3.
Определяем расстояние от нижней и верхней кромки сечения до нейтральной оси по формуле (4.13)
Принимаем: Подставляем значения в формулу (4.13) получаем
Принимаем расстояние от нижней кромки сечения до нейтральной оси
Расстояние от верхней кромки сечения до нейтральной оси определим как разность между общим расстоянием между кромками и расстоянием от нижней кромки сечения до нейтральной оси:
Принимаем расстояние от верхней кромки сечения до нейтральной оси
Нормальные напряжения х при изгибе распределяются неравномерно по ширине обшивки плиты. Максимальные напряжения возникают в местах приклейки фанеры к продольным ребрам а по мере удаления от продольных ребер напряженность в обшивке снижается. Характер распределения нормальных напряжений х при изгибе по ширине фанерной обшивки схематично показан на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 – Распределение нормальных напряжений при изгибе по ширине фанерной обшивки
Найдем приведенный статический момент относительно нижней кромки сечения по формуле
h – высота сечения плиты покрытия см.
Принимаем: Подставляем значения получаем
Принимаем приведенный статический момент относительно нижней кромки сечения
Неравномерность распределения нормальных напряжений по ширине фанерных обшивок учитывается в расчетах введением в геометрические характеристики расчетной приведенной ширины плиты или панели bрас которая принимается в зависимости от соотношения длины l и шага продольных ребер а панели если тогда
где b – ширина панели м.
Принимаем b = 15 м. Подставляем значения в формулу (4.14) получаем
Принимаем bрас = 135 м.
Вследствие концентрации нормальных напряжений при изгибе плит в обшивках (рисунок 4.2) за расчетные сопротивления принимают: в верхней сжатой обшивке Rфс и в нижней растянутой обшивке Rфр вместо расчетного Rфи .
Преобразуем формулу (4.12) и определим момент инерции приведенного сечения клеефанерной плиты Iпр
гдеbрас – расчетная ширина плиты покрытия см;
Eф – модуль упругости древесины МПа;
yв – расстояние от нейтральной оси до верхней кромки см;
yн – расстояние от нейтральной оси до нижней кромки см.
Принимаем: Eдр = 1 МПа; Eф = 09 МПа. Подставляем значения получаем
Принимаем момент инерции приведенного сечения клеефанерной плиты
Нагрузки приходящиеся на 1 м2 горизонтальной поверхности определяют от собственного веса плиты или панели кровельного покрытия и снега.
В качестве ограждающих конструкций покрытия приняты утеплённые клеефанерные панели с утеплителем из минераловатных плит «ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК» на синтетическом связующем плотностью 32 кгм³. Плита покрытия трапециевидного сечения с опиранием продольных ребер на ребра купола.
В качестве каркаса применены клеёные доски промышленного качества 2 сорта. Размеры поперечного сечения досок до склейки 32 мм на 50 мм. После обработки и сушки склеиваем части между собой образуя клееную доску с размерами в сечении 40 мм на 196 мм по ГОСТ 20850-2014. Толщины верхней и нижней обшивок принимаем из 9 слоев толщиной 10 и 12 мм соответственно.
В качестве покрытия принимаем кровлю из стеклоизола трехслойную.
Подсчет нормативной и расчетной нагрузок приведен в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Подсчет нагрузки на 1 м2 панели
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузки γf
Расчетная нагрузка кНм2
Кровля из стеклоизола трехслойная
Верхний слой обшивки
Каркас из сосновой древесины: продольные и поперечные ребра
Нижний слой обшивки
Утеплитель - минераловатные плиты
Временная (снеговая)
6 Статический расчет
По расчетной схеме плита или панель представляет собой шарнирно опертую балку загруженную равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью q. Нагрузка приходящаяся на 1 погонный метр плиты определяется путем умножения нагрузки найденной по таблице 4.2 на ширину плиты b. Таким образом нормативная и расчетная нагрузки на 1 погонный метр плиты определяются по формулам:
где q – расчетная нагрузка кНм;
qн – нормативная нагрузка кНм;
Полная нагрузка на 1 м2 панели рассчитывается по формулам (4.10) (4.11).
Принимаем: Подставляем значения в формулы (4.10) (4.11) получаем
Расчетная схема плиты представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.3 – Расчетная схема клеефанерной плиты
Максимальный изгибающий момент Ммах находится в середине пролета; максимальная величина поперечной силы Qмах находится на опоре.
Расчетные усилия находятся по формулам:
где Мрас – расчетный изгибающий момент ;
Qрас – расчетная поперечная сила кН.
q – расчетная нагрузка на плиту покрытия кНм2.
7 Конструктивный расчет
Расчет заключается в проверке удовлетворения пяти условий
7.1 Расчет на прочность растянутой нижней обшивки.
Расчет на прочность растянутой нижней обшивки производится на основании выполнения условия
Wпр минимальный момент сопротивления приведенного сечения см3;
mф коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки принимаемый равным при соединении на "ус" или с двухсторонними накладками: mф 06 для строительной фанеры и mф 08 для бакелизированной фанеры;
Rф.р расчетное сопротивление фанеры растяжению принимаемое по [9 табл. 10] кНсм2.
где Iпр - определяется формулой (4.12) в которой ширина верхней и нижней фанерных обшивок принимается равной bрас в соответствии с формулами (4.14);
yс – расстояние от центра тяжести приведенного сечения плиты (панели) до наиболее удаленного волокна нижней фанерной обшивки см.
Принимаем: Подставляем значения в формулу (4.20) получаем
Проверяем прочность нижней растянутой обшивки от изгиба плиты с учетом ее ослабления стыками на "ус" согласно (4.19)
Принимаем: Подставляем значения в формулу получаем
Условие выполняется.
7.2 Расчет на устойчивость сжатой верхней обшивки.
Расчет на устойчивость сжатой верхней обшивки производится на основании выполнения следующего условия
- коэффициент продольного изгиба находится в зависимости от соотношения шага продольных ребер к толщине фанерной обшивки;
- расчетное сопротивление фанеры сжатию определяемое согласно [9 табл. 10] кНсм2.
Коэффициент продольного изгибаопределим согласно формулы
где a – требуемый шаг продольных ребер см;
– толщина верхней обшивки см.
Принимаем: a = 48 см; Подставляем значения для проверки выполнения условия получаем
Принимаем коэффициент продольного изгиба
По формуле (4.21) определим устойчивость верхней сжатой обшивки
Принимаем: Подставляем значения в условие (4.21) получаем
7.3 Расчет продольных ребер на скалывание.
Расчет продольных ребер на скалывание производится по формуле
где Q – расчетная поперечная сила кН;
Sпр приведенный статический момент сдвигаемой части сечения плиты относительно нейтральной оси определяемый по формуле (4.11) см3;
Iпр - момент инерции приведенного сечения клеефанерной плиты см4;
n – количество продольных ребер в плите шт;
bр толщина доски продольного ребра см;
Rск расчетное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон определяемое согласно [9 табл.3] МПа.
Принимаем: Подставляем значения в формулу (4.22) получаем
Условие удовлетворяется.
7.4 Расчет на скалывание обшивки по шву в месте примыкания ее к продольным ребрам.
Расчет на скалывание обшивки по шву в месте примыкания ее к продольным ребрам производится по формуле
гдеQ – расчетная поперечная сила кН;
- суммарная ширина приклеиваемой части продольных ребер к обшивке см;
- статический момент обшивки наиболее удаленной от нейтральной оси приведенного сечения см3 определяемый по формуле
где Аобш площадь поперечного сечения фанерной обшивки см2;
максимальное расстояние от кромки сечения до нейтральной оси см;
толщина верхней обшивки см.
Принимаем ; ; Подставляем значения в формулу (4.24) получаем
Принимаем статический момент обшивки наиболее удаленной от нейтральной оси приведенного сечения
Произведем расчет на скалывание обшивки по шву в месте примыкания ее к продольным ребрам производится по формуле (4.23).
Подставляем значения в формулу (4.23) получаем
7.5 Расчет по деформациям.
Наибольший прогиб клеефанерной плиты (панели) определяют [9 формула 50]:
где k 1 коэффициент учитывающий влияние переменности высоты сечения по длине плиты;
h – полная высота сечения см;
с – коэффициент учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы принимаемый по [9 прил.4 табл.3];
- прогиб плиты без учета сдвигающих усилий рассчитываемый по формуле
где qн – нормативная нагрузка на плиту кНм;
Iпр – момент инерции приведенного сечения клеефанерной плиты см4.
Предельное значение относительного прогиба принимается согласно
Проверка относительного прогиба клеефанерной плиты от нормативной нагрузки производится по (4.26).
а) Плита покрытия в плане; б) Разрез 1-1; в) Разрез 2-2;
– обшивки из фанеры; d =8 мм. 2 – утеплитель; 3 – пароизоляция; 4 – продольные ребра из досок; 5 – поперечные ребра из досок; 6 – торцевая доска для крепления панели к опоре; 7 – боковые трапециевидные бруски.
Рисунок 4.4 - Утепленная клеефанерная панель покрытия
Рисунок 4.5 – Приведенное (расчётное) поперечное сечение клеефанерной плиты.
8 Статический расчет арки
При расчете купола не учитываем его пространственной работы расчленим его на отдельные плоские арки пролетом 21 м и в запас прочности рассчитываем их на все виды нагрузок как плоские системы.
Нагрузки приходящиеся на 1 м2 плана здания сведены в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 - Подсчет нагрузки на 1 м2 плана здания
Коэффициент надежности по нагрузке
Кровля из стеклоизола трехслойная и плиты покрытия
Собственный вес арки
Итоговая нормативная постоянная нагрузка: от собственного веса гнутоклееной арки собственного веса клеефанерной панели покрытия с обшивками из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта ВВВ( нижняя – толщиной 8 мм верхняя – 10 мм); от ребер из сосновых досок II сорта утеплителя из минераловатных плит толщиной 150 мм пароизоляции и кровли из стеклоизола трехслойной составляет 073 кНм2.
Временная нагрузка взята в соответствии с СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
Ветровая нагрузка w дается равномерно распределенной по длине верхнего пояса арки. В связи с небольшой высотой арки она не учитывается так как почти не увеличивает усилий действующих в сечении арки (нагрузка в виде ветрового откоса w).
Временная расчетная нагрузка на 1 м арки кНм рассчитывается по формуле
где – временная расчетная нагрузка на 1 м2 плана здания кНм2;
– величина шага между колоннами м.
Принимаем Подставляем значения в формулу (4.26) получаем
Принимаем временную расчетную нагрузку на 1 м арки
Постоянная расчетная нагрузка на 1 м арки кНм рассчитывается по формуле
где – расчетная нагрузка на 1 м2 плана здания кНм2;
Принимаем расчетную нагрузку на 1 м арки
Полная нагрузка на 1 м арки:
Расчет арки ведется на два вида загружения:
– временная (снеговая) на половине пролета и постоянная;
– временная (снеговая) на весь пролет и постоянная
9 Геометрический расчет полуарок.
Данный расчет полуарок заключается в определении всех необходимых для статического расчета размеров углов наклона и их геометрических функций так как полуарки симметричны расчет производим для одной из них. Расчет ведется в прямоугольной системе координат с началом в центре левого узла.
Все геометрические размеры арки и их расчет представлены в пунктах 2.1.1 2.1.2.
Рисунок 4.6 – Геометрическая схема полуарки
Далее определим координаты сечений х и у с помощью формул
где – значение координаты ординаты;
– величина шага между колоннами м;
– то же что и в формуле (2.3);
- то же что в формуле (2.1);
- значение координаты абсциссы;
- то же что в формуле (2.2).
Принимаем ; согласно выбранному шагу. Подставляем значения в формулы (4.28) и (4.29) получаем таблицу 4.3.
Проекция оси нагрузки разбивается на 19 частей от до м
с шагом 1 м (рисунок 4.7).
Рисунок 4.7 – К определению сечений арки
Таблица 4.3 – Сечения полуарки
Арки считаем трехшарнирными. Расчетная схема арки показана на рисунке 4.8.
В соответствии с треугольным очертанием в плане грузовых площадок нагрузки по пролету на каждую полуарку распределяются согласно треугольному закону.
Наибольшие ординаты треугольной эпюры (см. рисунок 4.8) рассчитываются по формулам:
где -расчетная нагрузка от покрытия кНм2 ;
-расчетная нагрузка от несущей конструкции кНм2;
- снеговая нагрузка кНм2;
- снеговая расчетная нагрузка кНм2;
- коэффициент учитывающий треугольное распределение эпюры.
Принимаем =08; =0262; =6; =1071; =18; =2.
Подставляем значения в формулы (4.30) и (4.31) получаем
Принимаем: q=396 кНм; S=216 кНм.
Рисунок 4.8 - Расчетная схема арки (загружения арки распределенной нагрузкой).
Производим статистический расчет арки.
Расчетные усилия определяем при загружении арки постоянной нагрузкой по всему пролету и временной (снеговой) с помощью программы SCAD Office.
Известно что наиболее выгодным сочетанием нагрузок является постоянная нагрузка на всем пролете с временной нагрузкой на полупролете. Для пологих арок максимальный изгибающий момент получается без учета ветровой нагрузки и возникает вблизи четверти пролета.
Нагрузка – снег по треугольнику (на половину пролета):
Рисунок 4.9 – эпюра продольных усилий N
Рисунок 4.10 – эпюра изгибающих моментов My
Рисунок 4.11 – эпюра перерезывающих сил Qz
Нагрузка – собственный вес арки:
Рисунок 4.12 – эпюра продольных усилий N
Рисунок 4.13 – эпюра изгибающих моментов My
Нагрузка – снег на весь пролет:
Рисунок 4.14 – эпюра продольных усилий N
Рисунок 4.15 – эпюра изгибающих моментов My
Расчетные усилия определяем при загружении арки постоянной нагрузкой по всему пролету и снеговой – на половине пролета; постоянной нагрузкой по всему пролету и снеговой – на весь пролет.
Таблица 4.4 – Расчетные сочетания усилий
I комбинация (собственный вес арки + снеговая нагрузка на весь пролет)
II комбинация (собственный вес арки + снеговая нагрузка на половину пролета)
За расчетные принимаем усилия с максимальным моментом M и соответствующей продольной силой N:
10 Подбор сечения клеедощатой арки
Принимаем сечение арки прямоугольным постоянным по всей длине задавшись высотой согласно формулы
гдеl – пролет арки см.
Принимаем l=4200 см.
Подставляем значения в формулу (4.33)
Принимаем высоту сечения клеедощатой арки равную 90 см.
Шириной сечения зададимся конструктивно b = 220 мм.
Принимаем сечение b x h = 220 x 900 мм из досок a x b = 45 x 220 мм (до острожки по сортаменту 50 x 225 мм).
Площадь момент инерции момент сопротивления статический момент находятся согласно формул соответственно:
где b – ширина поперечного сечения см;
h – высота поперечного сечения см.
Принимаем геометрические характеристики сечения арки:
Ширина сечения b = 220 мм высота h = 900 мм.
Подставляем значения в формулы (4.34) (4.35) (4.36) (4.37) получаем
Принимаем: площадь момент инерции момент сопротивления статический момент
Коэффициент условий работы mв = 1 коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления за счет конечных или радиальных деформаций -mгн=1 понижающий коэффициент mб = 0875 (при h = 90 см) – таблица 8 91011 [7].
Расчет арки на прочность производим как для сжато – изгибаемого элемента по формуле на максимальное напряжение сжатия согласно п. 6.17 [7]:
где – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок определяемый из расчета по деформированной схеме ;
N – максимальная продольная нагрузка определяемый из расчета по деформированной схеме кН ;
Fрасч – расчетная площадь поперечного сечения см2;
Wрасч – момент сопротивления поперечного сечения см3;
Rс – расчетное сопротивление древесины сжатию.
Гибкость определяем согласно [7 п. 6.4]:
r – радиус инерции сечения элемента с максимальными размерами брутто соответственно относительно осей X и Y см.
Принимаем для трехшарнирных арок на несимметричную нагрузку расчетную длину согласно [7 п. 8.56]
где S – полная длина дуги арки.
Подставляем значение в формулу (4.40)
Принимаем расчетную длину элемента
Определим радиус инерции сечения с максимальноыми размерами согласно формулы
где I – то же что в формуле (4.35);
F - то же что в формуле (4.34).
Принимаем I = 911395 см4 ; F = 149625 см2.
Подставляем значения в формулу (4.41) получаем
Принимаем расчетную длину элемента l0 = 261 м r = 026 см и подставляем в формулу (4.39)
Согласно [7 п. 6.17] определяем коэффициент изменяющийся от 1 до 0 учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента .
гдеmбmслmв=МПа – расчетное сопротивление древесины сжатию и – коэффициенты условий работы по
Fрасч – расчетная площадь поперечного сечения см2.
- определяется по формуле
где А – значение для древесины;
- гибкость элемента.
Принимаем А = 3000; .
Подставляем значения в формулу (4.44) получаем
Принимаем: ; N = 58224 кН; Rc =14 МПа; Fрасч = 1980 см2.
Подставляем значения в формулу (4.43)
Определим изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок определяемый из расчета по деформированной схеме по формуле
ГдеМ – максимальный момент в самом опасном загружении ;
- то же что в формуле (4.43).
Принимаем М = 2956 кН м;
Подставляем значения в формулу (4.45)
Подставляем все значения в формулу (4.38) получаем
Условие выполняется. Сечение подобрано верно.
11 Проектирование дощато-клееной колонны
Заключается в подборе и проверке сечения на устойчивость.
11.1 Исходные данные.
Колонну проектируем клеедощатой из древесины сосны второго сорта.
Высота колонны H = 6 м.
Для обеспечения поперечной жесткости колонна защемлена в фундамент.
11.2 Предварительный подбор сечения колонны.
Предельная гибкость для колонн: λх = λу = 120.
Высота поперечного сечения колонны hк м определяется по формулам
где H - свободная длина элемента м;
- коэффициент для определения расчетной длины прямолинейных элементов;
λх – предельная гибкость древесины в направлении относительно х.
Принимаем: H = 6 м; λх = 120.
Подставляем значения в формулу (4.46) получаем
Принимаем высоту поперечного сечения
Ширина поперечного сечения колонны bк м определяется по формулам
λy – предельная гибкость древесины в направлении относительно y.
Принимаем: H = 7 м; λх = 120.
Подставляем значения в формулу (4.47) получаем
Принимаем ширину поперечного сечения колонны
Принимаем сечение в виде клееного пакета состоящего из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов второго сорта (ГОСТ 24454-80) сечением 32 х 200 мм.
После фрезерования черновых заготовок по пластам на склейку идут чистые доски сечением 32 х 290 мм. Клееный пакет состоит из 12 досок общей высотой 12 х 32 = 384 мм. После склейки пакета его еще раз фрезеруют по боковым поверхностям; таким образом высота сечения колонн составляет мм ширина мм.
Рисунок 4.16 – Поперечное сечение колонны
11.3 Определение нагрузок на колонну.
Расчетная схема поперечной рамы представлена на рисунке 4.17.
Рисунок 4.17 - Расчетная схема поперечной рамы
Ветровую нагрузку рассчитываем согласно [3 п. 11.1].
Так как местом строительства является г. Шарыпово который согласно [3 карта 3] расположен в III районе по скоростному давлению ветра и для него w0 = 038 кПа – нормативное значение ветрового давления [3 табл. 11.1]. Аэродинамический коэффициент согласно [3 рис. Д1.4] с наветренной стороны с1 = 085 с заветренной с2 = 05.
Нормативное значение ветровой нагрузки для наветренной стороны
wакт кНм2 определяется по формуле
wакт = w0·k·c1 (4.48)
где нормативное значение ветрового давления по [2];
с1 - аэродинамический коэффициент по [2];
k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по [8 табл. 11.2].
Принимаем: кПа; с1 = 085; k = 046.
Подставляем значения в формулу (4.48) получаем
wакт = 038·046·085 = 0149 кНм2.
Нормативное значение ветровой нагрузки для заветренной стороны wот кНм2 определяется по формуле
wот = w0·k·c2 (4.49)
где то же что и в формуле (4.48);
с2 - аэродинамический коэффициент по [2];
k – то же что и в формуле (4.48);
Принимаем: кПа; с1 = 05; k = 046.
Подставляем значения в формулу (4.49) получаем
wот = 038·046·05 = 0087 кНм2.
Принимаем ормативное значение ветровой нагрузки для заветренной стороны wот = 0087 кНм2.
Интенсивность ветровой нагрузки на колонну с наветренной стороны
qакт кНм определяется по формулам
qакт = wакт·γf·B1γn (4.50)
где γf – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;
wакт – то же что и в формуле (4.48);
γn – коэффициент работы;
B1 = 6 м – расстояние между колоннами.
Принимаем: кНм2; B1 = 6 м; γf = 14; γn = 095.
Подставляем значения в формулу (4.50) получаем
qакт = 0149·14·6095 = 12 кНм;
Принимаем интенсивность ветровой нагрузки qакт =12 кНм.
Интенсивность ветровой нагрузки на колонну с заветренной стороны qот кНм определяется по формулам
qот = wот·γf·B1γn (4.51)
где γf - то же что и в формуле (4.50);
wот – то же что и в формуле (4.49);
γn – то же что и в формуле (4.50);
B1 - то же что и в формуле (4.50);
Подставляем значения в формулу (4.51) получим
qот = 0087·14·6095 = 069 кНм.
Нагрузка от снега определяется по формуле
где – пролет рамы м;
– расчетное значение снеговой нагрузки кНм2.
Расчетное значение снеговой нагрузки S кНм2 определяется по формуле
S = 07cectSgγf (4.53)
где – коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов принимаемый в соответствии с [3 п.10.5];
– термический коэффициент принимаемый в соответствии с [3 п.10.6];
– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие по [3 п.10.4];
γf – коэффициент надежности по снеговой нагрузке [3 п. 10.12];
– вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли по [3 табл.10.1].
Принимаем: св=085; = 1; γf = 14; =18
Подставляем значения в формулу (4.53) получаем
S = 0708511814 = 1499 кНм2.
Принимаем: = 42 м; S = 1499 кНм2; B1= 6 м.
Подставляем значения в формулу (3.93) получим
Принимаем нагрузку от снега
11.4 Сосредоточенные нагрузки.
С участков стенового ограждения Wакт кН определяется по формуле
wакт = wакт·γfγn·B1·H2 (4.54)
где γn – то же что и в формуле (4.50);
γf - то же что и в формуле (4.50);
H – высота колонны м;
wакт – то же что и в формуле (4.48).
Принимаем: γn = 095; γf =14; wакт = 0149 кНм2; H = 6 м; B1= 6 м.
Подставляем значения в формулу (4.54) получим
wакт = 0149·14095·6·62 = 357 кН.
С участков стенового ограждения wот кН определяется по формуле
wот = w2·γf γn ·B1·H2 (4.55)
wот – то же что и в формуле (4.49).
Принимаем: γn = 095; γf =14; wакт = 0087 кНм2; H = 6 м; B1= 6 м.
Подставляем значения в формулу (3.96) получим
wот = 0087·14095·6·62 = 21 кН.
Принимаем сосредоточенную нагрузку с участков стенового ограждения wот = 21 кН.
11.5 Постоянные нагрузки.
Расчетная постоянная нагрузка от покрытия включая массу рамы:
Расчетная давление на колонну от покрытия кН определяется по формуле
где qр – расчетная постоянная нагрузка от покрытия включая массу рамы кНм;
Принимаем: qр = 6372 кНм; l = 42 м.
Подставляем значения в формулу (4.56) получим
= 6372212 = 669 кН.
Принимаем расчетное давление на колонну от покрытия = 669 кН.
Расчетная давление на колонну от стенового ограждения с учетом элементов закрепления кН определяется по формуле
где – расчетная нагрузка от стенового ограждения кНм2;
– масса металлических элементов крепления стенового ограждения кНм2;
γf – коэффициент надежности по нагрузке для металлических конструкций;
H - то же что и в формуле (4.55);
Принимаем: = 0125 кНм2; = 01 кНм2; γf = 105; B1 = 6 м;
Подставляем значения в формулу (4.57) получаем
= (0125+01105)66 = 828 кН.
Принимаем расчетное давление на колонну от стенового ограждения
Расчетное давление от собственной массы колонны кН определяется по формуле
где b – ширина поперечного сечения колонны м;
h - высота поперечного сечения колонны м;
ρ – плотность древесины кгм3;
γf - коэффициент надежности по нагрузке для деревянных конструкций;
Принимаем: γf = 11; b = 0190 м; h = 0384 м; ρ = 500 кгм3;H = 6 м.
Подставляем значения в формулу (4.58) получаем
= 01900384650011 = 24 кН.
Принимаем расчетное давление от собственной массы колонны= 24 кН.
Расчетное давление на колонну от снеговой нагрузки кН определяется по формуле
где – расчетная погонная снеговая нагрузка при ее треугольном распределении кНм2;
l – то же что и в формуле (4.56).
Принимаем: = 538 кНм2; l = 42 м.
Подставляем значения в формулу (4.59) получим
= 022953842 = 5174 кН.
Принимаем расчетное давление на колонну от снеговой нагрузки= 5174 кН.
11.6 Результаты расчета колонны в программном комплексе SCAD.
Результаты расчета колонны сведены в таблицу 4.5. Эпюры N Q M показаны на рисунках 4.18 4.19 и 4.20 соотвественно.
Таблица 4.5 – Результаты расчета колонны в программном комплексе SCAD
Рисунок 4.11 - Эпюра N
Рисунок 4.12 - Эпюра Q
Рисунок 4.13 – Эпюра M
11.7 Подбор сечения колонны.
Так как H = 7 м – отметка низа стропильных конструкций то определим фактическую длину колонны Hк м по формуле
Hк = Н – hоб – hф (4.60)
где H - отметка низа стропильных конструкций м;
hоб – высота сечения обвязочного бруса из условий устойчивости м;
hф – высота фундамента под колонну над уровнем пола м.
Высоту сечения обвязочного hоб м определяем по формуле
где В – шаг несущих конструкций м;
λmax – предельная гибкость для связей.
Принимаем: В = 6 м; λmax = 200.
Подставляем значения в формулу (4.61) получим
Принимаем: hоб = 125 мм по [10 таблица 21].
Принимаем: hф = 015 м; H = 6 м.
Подставляем значения в формулу (4.60) получим
Hк = 6 – 0125 – 015 = 5725 м.
Принимаем Фактическую длину колонны Hк = 5725 м.
Проверим сечение сжато-изогнутого элемента по формуле
где – расчетный изгибающий момент кНм;
– продольное усилие возникающее в колонне кН;
– площадь поперечного сечения колонны м2;
- момент сопротивления сечения м3;
km.c – коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие продольного изгиба элемента;
fc.0.d – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон по [11].
Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие продольного изгиба элемента km.c определяется по формуле
km.c = 1 – Nd (kc fc.0.d A) (4.63)
где – продольное усилие возникающее в колонне кН;
kc – коэффициент продольного изгиба;
fc.0.d – то же что и в формуле (4.61);
A – то же что и в формуле (4.61).
Коэффициент продольного изгиба kc определяется по формуле
где С – значение для древесины по [11 п.7.3.2];
λх – гибкость древесины.
Гибкость древесины λх определяется по формуле
iх – радиус инерции сечения элемента в направлении относительно х см.
Расчетную длину элемента ld см следует определять по формуле
– коэффициент определяемый в соответствии с требованиями [11 п. 7.7.1].
Подставляем значения в формулу (4.65) получаем
Принимаем: ld = 12595 см.
Радиус инерции сечения элемента в направлении относительно х iх см определяется по формуле
где высота поперечного сечения колонны м.
Принимаем: h = 384 см.
Подставляем значения в формулу (4.67) получаем
Принимаем: iх = 111 см.
по [11 таблица 7.7].
Принимаем: C = 3000 по [11]; λх = 1135.
Подставляем значения в формулу (4.63) получаем
Площадь поперечного сечения A м2 определяется по формуле
где – ширина поперечного сечения колонны м;
Принимаем: = 0190 м; = 0384 м.
Подставляем значения в формулу (4.68) получаем
A = 01900384 = 0073 м2.
Принимаем площадь поперечного сечения A = 0073 м2.
Момент сопротивления W м3 определяется по формуле
b- то же что и в (4.66);
то же что и в (4.65).
Подставляем значения в формулу (4.69) получаем
Принимаем момент сопротивления
Определим коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие продольного изгиба элемента по формуле (4.63).
Принимаем: Nd = 1304 кН; kc = 021; fc.0.d =1262 МПа по [11];
km.c = 1 – 1304 (021 1441 730) = 041.
Принимаем: Nd = 1304 кН; Md = 7018 кНм; A = 0073 м2; km.c =09;
Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности с запасом
[(1262 – 111) 1262] 100% = 1204 % 15 %.
Проверим принятое сечение на устойчивость плоской формы деформирования из плоскости рамы по формуле
где n – показатель степени для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования;
kc – коэффициент продольного изгиба для участка длиной
Asup – площадь брутто с максимальными размерами сечения;
Wsup – максимальный момент сопротивления брутто на участке
kmc – коэффициент для шарнирно-опертых элементов при симметричных эпюрах изгибающих моментов синусоидального параболического полигонального и близкого к ним очертания а также консольных элементов.
Коэффициент kinst определяем по формуле
где kf – коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке
b – ширина поперечного сечения м;
h – максимальная высота поперечного сечения на участке lm м.
Принимаем: kf = 164 по [11 п.7.4.6]; b = 0190 м;
Подставляем значения в формулу (4.71) получаем
Принимаем: Nd = 1304 кН; kc = 0244; fc.0.d =1262 МПа по [11];
Wsup = 00177 м3; Asup = 0169 м2; k kmc = 09 по [11].
Подставляем значения в формулу (4.70) получаем
Принятое сечение удовлетворяет условиям устойчивости с запасом
[(1 – 0828) 1] 100% = 172 % 20 %.
Следовательно устойчивость плоской формы деформирования колонны обеспечена.
Проверим сечение колонны на действие скалывающих напряжений при изгибе v.0.d МПа по формуле
где Vd – расчетная поперечная сила кН;
Ssup – статический момент сдвигаемой части поперечного сечения колонны относительно нейтральной оси м;
Isup – статический момент инерции поперечного сечения колонны относительно нейтральной оси;
bd – расчетная ширина сечения колонны м;
fv.0.d – расчетное сопротивление сосны 2-го сорта скалыванию вдоль волокон при изгибе клееных элементов.
Принимаем: Ssup Isup = 15h; Vd = 1474 кН; bd = 0190 м; fv.0.d =15 МПа по [11].
Подставляем значения в формулу (4.72) получаем
Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности при изгибе с запасом
[(15 – 123) 15] 100% = 18 % 20 %.
Результаты проверок колонны сводим в таблицу 4.6. Окончательные размеры колонны представлены в таблице 4.7.
Таблица 4.6 – Результаты проверок колонны
Прочность сжато-изгибаемого элемента МПа
Устойчивость колонны
Действие скалывающих напряжений при изгибе МПа
Таблица 4.7 – Размеры колонны
Высота поперечного сечения мм
Толщина поперечного сечения мм
Рабочее проектирования
1 Расчет верхнего опорного кольца
Верхнее кольцо предусматриваем 22-ух угольным. Диаметр описанного круга определяем из условия размещения ребер купола. Сжимающее усилие в кольце N = 1637 кН. Конструктивно принимаем расстояние между осями арки равным 428 см.
Длина окружности кольца определяем по формуле
где расстояние между осями арки равное см;
n- число сторон правильного многоугольника.
Принимаем n = 22 шт.
Подставляем значения в формулу (5.1)
Принимаем длину окружности кольца
Диаметр окружности кольца определяется по формуле
где S – то же что в формуле (5.1)
Принимаем: S=9424см.
Подставляем значение в формулу (5.2)
Принимаем диаметр окружности кольца D = 300 см.
Длина одной стороны многоугольника определяем по формуле
n – то же что в формуле (5.2)
Принимаем S = 9424 см; n = 22 шт.
Подставляем в формулу (5.3) получаем
Принимаем длину одной стороны многоугольника
Устойчивость определяется по формуле
где n- число сторон правильного многоугольника;
n – число сторон многоугольника шт;
а – то же что в формуле (5.3);
E – модуль упругости МПа;
Принимаем из условия конструирования швеллер №20 по [ГОСТ 8240-89] с Iу = 113 см4 Z0 = 207 см h = 20 см b = 76 см d = 052 см t = 09 см.
Верхнее кольцо проверяем на устойчивость
где D то же что и в формуле (5.2)
Z0 расстояние от осиY-Yдо наружной грани стенки равное 207 см.
Подставляем значения в формулу (5.5) получаем
Расчетное отклонение равное 19 %.
2 Расчет нижнего опорного кольца
Опорный узел решается при помощи клееного деревянного кольца воспринимаемое усилие от арки через нагельные болты. Нагрузка на колонну передается через опорное деревянное кольцо.
Расчет ведется на полное меридианное усилие в ребре N = 1999 кН передающееся на нижнее опорное кольцо. Опорное кольцо принято деревянным многоугольным.
Определим требуемую ширину площадки смятия по формуле
где N максимально расчетная нагрузка на 2 комбинации нагрузок на арку;
Принимаем: N = 1999 кН; h = 025 см; МПа.
Подставляем значения в формулу (5.6) получаем
Конструктивно принимаем b = 250 мм.
а) Деревянное клееное многоугольное кольцо; б) разрез 2-2
– деревянное клееное многоугольное кольцо; 2 – ребро купола; 3 - стальные башмаки ребра; 4 – болты 12 мм; 5 – валиковый шарнир 30 мм; 6 – стальной башмак нижнего кольца; 7 – стяжные болты; 8 – упорная пластина.
Рисунок 6.1 - Узел нижнего кольца
Находим распределенную нагрузку на 1 м
где N то же что и в формуле (5.6);
то же что и в формуле (5.6);
Подставляем значения в формулу (5.7) получаем
Принимаем распределенную нагрузку на 1 м
Находим момент по формуле
где b – то же что и в формуле (5.6);
q – то же что и в формуле (5.7).
Подставляем значения в формулу (5.8) получаем
Находим толщину опорной пластины по формуле
где М то же что и в формуле (5.7).
h то же что и в формуле (5.7).
Подставляем значения в формулу (5.9) получаем
Принимаем толщину опорной пластины 25 мм.
Угол наклона арки к опорному кольцу равен 37.
Горизонтальное усилие (распор) приходящее в опорный узел находи по формуле
где N – это максимально усилие от одного элемента кН.
Подставляем значения в формулу (5.10) получаем
Растягивающее усилие в нижнем опорном кольце находим по формуле
где Nг – это максимальное горизонтальное усилие кН.
Подставляем значения в формулу (5.11) получаем
Сечение опорного кольца принимаем 135 мм на 4 х 33=132 мм с площадью сечения:
Принимаем а = 135 мм; b = 132 мм.
Подставляем в формулу (6.12)
Кольцо как центрально-растянутый элемент определяется по формуле
Принимаем: N = 4134 кН; F = 00178 м2.
Подставляем значения в формулу (5.13) получаем
Принимаем сечение опорного кольца 135х132 мм.
Принимаем диаметр болтов крепящих опорное кольцо с аркой 20 мм. Определяем расчетную несущую способность болта по формуле
где d – диаметр болта.
Принимаем диаметр болта d = 20 мм.
Подставляем значение в формулу (5.14)
Необходимое количество болтов определим по формуле
где Т– то же что и в формуле (5.14).
Подставляем значения в формулу (5.15) получаем
Крепление опорного кольца к колонне осуществляем конструктивно с помощью уголка неравнополочного 125 х 80 х 10 мм. Болты крепящие уголок к колонне и уголок к опорному кольцу принимаем диаметром 12 мм.
Обеспечение долговечности конструкций
Обеспечение долговечности деревянных конструкций включает защиту от увлажнения и биологического разрушения защиту от возгорания а также защиту металлических элементов от коррозии.
Защита древесины от увлажнения и биологического разрушения производится согласно [7]. Меры защиты металлических элементов от коррозии указаны согласно [12].
1 Защита конструкций от увлажнения и биологического разрушения
Один из недостатков древесины – снижение ее механических свойств при увеличении влажности приводящей к деформациям разбухания и биологическому разрушению – гниению. При быстром высыхании возникают деформации усушки вызывающие растрескивание коробление а в клееных элементах – снижение прочности клеевых швов. Источников увлажнения деревянных конструкций при эксплуатации много: это начальное и построечное увлажнение атмосферное от осадков гидрогеологическое от контакта древесины с грунтом или водой конденсационное при резкой смене температур и недостаточном тепловом сопротивлении ограждающих конструкций эксплуатационное при наличии мокрых технологических процессов или неисправности трубопроводов биологическое.
Для предотвращения увлажнения деревянных конструкций предусматривают конструкционные меры и защитную обработку которые должны обеспечивать сохранность конструкций при складировании транспортировке и монтаже а также долговечность при эксплуатации. Конструкционные меры обязательны независимо от назначения и срока службы здания или сооружения а также от того производится химическая защита древесины или нет.
Несущие деревянные конструкции должны быть открытыми хорошо проветриваемыми по возможности доступными во всех частях для осмотра а также для проведения профилактического ремонта включающего работы по химической защите элементов конструкций.
В отапливаемых зданиях и сооружениях несущие конструкции следует располагать так чтобы они целиком находились либо в пределах отапливаемого помещения либо вне его. Если несущая конструкция из отапливаемого помещения проходит через ограждающую в неотапливаемое то в местах пересечения производят ее усиленную защиту.
Опорные части несущих конструкций при размещении их в гнездах каменных стен оставляют открытыми. Запрещается заделывать наглухо зазоры между стенками гнезд и опорными частями конструкций кирпичом раствором герметизирующими материалами и т.п.
При эксплуатации конструкций в условиях где возможно выпадение конденсата на металлических поверхностях следует принимать меры по предохранению древесины от увлажнения в местах контакта с металлическими крепежными элементами (накладки уголки шайбы под болты и пр.). Для этого между древесиной и металлическим элементом следует вводить гидроизоляционный слой (мастику прокладки из рулонных гидроизоляционных материалов эластичные прокладки или уплотнительные ленты).
При опирании деревянных конструкций на фундаменты внутри помещений верхнюю их грань располагают выше уровня пола на такой высоте чтобы в процессе эксплуатации исключалась возможность увлажнения опорного узла. В том случае если опорная часть несущей конструкции находится на открытом воздухе обрез фундамента должен быть устроен так чтобы обеспечивался быстрый отвод воды и исключалось затопление опорного узла дождевыми и талыми водами.
Деревянные покрытия следует проектировать как правило с наружным отводом воды.
В зданиях и сооружениях с повышенной влажность воздуха (более 85%) а также с сильной и средней химически агрессивной средой несущие деревянные конструкции должны иметь сплошное сечение и минимальное число металлических элементов. Применение металлодеревянных конструкций в таких зданиях следует максимально ограничивать.
В ограждающих конструкциях отапливаемых зданий и сооружений должно быть исключено влагонакопление в процессе эксплуатации. В панелях стен и плит покрытий следует предусматривать вентиляционные продухи а в случаях предусмотренных теплотехническим расчетом использовать пароизоляционный слой.
Пароизоляцию ограждающих конструкций следует предусматривать из рулонных и пленочных материалов окрасочную или обмазочную.
Вентилирование плит покрытий должно осуществляться через продухи специально устраиваемые между наружной обшивкой и утеплителем.
В целях предохранения наружных стен от намокания расстояние от отмостки до низа панелей должно быть не менее 40 см а вынос карниза (свес кровли) при неорганизованном водоотводе – не менее 50 см.
Несущие конструкции обрабатывают влагозащитными составами. Рекомендуются следующие лаки и эмали: перхлорвиниловые пентафталевые уретановые уретаново-алкидные масляно-смоляные органосиликатные. Ответственные части конструкций – места соприкасания древесины с металлом камнем и бетоном а также концы элементов обрабатывают покрытиями на основе тиоколовых мастик и эпоксидных смол.
Для защиты от биологического разрушения применяют антисептики. Водорастворимые: фтористый натрий кремнефтористый натрий кремнефтористый аммоний доналит и др. Антисептики на нефтепродуктах и легких маслах; препараты пектахлорфенола в органических растворителях нафтенат меди. Маслянистые антисептики: масло каменно-угольное антраценовое сланцевое. Тип антисептирования – поверхностная обработка пропитка в ваннах или автоклавах под давлением обмазка пастам.
Принимаем в качестве влагозащиты 15%-раствор пентахлорфенола – препарат ГР-48. В качестве защиты от биологического разрушения принимаем пропитку из фтористого натрия.
2 Защита конструкций от возгорания
Повышают пожарную безопасность деревянных конструкций конструктивными и химическими способами а в ряде случаев – комбинированием их.
Конструктивные меры заключаются в создании таких условий при которых распространение огня преграждается а предел огнестойкости конструкций увеличивается. Это устройство противопожарных стен или несгораемых участков перекрытий и покрытий разделение пустотных покрытий несгораемыми диафрагмами устройство несгораемых разделок у дымоходов и печей оштукатуривание перекрытий увеличение сечений деревянных элементов.
Химические меры огнезащиты понижают возгораемость древесины. Это пропитка деревянных элементов антипиренами (путем обмазки древесины или ее глубокой пропитки) нанесение на поверхность огнезащитных покрытий в виде штукатурок и листовых несгораемых и трудносгораемых материалов а также невспучивающихся вспучивающихся неорганических и органических красок.
При обработке обмазками применяют в основном вспучивающиеся краски защитные свойства которых проявляются при действии огня.
Принимаем в качестве защиты от возгорания нанесение огнезащитной обмазки ОФП [13].
3 Защита металлических элементов от коррозии
Металлические соединительные детали деревянных конструкций должны быть защищены от коррозии.
Крепежные металлические элементы (метизы) – гвозди саморезы болты шпильки и др. должны иметь цинковое покрытие.
Элементы и узлы соединения конструкций должны иметь свободный доступ для осмотров и возобновления защитных покрытий. При отсутствии возможности обеспечения этих требований конструкции первоначально должны быть защищены от коррозии на весь период эксплуатации.
Для защиты от коррозии стальных конструкций с болтовыми соединениями со стыковой сваркой и угловыми швами а также болтов шайб и гаек необходимо предусматривать горячее цинкование методом погружения в расплав по[14]и термодиффузионное цинкование по [15]. Эти методы защиты от коррозии допускается предусматривать для стальных конструкций со сваркой внахлест при условии сплошной обварки по контуру или обеспечения гарантированного зазора между свариваемыми элементами не менее 15 мм.
Монтажные сварные швы соединений конструкций должны быть защищены путем газотермического напыления цинка или алюминия по[16]или лакокрасочными покрытиями III и IV групп (органосиликатные кремнийорганические хлоркаучуковые перхлорвиниловые эпоксидные и др.) с применением протекторной цинконаполненной грунтовки после монтажа конструкций. Оцинкованные плоскости сопряжения конструкций на высокопрочных болтах должны быть перед монтажом обработаны металлической дробью для обеспечения коэффициента трения не ниже 037.
Вместо горячего цинкования стальных конструкций (при толщине слоя 60-100 мкм) допускается предусматривать для мелких элементов (с мерной длиной до 1 м) кроме болтов гаек и шайб гальваническое цинкование или кадмирование (при толщине слоя 42 мкм) с последующим хроматированием. Этот метод защиты от коррозии допускается предусматривать для болтов обычной прочности гаек и шайб при толщине слоя до 21 мкм (толщина покрытия в резьбе должна обеспечивать свинчиваемость резьбового соединения) с последующей дополнительной защитой выступающих частей болтовых соединений лакокрасочными покрытиями III и IV групп. Принимаем для защиты стальных элементов от коррозии – нанесение эмали ПФ-103 по грунту.
4 Защита конструкций при перевозке и хранении
Деревянные конструкции и изделия подлежащие перевозке и хранению должны быть защищены от воздействия влаги. С этой целью используется различного рода влагостойкие покрытия упаковка влагонепроницаемой бумагой пергаментом толь и синтетическими плёнками.
При хранении конструкции и детали должны устанавливаться в проектное положение или близкое к нему. Складируют конструкции и изделия в закрытых помещениях или под навесом а также на открытых площадках. Укладка конструкций непосредственно на грунт не допускается.
Патентные исследования
1 Узловое соединение неразрезной в пределах узла балки с колоннами
Номер патента: 1467148.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано в каркасах многоэтажных зданий промышленного и гражданского строительства.
Цель изобретения - снижение металлоемкости и трудоемкости монтажа соединения за счет уменьшения объемасварочных работ. На рисунке 6.2 изображен узел общий вид на рисунке 6.3 - разрез А-А. Узловое соединение неразрезной в пределах узла балки включает балку (1) примыкающие к ней снизу и сверху колонны (2) к концам которых прикреплены центрирующие элементы (3) с расположенными на них парными центрующими например клиновидными фиксаторами (4). Аналогичные фиксаторы устанавливаются на верхнем и нижнем поясах балки (1) с возможностью взаимодействия с центрирующими элемента (3) колонн (2). При передаче значительных нормальных сил в пределах узла балка 1 может быть снабжена опорными ребрами (5). Центрирующие элементы (3) колонн (2) подкреплены наклонными опорными ребрами (6) которые приварены к полкам колонн (2) и центрирующему элементу (3). Для раскрепления колонн (2) из плоскости служит распорка (7). Монтаж элементов соединения производят в следующей последовательности: монтируют колонну (2) ниже расположенного этажа и закрепляют первоначально в двух плоскостях монтажными приспособлениями затем устанавливают на нее поперечную балку (1) которая одним концом закреплена неподвижно за ранее смонтированные геометрически неизменяемые конструкции (раму или связевой блок). Вдоль здания балку (1) закрепляют распорками (7) переданными горизонтальные нагрузки действующие вдоль здания через вертикальные связи на фундаменты После этого монтажные приспособления с нижерасположенной колонны (2) могут быть сняты и начат монтаж вышерасположенной колонны (2) с первоначальным закреплением ее монтажными приспособлениями и тд. Закрепление колонн (2) в горизонтальной плоскости осуществляют двумя парами фиксаторов (4) к неподвижной балке 1 при этом фиксаторы балки размещены в плоскости перпендикулярной плоскости размещения фиксаторов колонны.
Формула изобретения: узловое соединение неразрезной в пределах узла балки с колоннами путем соединения полок балки с торцами колонн отличающееся тем что с целью снижения металлоемкостии трудоемкости монтажа за счет уменьшения объема сварочных работ торец каждой колонны снабжен центрирующим элементом с прикрепленными к нему парными фиксаторами взаимодействующими с полкой балки а каждая полка балки снабжена соответствующими парными фиксаторами взаимодействующими с центрирующим элементом примыкающего к ней торца колонны при этом фиксаторы балки размещены в плоскости перпендикулярной плоскости размещения фиксаторов колонны.
Рисунок 7.2 – Общий вид узла
Рисунок 7.3 – Разрез А-А
2 Узловое соединение деревянных элементов
Номер патента: 1377347.
Авторы: Сидоров Лобанов.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для соединения деревянных элементов в узлах конструкций.
Цель изобретения - повышение несущей способности и снижение материалоемкости соединения. Узловое соединение включает промежуточный элемент 1 например верхний неразрезной пояс фермы и примыкающие к нему элементы 2 решетки фермы. Элементы 2 крепятся металлическими накладками 3 к элементу 1 с помощью стяжного болта 4 пропущенному через отверстие 6 крестообразной клеестальной шайбы 7 которая устанавливается на клеевой мастике в заранее выбранные на поверхности элемента 1 взаимно перпендикулярные канавки 8. Клеестальная шайба 7 выполнена крестообразной формы из двух одинаковых взаимно перпендикулярных стержневых элементов с отверстием в центре пересечения. Биссектрисы вертикальных углов образованных стержнями ориентированы вдоль и поперек волокон древесины элемента 1 3.
На рисунке 6.4 изображен узел соединения элементов решетки фермы с верхним неразрезным поясом на рисунке 6.5 то же без элементов решетки. На рисунке 6.6 - разрез А-А. Шайба выполнена штампованной или на основе металлических коротышей периодического профиля приваренных к заранее изготовленному центровому кольцу требуемых размеров. Клеестальная шайба 7 устанавливается на клеевой мастике которая в зависимости от условий эксплуатации может предварительно гидрофобизироваться в заранее выбранные на поверхности деревянного элемента взаимно перпендикулярные канавки 8 ориентированные под углами 45 и 135 к волокнам древесины. Таким образом биссектрисы вертикальных углов образованных стержневыми элементами ориентированы вдоль и поперек волокон древесины элемента 1. В качестве клеевой мастики может использоваться цементно-эпоксидный компаунд. Указанная ориентация стержней клеестальных шайб и размещение их как связей заподлицо с плоскостью деревянных элементов на которых они установлены обеспечивают рост прочности узлового соединения его равнопрочность в любых направлениях относительно точки пересечения стержневых элементов узла способствуют восприятию не только сдвигающих но и нормальных силовых воздействий. исключают возникновение в деревянных элементах продольных трещин и дают возможность визуального контроля качества замоноличивания клеестальных шайб. При этом материалоемкость шайбы снижается в три раза по сравнению с прототипом.
Формула изобретения: узловое соединение деревянных элементов включающее стяжной болт проходящий через отверстия соединяемых элементов прикрепленных к промежуточному элементу клеестальных шайб отличающееся тем что с целью повышения несущей способности и снижения материалоемкости шайба выполнена крестообразной формы из двух одинаковых взаимно перпендикулярных стержневых элементов с отверстием в центре их пересечения причем биссектрисы вертикальных углов образованных стержневыми элементами ориентированы вдоль и поперек волокон древесины промежуточного элемент.
Рисунок 7.4 – Узел соединения элементов решетки фермы с верхним неразрезным поясом
Рисунок 7.5 – Узел соединения элементов решетки фермы с верхним неразрезным поясом без элементов решетки.
Рисунок 7.6 – Разрез А-А
3 Опорный узел клееной деревянной колонны
Номер патента: 1449646.
Авторы: Колпаков Пинайкин Ганиев.
Клееные деревянные рамы применяются в строительстве.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для крепления клееных деревянных колонн к фундаменту.
Цель изобретения – повышение несущей способности и жесткости опорного узла клееной деревянной колонны. Опорный узел колонны 1 включает тяжи 2 боковые накладки 3 поперечные связи 4 и упорные планки 5. Тяжи 2 выполнены в виде вклеенных в тело колонны стержней жестко скрепленных по обоим концам с поперечными связями с помощью упорных планок. Поперечные связи в свою очередь жестко скреплены с боковыми накладками снабженными поперечными выступами на которые опирается торцовая грань 8 колонны 1. Предлагаемое конструктивное решение опорного узла позволяет без дополнительного расхода металла увеличить его несущую способность и жесткость. На рисунке 6.7 показан опорный узел колонны. Опорный узел колонны работает следующим образом. При действии на колонну изгибающего момента последний раскладывается на пару сил которые воспринимаются тяжами 2 и передаются одновременно с обоих концов тяжей на боковые накладки 3 посредством поперечных связей 4 и упорных планок 5. Усилия сжатия возникающие в стойке при действии продольной сжимающей силы передаются через торцовую грань на поперечные выступы 7 боковых накладок 3. Соединение тяжей с древесиной на клею обеспечивает повышение несущей способности узла за счет работы древесины на срез поперек волокон. Наличие поперечных связей соединяющих боковые накладки обеспечивает совместную работу последних. Кроме того становится возможной передача усилия (составляющая пары сил) одновременно на оба конца тяжа что снижает концентрацию напряжений в склейке и тем самым увеличивает прочность узла. Выступы у боковых накладок контактирующие с торцами колонны способны воспринимать продольные сжимающие силы чем исключается появление сил имеющих перпендикулярное направление к продольной оси тяжа и следовательно исключается его изгиб. В результате существенно увеличивается жесткость узла которая увеличивается также и за счет исключения работы древесины на смятие поперек волокон. Предлагаемое конструктивное решение опорного узла позволяет без дополнительного расхода металла увеличить его несущую способность и жесткость.
Формула изобретения: опорный узел клееной деревянной колонны содержащий собственно колонну боковые накладки тяжи и опорные планки отличающийся тем что с целью повышения несущей способности и жесткости узла накладки снабжены жестко закрепленными на них поперечными связями и выступами контактирующими с торцовой гранью колонны а тяти выполнены в видев клеенных в тело колонны стержней размещенных параллельно большим боковым граням колонны и скрепленных по обоим концам с поперечными связями.
Рисунок 7.7 – Опорный узел колонны
4 Способ соединения деревянных элементов строительных конструкций
Номер патента: 901434.
Авторы: Филимонов Джуринский Алахверди.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве способа соединения строительных конструкций. Известен способ соединения деревянных элементов строительных конструкций включающий соединение элементов металлической накладкой (1). Недостатком такого технического решения является повышенный расход металла на узел. Наиболее близким к предлагаемому является способ соединения деревянных элементов строительных конструкций включающий установку стеклопластиковых шайб между соединяемы и элементами сверление в шайбах и в деревянных элементах отверстия установку стяжного болта и стяжку соединяемых элементов 3. Недостатками способа являются невысокая жесткость соединения и сложность его изготовления на строительной площадке.
Цель изобретения - простота соединения и упрощение изготовления в условиях строительной площадки. Поставленная цель достигаетсят ем что в способе соединения деревянных элементов строительных конструкций включающем установку стеклопластиковых шайб между соединяемыми элементами сверление в шайбах и в деревянных элементах отверстий установку стяжного болта стяжку соединяемых элементов отверстия в деревянных элементах сверлят до установки шайб которые выполняют из неполимеризованного стеклопластика с отверстиями под болт и электронагревательными элементами а после установки шайб размягчают их путем электронагрева до 110-130 С при этом стяжку соединяемых элементов осуществляют в процессе отверждения шайб. На рисунке 6.8 показан общий вид соединения деревянных элементов на рисунке 6.9 - разрез А-А.
Рисунок 7.7 – Общий вид соединения элементов
Рисунок 7.8 – Разрез А-А
Деревянные конструкции являлись основными в течение многих веков и имеют широкие перспективы применения в современном облегчённом капитальном строительстве. Огромные лесные богатства нашей страны являются надёжной сырьевой базой производства деревянных строительных конструкций. Деревянные конструкции характеризуются малой массой малой теплопроводностью повышенной транспортабельностью и их перевозки на значительные расстояния вполне рациональны. Ценные строительные свойства древесины определяют и области её эффективного использования.
Высокая прочность древесины позволяет создавать деревянные конструкции больших размеров для перекрытий зданий имеющих свободные пролёты до 100 м и более.
Деревянные конструкции подвержены загниванию. Однако современные методы конструктивной и химической защиты от загнивания позволяют снизить до минимума опасность их гнилостного поражения и обеспечить им необходимую долговечность в самых различных условиях эксплуатации.
Древесина является стойким материалом в ряде агрессивных по отношению к бетону и металлу сред. Кроме того деревянные конструкции проявляют необходимую долговечность в ряде сооружений химической промышленности.
В данном курсовом проекте для торгового павильона были разработаны ограждающие конструкции покрытия – клеефанерные плиты с утеплителем Rockwool «РУФ БАТТС» толщиной 2 = 150 мм. Размеры плиты приведены в таблице 2.3.
Основной несущей конструкцией служит трехшарнирная арка которая по расходу древесины (приведенному к круглому лесу) на 33 % выгоднее клеедощатой рамы. А стоимость арки меньше в 15 раза чем стоимость рамы.
Колонну спроектировали клеедощатой из древесины сосны второго сорта высотой H = 6 м. Для обеспечения поперечной жесткости колонна защемлена в фундамент. Размеры поперечного сечения колонны приведены в таблице 4.5.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Конструкции из дерева и пластмасс: Задания и методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС» для студентов специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство» Сост. И.С.Инжутов В.Н.Шапошников А.И.Вологдин С.В.Деордиев. – Красноярск: КрасГАСА 2004. – 46с
СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99. – Введ. 01.01.2013. – Москва : Минрегион России 2012. – 116 с.
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. – М. : ФГУП ЦПП 2011. – 83 с.
СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. – Введ. 01.07.2013. – Москва : Минрегион России 2012. – 139 с.
ГОСТ 3916.1-96. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. Технические условия. – Госстандарт СССР.
СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Свод правил. – М. : Стройиздат 2017.-86 с.
Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) ЦНИИСК им. Кучеренко. – М. : Стройиздат 1986. – 216 с.
Справочные материалы по проектированию деревянных конструкций : Учеб. Для вузов Жук В.В. – Брест : БГТУ 2010.- 38 с.
ТКП 45.5.05-146-2009. Деревянные конструкции строительные нормы. – Т. : МАиСРБ 2009. – 67 с.
СП 28.13330.2012. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2-03.11-1985. – Введ. 29.12.2011. – Москва : Минрегион России 2011. – 85 с.
ГОСТ 23790-85. Покрытие по древесине фосфатное огнезащитное. Технические условия. – Госстандарт СССР. 1985. – 12 с.
ГОСТ 9.307-89. Покрытия цинковые горячие. – Госстандарт СССР. 1989. – 8 с.
ГОСТ 9.316-2006. Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля. – Национальный стандарт российской федерации. – 12 с.
ГОСТ 9.304-87. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля. – Межгосударственный стандарт. 01.01.1989. – 10 с.
Результаты расчета в программном комплексе SCAD
Рисунок А1 – Величины перемещений
Рисунок А2 – Величины усилий
Рисунок Б2 – Патент №1377347 (Узловое соединение деревянных элементов)
Рисунок Б3 – Патент №1449646 (Опорный узел клееной деревянной колонны)
Рисунок Б4 – Патент №901434 (Способ соединения деревянных элементов строительных конструкций)
Рисунок Б5 – Патент №1467148 (Узловое соединение неразрезной в пределах узла балки с колоннами)