Дощатоклееная рама из прямоугольных элементов

Пояснительная записка.docx

Пояснительная записка
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ЗДАНИЯ5
2 Размеры карнизного узла5
3 Выбор несущих и ограждающих конструкций. Мероприятия по обеспечению пространственной жесткости каркаса8
РАСЧЕТ УТЕПЛЕННОЙ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ10
3 Расчет ребер каркаса плиты10
4 Расчет обшивок плиты11
5 Сбор нагрузок на плиту12
6 Расчет соединения ребер с обшивками13
7 Расчет компенсатора13
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАМЫ16
1 Расчетная схема рамы16
2 Сбор нагрузок на раму17
3 Статический расчет трехшарнирной рамы19
ПОДБОР И ПРОВЕРКА СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ РАМЫ26
1 Подбор элементов рамы26
2 Конструирование и расчет узлов рамы31
2.2 Карнизный узел33
2.3 Коньковый узел34
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ КОНСТРУЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ И ГНИЕНИЯ36
Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости трудоемкости и стоимости строительства. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность и устойчивость. Учитываются условия эксплуатации изготовления транспортирования и монтажа предусматриваются меры по обеспечению их капитальности и долговечности (защита от биологического разрушения возгорания действия химически агрессивной среды).
Деревянные конструкции преимущественно клееные рекомендуется применять в зданиях: сельскохозяйственных предприятиях лесопильно-деревообрабатывающей промышленности с химически агрессивной средой (т.к. древесина и конструкции на ее основе обладают большой стойкостью по отношению к агрессивным средам) подсобно-вспомогательных промышленных и складских и т.п. Конструкции из дерева и синтетических материалов следует использовать в тех случаях когда требуется исключить влияние магнитных свойств конструкций и возможность искрообразования.
Сравнительная легкость древесины с учетом ее достаточно большой прочности и жесткости позволяет перекрывать значительные пролеты.
Исходные данные для проектирования
схема 2 — дощатоклееная рама из прямоугольных элементов
Высота здания от уровня пола до низа несущей конструкции м
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ЗДАНИЯ
Поперечная рама представляет собой трехшарнирную клеедощатую раму с уклоном наружной грани двухскатного ригеля i=1:6. Она имеет коробчатое сечение своих элементов – ригеля и стоек которые в свою очередь состоят из клеедощатых поясов и фанерных стоек.
В коньковом и опорном узлах сечение рамы сплошное состоящее из досок. Это необходимо для крепления двух полурам накладками в коньковом узле и для крепления рамы к фундаменту в опорном узле. Кроме того в карнизном узле и в середине пролета полурамы сечение тоже должно быть сплошным для крепления связей по ригелю и стойкам.
Наличие ребер жесткости обусловлено сортаментом фанерных листов 1500х1000 мм. Фанерные листы крепят «внахлест» к ребрам жесткости. Сами ребра жесткости служат для опирания ограждающий конструкций.
Конструкционным материалом для рамы служат основные доски и березовая фанера марки ФСФ сорта ВВВ. Склеивание элементов ведут водостойким фенолформальдегидным клеем КБ-3 или акрилрезорциновым ФР-100.
Высота ригельной части:
Высоту стойки рамы до карнизного узла назначаем конструктивно:
2 Размеры карнизного узла
Определяем сечения в карнизном узле:
После предварительных прикидок принимаем высоту сечения в карнизном узле исходя из толщины доски 33 мм равную
Высоту в пяте стойки назначаем:
Принимаем см. Рис.1.
Высоту в коньке принимаем:
Рис.1 «Трехшарнирная дощатоклееная рама из прямолинейных элементов»
Рис.2 «Геометрическая схема рамы»
3 Выбор несущих и ограждающих конструкций. Мероприятия п обеспечению пространственной жесткости каркаса
Связи устанавливаются для создания жесткости восприятия ветровых усилий создания условий пространственной работы каркаса обеспечения необходимых условий монтажа элементов здания.
Для восприятия ветровой нагрузки действующей вдоль здания в плоскости покрытия устанавливают горизонтальные связи в торцевых частях здания и по его длине на расстоянии 22 м и распорки по всей длине здания.
Вертикальные связи между стойками в плоскости продольных стен устанавливают для восприятия давления ветра на торец здания и обеспечения жесткости каркаса здания в продольном направлении а так же для раскрепления стоек от потери устойчивости из плоскости рамы. Эти связи устанавливают в крайних пролетах здания и далее через 22 м по длине здания.
Торцевые стойки как правило проходят до покрытия и передают нагрузку от ветра на горизонтальные связи. Конструкция торцевого фахверка должна представлять собой жесткую неизменяемую систему в своей плоскости.
Для этого устанавливают подкосы в пролетах между торцевыми стойками.
Стойки фахверка изготавливаются деревянными из бруса сечением 250х250 мм.
Рис.3 «Стойка фахверка»
Ограждающие конструкции
Так как здание отапливаемое – применяется утепленная кровля. Конструктивное решение кровли – утепленные клеефанерные плиты.
Стеновое ограждение выполнено из клеефанерных утепленных плит.
РАСЧЕТ УТЕПЛЕННОЙ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ
Шаг балок составляет 46 м. Уклон кровли: 1:6.
Номинальные размеры панели в плане 15х46 м. Обшивка из водостойкой фанера марки ФСФ сорта ВВВ толщиной =10мм.; рёбра из сосновых досок 2-го сорта; клей КБ-3; утеплитель – минераловатные плиты толщиной 100 мм с объёмным весом 100 кгм3; пароизоляция из полиэтиленовой плёнки; снеговая нагрузка –180 кгм2;
Расчётные сопротивления для материалов (фанера и сосна) определены в таблице 1.
Таблица 1 «Основные расчетные сопротивления для материалов панели»
3 Расчет ребер каркаса
Каркас панели состоит из 4-х продольных рёбер расстояние между ребрами - с=460мм высотой hр=130мм толщиной bp=40мм; ширина панели по низу 1470мм по верху 1490мм. Расчётный пролёт lр=l-110мм=4600-110=4490 см. (110=55*2 где 55мм – величина опирания панели).
Принятая высота панели h=10+10+130=150мм что составляет 1504490=1299 пролёта.
4 Расчет обшивок плиты и их геометрические характеристики
Расчётная ширина фанерных обшивок принимается согласно п.4.25 СП 64.13330.2010 «Деревянные конструкции» на 10% меньше действительной и равна:
Сечение клеефанерной панели приводит к сжатой фанерной обшивке:
Определяем приведённую площадь сечения по формуле:
где hр bр – высота и толщина ребер;
- толщина фанерной обшивки;
Определяем приведённый моменты инерции плиты:
где Fф.н=bффн – расчётная площадь поперечного сечения нижней обшивки;
Fф.в= bффв– расчётная площадь поперечного сечения верхней обшивки;
Fр=4h0b0 – площадь поперечного сечения рёбер;
Jр=4bphp312 –момент инерции рёбер;
Jф= bф фн312 – момент инерции фанерной обшивки;
yф.в= yф.н –расстояние от нейтральной лини до центра нижней и верхней обшивки.
5 Сбор нагрузок на плиту
Определяем снеговую нагрузку для IV снегового района согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» по формуле:
где се - коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов; ce = 085;
ct - термический коэффициент; ct = 10;
m - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; m = 167;
S1 - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли S1 = 240 кгм2;
Определим полную нормативную и расчетную нагрузку на 1м2 панели:
Нормативная нагрузка кгм2
Коэффициент надежности
Расчетная нагрузка кгм2
Кровля рубероидная трехслойная
Каркаса из сосны (013*004)*550*3
Утеплитель минераловатные плиты (001*100)
Расчётный изгибающий момент в середине пролёта:
Определяем напряжение в растянутой обшивке:
Проверяем устойчивость сжатой обшивки:
Где – при расстоянии между ребрами в свету и толщине фанеры :
6 Расчет соединения ребер с обшивками
Проверяем на скалывание по клеевому шву:
Где поперечная сила равная:
приведенный статический момент верхней обшивки относительно нейтральной оси равный:
количество ребер равная – 4
ширина клеевого соединения равная:
Определяем относительный прогиб панели:
Все условия соблюдаются.
7 Расчет компенсатора
При неравномерно приложенной нагрузке может произойти смещение продольных кромок панелей относительно друг друга. Для предотвращения повреждения рулонного ковра продольные кромки стыкуются в четверть и сшиваются гвоздями диаметром 5 мм через 300 мм (рис.4).
Разрыв рулонного ковра может произойти и над стыками панелей в местах их опирания на главные несущие конструкции шва шириной:
где высота плиты на опоре;
угол поворота опорной грани плиты:
Рис.4 «Стык панелей вдоль ската»
Компенсатор работая в пределах упругости материала должен допускать перемещения опорных частей панели связанные с поворотом торцевых кромок панелей и раскрытием швов.
Перемещение конца компенсатора при изгибе плиты:
где Pr – изгибающий момент в компенсаторе при его деформировании определяемый через напряжение:
где Ест = 30000кгссм2 – модуль упругости полиэфирного стеклопластика ст = 05см – толщина листа стеклопластика r = 5cм – высота волны Rст = 150 кгссм2 – расчётное сопротивление стеклопластика.
Вывод: Условие прочности и жесткости панели выполняется.
1 Расчетная схема рамы
Запроектировать и рассчитать несущую конструкцию для промышленного одноэтажного здания. Здание отапливаемое. Пролет рам L=21м шаг рам В = 46м. Ограждающие конструкции покрытия — клеефанерные плиты покрытия с утеплителем. Плита размером 1490х4580х150мм. Класс надежности здания II. Принимаем несущие конструкции в виде рам из прямолинейных элементов. Уклон ригеля 1:6. Поперечное сечение рамы прямоугольное с постоянной шириной b = 205 см и переменной высотой. Ригель и стойку компонуем из досок 225 X 4 см (после острожки 205 X 33 см) в виде прямоугольных пакетов с последующей распиловкой. L=21м; В=46м; f=105м.
Рис.5 «Расчетная схема рамы»
2 Сбор нагрузок на раму
На раму действует постоянная нагрузка от веса покрытия и собственного веса рамы и временная нагрузка снеговая и ветровая.
Расчетный снеговой покров -
Ветровое давление 23
Таблица 2 «Нагрузки действующие на раму кНм2
Постоянная от веса плиты
Кровля рубероидная трехслойнная
Каркас из древесины (013·004)·550·3
Утеплитель минарловатные плиты 001·100
Постоянная нагрузка:
– нормативная нагрузка от веса покрытия;
Нормативный вес рамы определяем по формуле:
Где и – соответственно нормативная постоянная и временные нагрузки; – коэффициент для нагрузки от веса конструкций принимаемый в зависимости от вида и пролета конструкции на нее; – пролет конструкции м.
где - шаг рам равный ширине грузовой площади действующей на раму.
Расчетная ветровая нагрузка:
Аэродинамические коэффициенты находим по интерполяции согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»:
Подсчитаем ветровую нагрузку по формуле:
где коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте; - расчетная ветровая нагрузка.
Разбиваем ветровую нагрузку на ригеле на 2 составляющие вертикальную и горизонтальную.
3 Статический расчет трехшарнирной рамы
Разбиваем раму на точки в характерных сечениях (рис.5).
Рис.6 «Геометрическая схема рамы»
Расчет усилий от постоянной нагрузки
Постоянная нагрузка на раму
Изгибающие моменты соответствущих сечений:
где - координаты центра тяжести сечений (принимаем начало в пятом шарнире).
где угол угол между касательной к соответствующему сечению и горизонталью.
Расчет усилий от снеговой нагрузки по всему пролету
Снеговая нагрузки на раму
Расчет усилий от снеговой нагрузки на левой полураме
Расчет усилий от снеговой нагрузки на правой полураме
Расчет усилий от ветровой нагрузки действующей на раму
Определение усилий в характерных сечениях левой полурамы при действии ветровой нагрузки
Определение усилий в характерных сечениях правой полурамы при действии ветровой нагрузки
Данные расчетов заносим в таблицу 3. По полученным значениям составляем основное сочетание: постоянная + 90% (снеговой и ветровой):
Таблица 3 «Расчетные значения нагрузок»
От постоянной нагрузки
От снеговой нагрузки
От ветровой нагрузки
ПОДБОР И ПРОВЕРКА СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ РАМЫ
1 Подбор элементов рамы
Проверяем максимальное напряжения в биссектрисном сечении 3 по формуле:
Для сжатой зоны вдоль оси под углом α к волокнам
Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок определяемый из расчета по деформированной схеме по формуле:
Коэффициент определяем по формуле:
Коэффициент определяем по таблице СП 64.13330.2012 в приложении П7:
Для растянутой зоны вдоль оси x под углом α к волокнам по формуле:
Проверяем прочность по нормальным напряжениям сечения 4:
Раскрепляем раму в плоскости перпендикулярной плоскости рамы стеновыми панелями плитами покрытия поперечными (скатными) связями расположенными по наружному контуру рамы а также вертикальной связью установленной в биссектрисном сечении 3.
Находим расположение нулевой точки в эпюре изгибающих моментов. Определяем координаты нулевой точки.
координаты центра тяжести биссектрисного сечения 3.
Решая уравнения получаем координаты точек: (положение конькового шарнира);
На всех участках (от опорного узла до биссектрисного сечения от биссектрисного сечения до точки с координатами и от этой точки до конькового узла) устойчивость плоской формы деформирования рамы проверяем по формуле с учетом переменности сечений:
на первом участке (от опорного до биссектрисного сечения)
– расчетная длина участка рамы равная длине ее внешней подкрепленной кромки.
Где – коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке и определяемый по таблице Е.2 в СП 64.13330.2012
Проверяем устойчивость плоской формы деформирования на втором участке от биссектрисного сечения до точки с координатами:
Проверяем устойчивость на третьем участке (от точки с координатами до конькового узла).
Максимальное значение изгибающего момента и соответствующей продольной силы трения на третьем участке определяем в сечении где поперечная сила равна 0.
2Конструирование и расчет узлов рамы
Проверяем клеевые швы на скалывание в опорном сечении
Проверяем торец стойки на смятие вдоль волокон:
Кромка стойки на смятие поперек волокон:
Определим высоту упорного листа
Рассчитываем сварные швы по СНиП II-23-81*
Рассчитываем анкерные болты по СНиП II-23-81*
Марка стали Вст3кп2
Рассчитываем стальные элементы башмака по СНиП II-23-81*
Определим толщину упорного листа:
Определим параметры опорного листа:
Изгибающий момент в листе:
Тогда толщина опорного листа будет:
Карнизный узел представляет собой непосредственное соединение ригеля и стоек зубчатым шипом (рис.7). Тип соединения принимаем I-50 с размерами:
Длина L=50мм шаг t=12мм затупление b=15мм. Клей можно применить фенолрезорционовый резорциновый алкилрезорциновый (марок ФР-12 ФРФ-50 ФР-100).
Рис.7. «Зубчатый стык»
Коньковый узел решаем по схеме в виде накладок из брусьев сечением 125х200 мм (после острожки 115х190 мм) длиной 1000 мм (рис.8). Болты диаметром 20 мм располагаем в два ряда по высоте. Расстояние: e1=280 мм; e2=720 мм.
Рис.8. «Коньковый узел: а) вид сбоку б)вид сбоку в) схема левой накладки для расчета болтов»
Взаимное смятие торцов полурам под углом к волокнам
Проверяем накладки на изгиб:
где – момент сопротивления накладок
Значения усилий в болтах определяем по формулам:
где – реактивные усилия в болтах от действия поперечной силы Q при нагружении рамы несимметричной нагрузкой;
– наименьшая несущая способность одного болта в одном рабочем шве;
– количество болтов в ряду;
– количество рабочих швов (срезов) болта;
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ И ГНИЕНИЯ
Защита конструкций от возгорания
В качестве метода защиты строительных конструкций от возгорания применяем антипирирование. Простейшим и доступным способом является пропитка древесины карбамидными смолами. Смолу марки МФ-17 разбавляют водой до 20-25%-й концентрации и подогревают до 60-65ºС при постоянном перемешивании. В раствор смолы загружают на 3-4 ч древесину влажностью не более 12-15% и плотно закрывают ванну крышкой. Затем древесину вынимают держат для стока смолы 1-2 ч после чего погружают на 2-25 ч в 3-5% раствор аммиака при температуре 40-45ºС.
Сушку проводят при 100±2ºС в течение 2-6 ч. Древесина обработанная антипиренами методом глубокой пропитки устойчивее чем окрашенная против действия огня.
Огнезащитные составы следует наносить на готовые деревянные конструкции не подвергающиеся последующей механической обработке. Перед нанесением составов поверхность должна быть очищена от пыли и грязи. Обработку поверхности следует производить при положительной температуре не ниже 10ºС и относительной влажности воздуха не более 70% или в соответствии с требованиями ТД. Не допускается производство огнезащитных работ при отрицательных температурах воздействии атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.
Огнезащитные составы обладают различными эксплуатационной стойкостью и долговечностью поэтому необходим периодический контроль за состоянием защищенной поверхности и в случае необходимости проведение своевременных ремонтно-восстановительных работ.
При нанесении огнезащитных составов применяется специальное оборудование ( см. табл.):
Оборудование применяемое для защиты металлических конструкций
Стадии работы (операции)
Материалы и оборудование
Измерение влажности древесины
Влагомер марки ЭВ-1 ЭВ-11 ВПК-12М и др.
Ветошь растворители моющие средства химические средства для удаления старой краски шпатели скребки щетки
Приготовление рабочего огнезащитного состава
Смесители или емкости для смешения из коррозионно-стойкого материала термометры ареометры весовые и объемные дозаторы рН-метр весы гидронасосы сита оборудование для фильтрации и отстоя
Нанесение на защищаемые поверхности
Кисти и валики малярные окрасочные агрегаты и установки для малярных работ типа СО-5А СО-150 СО-154 ТМ-1А и др.
Контроль за качеством нанесения
Щупы специальные для определения толщины слоя штангенциркуль переносной прибор конструкции ВНИИПО
Защита конструкций от биологического повреждения
Для защиты от биологического разрушения деревянных конструкций не подвергающихся в процессе эксплуатации атмосферным воздействиям рекомендуется антисептик Домовой ( ТУ 2499-008-11622992-01 ). Для конструкций не выходящих внутрь помещения - Биодекор ( ТУ 2499-006-11622992-01 ). Эти антисептики дезинфицируют древесину уничтожают все виды грибка плесени и предотвращают их распространение.
Обработка дерева защитными средствами производится обычно после завершения отделки деревянных элементов. Если затем требуются доработки сверление отверстий и т. п. то открытые поверхности дерева следует обрабатывать заново. Трещины появившиеся позднее в результате высыхания также следует затем обработать. Применяемое при этом средство не должно повреждать предыдущего слоя. Соприкасающиеся плоскости в труднодоступных участках следует подвергнуть пропитке своевременно. Чтобы обеспечить длительную защиту древесины нужно пользоваться способами при которых достаточные количества защитных средств наносились бы равномерно и по возможности проникали глубже внутрь.
Профилактические меры осуществляются при заготовке леса хранении на стройплощадках и при эксплуатации зданий. Предусматривают сплошную ( со всех сторон ) обработку деревянных элементов антисептиками.
Истребительные меры при обнаружении жуков заключаются в удалении поражений древесины и обработке очагов развития химическими веществами (инсектициды). Очаги поражения древесины жуками можно ликвидировать введением раствора инсектицида в толщу древесины чем достигается немедленная гибель находящихся там древоточцев а также обработкой поверхности пораженных элементов инсектицидными составами вызывающими гибель взрослых жуков при вылете их из древесины.
Введение инсектицида в толщу древесины осуществляется либо путем шприцевания его в летные отверстия либо в специально высверленные отверстия с помощью нагнетающих устройств работающих под давлением.
СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции»;
СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»;
Карлсен Г. Г. «Индустриальные примеры проектирования. Деревянные конструкции»;
Справочник проектировщика 1937 года выпуска;
Иванов В.А. «Конструкции из дерева и пластмассы»;
ГОСТ 39161.-96 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород»;
СН 11-57 «Инструкция по проектированию и изготовлению клееных деревянных конструкций и строительных деталей».

Чертеж.dwg

Рулонный кровельный материал
Горизонтальные связи
Клеефанерная плита покрытия
х1450 ГОСТ 3916-69 L=5980
х40 ГОСТ 24454-80* L=5980
х40 ГОСТ 24454-80* L=1490
Металлические элементы
Доски 205х33 ГОСТ 24454-80*
0х120 ГОСТ 24454-80* L=1000
0х125х12 ГОСТ 8510-85 L=325
ø14 ГОСТ 22356-77* L=200
ø24 ГОСТ 19281-73* L=630
0х5 ГОСТ 82-70* L=380
0х18 ГОСТ 82-70* L=250
ø22 ГОСТ 22356-77* L=520
ø14 ГОСТ 22356-77* L=270
0х90х8 ГОСТ 8510-85 L=300
0х90х8 ГОСТ 8510-85 L=580
0х6 ГОСТ 82-70* L=400
0х150 ГОСТ 24454-80* L=5080
0х150 ГОСТ 24454-80* L=5900
0х150 ГОСТ 24454-80* L=2800
х6 ГОСТ 82-70* L=200
ø6 ГОСТ 7798-70* L=70
0х40 ГОСТ 24454-80* L=600
ø12 ГОСТ 22356-77* L=100
ø14 ГОСТ 22356-77* L=220
ø14 ГОСТ 22356-77* L=180
Монтажный план; разрез 1-1; Спецификация издели; разрез 2-2
-5;Ригель рамы; Стойка рамы.
Дощатоклееная рама из прямоугольных элементов
-4; Вид Б; Накладка Н1; Клеефанерная панель покрытия; разрезы 6-6
Спецификация элементов рамы и покрытия
Таблица расхода материала
Расчетная схема рамы
Деревянные элементы рамы
распорок и связей выполнить клееными из досок хвойных пород
плотностью 500 кгм; 2. Для склеивания досок применять кармидно-меламиновый ТУ 8-05-211-1006-75; 3. Древесина для клееных элементов должна иметь влажность не более 20% 4. Металлические элементы и детали выполнены из стали С235; 5. Сварку выполнять полуавтоматическим способом. Электроды применять СВ-08А; 6. Все остальные конструкции должны быть огрунтованы