Расчет ограждающих конструкций промышленного здания (деревянная ферма, деревянная балка, деревянная плита покрытия)

Чертеж КДП.dwg

КР 08.05.01.0864.086037.2020
Курсовая работа по дисциплине
Конструкции из дерева и пластмасс
Одноэтажное двухпролетное
Узел опирания балки Б-1 М1:25
Фартук из оцинкованной стали
ФСФ сорт ВВВ 8х1100мм
ФСФ сорт ВВВ 6х1100мм
Деревянные конструкции
Брус 40х117мм l=2980мм
Брус 40х117мм l=330мм
Брус 40х59мм l=2980мм
Плита покрытия П-1 М1:25
КР 08.03.01.181Р11.0818216.2022
Курсовой проект по дисциплине "Конструкции из
Двухпролетное промышленное
Планы расстановки плит покрвтия и связей
спецификация на плиту
ВЫПОЛНЕНО В СТУДЕНЧЕСКОЙ ВЕРСИИ ПРОГРАММЫ AUTODESK
Спецификация на ферму Ф-1
Конек из оцинкованной стали
Узел продольного стыка панелей
Металлические конструкции
Брус 250х250мм l=250мм
Брус клееный 110х318мм
Брус клееный 110х132
Клеефанерная панель покрытия с утеплителем -131мм
Трехслойный рубероидный ковер-12мм
Клееный верхний пояс-318мм
Металлический нижний пояс
КП 08.03.01.171Р11.0817014.2021
геометрическая схема фермы
спецификация на ферму Ф-1
продольного стыка панелей
Клеефанерная балка с плоской стенкой-1220мм
Клеефанерная панель покрытия с утеплителем-131мм
Геометрическая схема фермы М1:100
Материал конструкций - сосна II сорта
влажностью не более 12%.
Материал металлоконструкций - сталь С245.
Все деревянные конструкции подвергаются поверхностной обработке
антипиренами ОФП-9 за 2 раза.
Все металлические конструкции подвергаются поверхностной обработке
Для соединения деревянных элементов использовать сжатые болты
на квадратных шайбах.
План расстановки плит покрытия М1:400
План расстановки связей М1:400
Спецификация на плиту П-1
схема расположения горизонтальных и вертикальных связей
КР 08.03.01.181Р11.0818046.2022 КДиП
Двухпролетное промышленное здание
Материалом деревянных конструкция является сосна II сорта с влажностью не более 20%. 2. Материалом металлоконструкций служит сталь С245. 3. Все металлические элементы покрыть масляной краской 2 раза. 4. Сварка ручная электродами Э42 по ГОСТ 9467-75. 5. Все деревянные элементы фермы подвергаются поверхностной обработке антипиренами ОФП-9 (ГОСТ 23790-79) и антисептиками ББ-32 (ГОСТ-23787.6-79).
План расстановки связей
План расстановки плит покрытия
Геометрическая схема фермы Ф-1
Узел опирания балки Б-1
Горизонтальные связи
Спецификация на плиту покрытия П-1
Клееный брус 14х16 см
Плита опорная 500х8 мм
Клеефанерная плита покрытия
Двухскатная металлодеревянная ферма
Трёхслойный рубероидный ковёр
Отв. d22 мм для стального листа
Отв. d20 мм для клееного бруса
Спецификация на ферму Ф1
Ферма покрытия Ф-1 М 1:20
Треугольная ферма с металлическим нижним поясом
Трехслойный рубероидный ковер - 12 мм
Клеефанерная панель покрытия - 185 мм
Клееный брус 82х142мм
Клееный брус 123х142мм
Швеллер №10У l=142 мм
Швеллер №16У l=142 мм
Верхний пояс фермы выполнен из клееной древесины.
Материалом металлоконструкций служит сталь С235.
Узлы разработаны по материалам нормативной литературы и
учебно-методических пособий. Могут быть изменены на основании
удовлетворяющих прочностным характеристикам.
Подробный расчет всех узлов и элементов см. "Пояснительная записка к
КП 08.03.01.171Р11.0817035.2021
Кол. уч.№ док. Подп.
Курсовой проект по дисциплине
Схема расположения панелей покрытия м 1:200
Клеефанерная панель покрытия ПП-1
Клеефанерная балка с плоской стенкой
Спецификация на панель П-1
ФСФ сорт ВВВ 10х1290мм
ФСФ сорт ВВВ 8х1290мм
Узел продольного стыка панелей М 1:10
Схема расположения ферм
балок и связей жесткости
Узел состыковки панелей над опорой М 1:10
Анкерный болт d=16 мм
расположения панелей покрытия
элементов на панель ПП-1
Материалом деревянных конструкций покрытия является сосна
сорта влажностью не более 12%.
Все деревянные конструкции подвергаются поверхностной
обработке антипиренами ОФП-9 за 2 раза
Для соединения деревянных элементов использовать стяжные
болты на квадратных шайбах по ГОСТ 52645-2006.
Узел опирания балки Б-1 М 1:20
Клеедеревянная панель покрытия - 185 мм
Клеедеревянная балка пролетом 6 м
ФСФ сорт ВВВ 12х1190мм
ФСФ сорт ВВВ 10х1190мм

ПЗ КДП.docx

Дерево в качестве строительного материала применяется с древнейших времен. Этому способствовало наличие лесов легкость обработки и транспортировки деревянных элементов к месту строительства. Кроме того древесина обладает хорошими конструкционными качествами — значительной прочностью и упругостью при сравнительно небольшой массе.
Применительно к нашей стране в которой сосредоточены огромные лесные богатства технико-экономическая целесообразность деревянного строительства не вызывала сомнений. С давних пор применялись в строительстве деревянные сооружения оборонительного общественного хозяйственного жилищного и других назначений.
К недостаткам деревянных конструкций относится их подверженность увлажнению биоповреждению (гниению) и возгоранию. Поэтому огромное значение при проектировании деревянных конструкций имеет разработка мер по защите древесины от увлажнения гниения и возгорания.
Высокая прочность древесины позволяет создавать деревянные конструкции больших размеров для перекрытий зданий имеющих пролеты до 100 метров и более.
Наиболее полно отвечают всем требованиям предъявляемым к современному индустриальному промышленному строительству прогрессивные клееные деревянные конструкции которые по своей массе и стоимости имеют преимущества не только перед железобетонными но и перед стальными конструкциями. Крупные склеенные сечения из тонких досок таких блоков хорошо сопротивляются воздействию огня и гниению а при пропитке минеральными солями они становятся почти огнестойкими и неувлажняемыми.
В настоящее время клееные деревянные конструкции получают в промышленном строительстве все большее применение. Из пиленого леса можно изготовлять как плоскостные конструкции — балки фермы арки так и пространственные — купола своды оболочки однако последние в промышленном строительстве в настоящее время почти не применяют.
В данном курсовом проекте рассчитывается двухпролетное промышленное здание расположенное во III снеговом районе с шагом колон 3 м и количеством шагов равным 12. Пролет 23 м перекрыт сегментной фермой с деревянным клееным верхним поясом. Пролет 11 м перекрыт клеефанерной балкой с плоской стенкой. Покрытие представляет собой клеефанерную панель размером 13 м. Тип кровли рубероидная. Условия эксплуатации Б2. Тепловой режим здания неотапливаемое.
Расчёт ограждающих конструкций покрытия
1 Выбор конструктивной схемы
В качестве конструкции ограждающего покрытия принимаем панель покрытия размером 11х6 м.
Для изготовления панелей покрытия принимаем листы фанеры клееной березовой марки ФСФ размерами 1125х1525 мм. После обрезки кромок размеры листов становятся 1100х1500 мм. Для обеспечения зазора между панелями принимаем равного в продольном 20 мм и поперечном направлении 10 мм. Листы фанеры стыкуются на «ус» в месте стыка. Поперечные ребра располагаем в торцах панели и в месте стыка фанерных обшивок.
Обшивки принимаем наименьшей допустимой толщины: верхнюю – из фанеры толщиной 12 мм; нижнюю – толщиной 10 мм. Для ребер каркаса принимаем по сортаменту доски сечением 48х125 мм. После острожки кромок согласно ГОСТ 7307-75 высоту ребер принимаем hp=125-8=117 мм. Высота сечения панели hp=117+12+10=139 мм. В этом случае находится в пределах допустимых значений
Рисунок 1.1 – Конструкция панели покрытия
Определяем расстояние между рбрами в свету по формуле:
где Bп – ширина панели в плане.
Подставляем значения в формулу (1):
2 Расчет клеефанерной панели
Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле:
где Sg – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли равный 2 кПа по IV снеговому району строительства;
Cе – коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра:
???????? = (12 04 · √????) · (08 + 0002 · ????????) (3)
где ???? – принимается по таблице 11.2 СП 20.13330.2016; ????=1
???????? – ширина покрытия принимаемая не более 100 м определяется по формуле:
где ???? – наименьшая ширина покрытия в плане;
???? – наибольшая ширина покрытия в плане. Подставляем значения в формулу (4):
Подставляем значения в формулу (3):
Cе = (12 04 · √053) · (08 + 0002 · 3465)=079.
Ct=1 – термический коэффициент; принимаемый в соответствии с пунктом 10.1 1 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» для районов со средней температурой января -5оС.
— это коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие рассчитываемый согласно приложению Б СП 20.13330.2016. Этот коэффициент отражает форму кровли. Согласно прил. Б.1 при уклоне кровли 25-60 07 ;
Подставляем значения в формулу (2):
Расчетное значение снеговой нагрузки определяем умножением на
γf =14 нормативного значения на коэффициент.
Таблица 1 – Сбор нагрузок на 1 м2 покрытия
Элемент и подсчет нагрузок
Нормативная нагрузка кПа
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кПа
Постоянная нагрузка:
Рубероид с крупнозернистой посыпкой(3 слоя)
Продольные ребра с учетом соединительных брусков
- плотность древесины (сосна =500 кгм3)
Поперечные ребра каркаса
- плотность древесины(сосна =500 кгм3)
а0 - расстояние между ребрами
Снеговая нагрузка для района III
Нагрузки на погонный метр ширины панели:
3 Геометрические характеристики сечения панели
Приведённая расчётная ширина фанерных обшивок согласно СП 64.13330.2017 п. 7.27:
Расчетный пролет панели:
Приведенная ширина обшивки:
Площадь поперечного сечения нижней и верхней обшивок:
Подставляем значения в формулы (7) и (8):
Площадь поперечного сечения продольных рёбер:
Расчёт панели производится по приведённым к панели геометрическим
характеристикам. Приведённая площадь поперечного сечения определяется по формуле:
Едр = 10000 МПа – модуль упругости древесины;
Еф = 9000 МПа – модуль упругости фанеры.
Подставляем значения в формулу (9):
Приведённый статический момент сечения относительно нижней грани определяем по формуле:
Подставляем значения в формулы (10):
Расстояние от нижней грани клеефанерной панели до центра тяжести сечения:
Моментом инерции обшивок относительно собственной оси и моментом инерции деревянных ребер относительно нейтральной оси при практических расчетах можно пренебречь.
Приведенный момент инерции относительно центра тяжести сечения:
Подставляем значения в формулу (12):
Приведенные моменты сопротивления обшивок:
4 Проверка панели на прочность и устойчивость
Максимальный расчетный изгибающий момент в середине панели:
Подставляем значения в формулу (15):
Напряжения растяжений в нижней обшивке:
где Rф.р – расчетное сопротивление фанеры растяжению вдоль волокон Rф.р.= 135 МПа в соответствии с таблицей 8 СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»;
γп=1 – коэффициент надежности;
mn – коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления панели в растянутом стыке mn = 06.
Подставляем значения в формулу (16):
- условие выполняется.
Проверка устойчивости верхней сжатой обшивки:
где Rф.с. – расчетное сопротивление фанеры сжатию вдоль волокон Rф.с.=135 МПа в соответствии с таблицей 8 СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»;
φф – коэффициент продольного изгиба определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (17):
Проверка верхней обшивки на изгиб от действия внешней сосредоточенной нагрузки. Изгибающий момент в середине пролета:
где Р=12 кН (условный вес человека с инструментами).
Подставляем значения в формулу (18):
Рисунок 1.2 – Схема приложения силы Р
Момент сопротивления расчетной полосы шириной 1 м:
Подставляем значения в формулу (19):
Напряжения сжатия верхней обшивки панели:
Подставляем значения в формулу (20):
Проверка на скалывание по шву в местах сопряжения обшивок с ребрами. Поперечная сила на опоре:
Подставляем значения в формулу (21):
Статический момент верхней обшивки относительно центра тяжести сечения:
Подставляем значения в формулу (22):
Складывающие напряжения в клеевом слое фанерной обшивки находят по формуле Журавского:
Rф.ск. – расчетное сопротивление фанеры скалыванию Rф.ск.=09 МПа в соответствии с таблицей 8 СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»;
Подставляем значения в формулу (23):
Прогиб панели от нормативной нагрузки:
где 1150 — предельный прогиб в панелях покрытия согласно СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»;
Подставляем значения в формулу (24):
Расчет несущей конструкции покрытия пролета фермы А-Б
1 Определение геометрических характеристик фермы
Ферма пролётом L=21 м состоит из верхнего клеёного пояса и одного раскоса из клеёной древесины. Нижний пояс и второй раскос состоят из двух спаренных уголков. Стойка из клееной древесины. Расчётный пролёт фермы равен Lр = 207 м.
Рисунок 2.1 – Схема поперечного разреза промышленного здания
Сегментная ферма проектируется с деревянным верхним и металлическим нижним поясом пролетом 21 м при шаге колон 6 м.
Расчёт пролёта фермы с учётом ее опирания на колонну:
Высоту фермы принимаем из отношения по формуле:
Подставляем значения в формулу (25):
Высоту фермы принимаем
Ферма представляет собо равнобедренный треугольник ABC учитывая и компоновку распределим стойки и раскосы распишем углы согласно свойству треугольника.
Распределим стойки MR и FP по середине нижнего и верхнего поясов соответственно получаем что AR=DP=PC=2074=518 м. Коньковая стойка BD делит ферму(ABC) на два сегмента.
Рассмотрим ABD все найденные геометрические характеристики будут равны BCD оба треугольника являются прямоугольными.
По теореме Пифагора найдем сторону AB:
Подставляем значения в формулу (26):
Учитывая что MR средняя линия ABD получим AM=MB=10782=539 м. Медиана HR делит AM на два равных участка так же AHR подобен ABC по двум углам соответственно AH=HR=27 м.
В трапецию MRDB вписан равнобедренный треугольник исходя из этого найдем сторону KD по теореме косинусов:
Подставляем значения в формулу (27):
Так как KRD – равнобедренный: KD=KR=343 м.
При определении размеров ферма примет вид:
Рисунок 2.2 – Схема фермы промышленного здания
2 Статический расчёт фермы
Нагрузки действующие на ферму от покрытия и снеговой нагрузки представлены в таблице 1.
Нагрузка от собственного веса фермы определяется по формуле:
kс.в.– коэффициент зависящий от схемы несущих конструкций покрытия пролета. kс.в=25÷4 согласно методическим указаниям «Конструкции из дерева и пластмасс» принимаем kс.в = 3;
Подставляем значения в формулу (28):
Расчётная нагрузка: кНм2
Все нагрузки считаем приложенными в узлах верхнего пояса фермы. Максимально возможные усилия могут возникнуть от следующиx комбинаций нагрузок:
)I сочетание нагрузок – постоянная и временная (снеговая и-
). полезная) равномерно распределены по всему пролёту конструкции.
Рисунок 2.3 – Первое загружение
Определяем усилия в узлах фермы по формулам:
где – расчетная нагрузка от покрытия кПа;
– расчетная нагрузка от собственного веса кПа;
Sp – расчетная снеговая нагрузка кПа;
В – шаг несущих конструкций.
Подставляем значения в формулы (29) и (30):
) II сочетание нагрузок – постоянная равномерно распределенная на всём пролёте и временная равномерно распределённая на полупролёте.
Рисунок 2.4 – Второе загружение
Подставляем значения в формулы (31)(32)(33)(34)(35):
3 Расчёт фермы с использованием программы «Полюс» сочетаниям нагрузок
) I сочетание нагрузок
Рисунок 2.5 – Расчётная схема фермы для I-ого сочетания нагрузок
Рисунок 2.6 – Эпюра продольных сил от I-ого сочетания нагрузок
) II сочетание нагрузок
Рисунок 2.7 – Расчётная схема фермы для II-ого сочетания нагрузок
Рисунок 2.8 – Эпюра продольных сил от II-ого сочетания нагрузок
) Анализ результатов вычислений
Таблица 2 – Анализ результатов расчета
Максимальное усилие кН
4 Расчет верхнего пояса фермы
Определяем внеузловую нагрузку от плит покрытия по формуле:
α4 – угол наклона верхнего пояса к горизонту;
B = 6м – длинна панели покрытия (шаг несущих конструкций).
Подставляем значения в формулу (36):
Расчётную погонную нагрузку определяем по формуле:
Подставляем значения в формулу (37):
Местная равномерно распределенная нагрузка от собственного веса крыши и снега определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (38):
Местная равномерно-распределенная нагрузка от собственного веса фермы определяется с учетом того что на верхний пояс приходится 23 ее собственного веса и рассчитывается по формуле:
Подставляем значение в формулу (39):
Полная погонная нагрузка на ферму определяется по формуле:
Подставляем значение в формулу (40):
Изгибающий момент в середине блока от поперечной нагрузки определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (41):
По сортаменту принимаем доски шириной 150 мм. После фрезерования кромок с двух сторон ширина сечения пояса будет равна b=135 см. Высоту сечения определяем из формулы расчета элемента на сложное сопротивление сжатию с изгибом согласно п. 7.17 [4]:
где =08 – коэффициент учитывающий увеличение момента при деформации пояса после определения высота будет определена;
– максимальное расчетное усилие в верхнем поясе;
– расчетное сопротивление сжатию для сосны II сорта согласно п.1а табл. 3 [4].
Расчетный момент сопротивление находится по формуле:
Следовательно находим высоту h:
Принимаем высоту сечения h=1755 мм (9 досок толщиной 195 мм до фрезерования пластей 25 мм). Высота сечения меньше 50 см следовательно согласно табл. 10[12] а
Определяем площадь поперечного сечения:
Гибкость вычисляем по формуле:
Подставляем значения в формулу (44):
Момент сопротивления по формуле:
Подставляем значения в формулу (45):
Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации пояса вычисляем по формуле согласно п. 7.17 [12]:
Проверку принятого сечения начинаем с определения минимальных размеров площадок смятия в узлах.
Минимальная высота вертикальной торцевой площадки в узле А определяется по формуле согласно определению минимальных размеров площадки смятия в узлах:
где =225 Мпа – расчетное сопротивление смятию для сосны II сорта согласно п.1а табл. 3 [4] с учетом коэффициента .
Подставляем значения в формулу (47):
Величину эксцентриситета e продольной силы получим приравняв напряжение в поясе посередине панели и по краям в результате получим формулу:
Подставляем значения в формулу (48):
Следовательно расчетный изгибающий момент в середине элемента от поперечной нагрузки находится по формуле:
Подставляем значения в формулу (49):
Производим проверку сечения пояса в середине панели при полном загружении снеговой нагрузкой по формуле:
Подставляем значения в формулу (50):
При опоре дощатого клееного верхнего пояса частью сечения на стальной башмак в опорных узлах и лобовым упором элементов в промежуточных узлах следует учитывать местную концентрацию на опорах скалывающих напряжений. Расчет на прочность по скалыванию сжато-изгибаемого элемента определяется по формуле:
где – статический момент сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси (52)
– момент инерции поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси (53)
– расчетное сопротивление скалыванию при изгибе клееных элементов для сосны II сорта согласно п.1а табл. 3 [4] с учетом коэффициента .
Подставляем значения в формулы (51)(52) и (53):
Устойчивость плоской формы изгиба определяется из условия в формуле:
где n=2 – показатель степени для элементов без закреплений растянутой зоны в плоскости деформирования;
φм – коэффициент определяемый по формуле:
Подставляем значения в формулу (55):
Подставляем значения в формулу (54):
- условие выполняется устойчивость обеспечена.
Принимаем клееную балку сечением 135х1755 что удовлетворяет условиям прочности.
Рисунок 2.9 – Сечение верхнего пояса
5 Расчет нижнего пояса фермы
Максимальное усилие в нижнем поясе по таблице 2 равно N1=3786 кН. Пояс проектируем металлическим из двух равнополочных уголков. Для уголков принимаем сталь С245 с расчетным сопротивлением R=240 МПа.
Требуемую площадь сечения находим по формуле:
где Rу=240 МПа = 24 кНсм2 – расчётное сопротивление стали растяжению.
Подставляем значения в формулу (56):
Принимаем сечение из двух равнополочных стальных уголков 50х50х5 по ГОСТ 8509-93 с площадью поперечного сечения общей площадью
F=482=96 см2 > Fтр=168 см2. Радиус инерции одного уголка ix=153 см.
Проверяем гибкость нижнего пояса по формуле:
Подставляем значения в формулу (57):
- условие выполняется гибкость обеспечена.
Рисунок 2.10 – Сечение нижнего пояса
6 Подбор поперечного сечения сжатого раскоса
Сечение раскоса принимаем клееным состоящего из 3 досок размером 50х150 мм после острожки и фрезеровки размер 42х135 мм тогда размеры сечения раскоса будут: высота hр=126 см ширина bр=135 см. Площадь сечения раскоса Fрасч=1701 см2.
Усилие в растянутом раскосе N17= 548 кН.
Определяем гибкость раскоса по формуле:
Подставляем значения в формулу (58):
следовательно коэффициент продольного изгиба находим по формуле:
Для устойчивости раскоса должно выполнятся условие по формуле:
где Rс – расчетное сопротивление изгибу для сосны II сорта согласно п. 1а таблицы 3 [5] с учетом коэффициента mв равным 1 (таблица 10 [5]) равное 195 МПа.
Подставляем значения в формулу (59):
- условие выполняется прочность раскоса обеспечена.
Проверяем раскос на действие растягивающего усилия:
Подставляем значения в формулу (60):
Рисунок 2.11 – Сечение растянутого раскоса
Усилие в растянутом раскосе N18=71 кН.
Подставляем значения в формулу (61):
Подставляем значения в формулу (62):
Подставляем значения в формулу (63):
Рисунок 2.12 – Сечение сжатого раскоса
Усилие в растянутом раскосе N10=714 кН.
Подставляем значения в формулу (64):
Подставляем значения в формулу (65):
Подставляем значения в формулу (66):
Рисунок 2.13 – Сечение сжатого раскоса
Усилие в растянутом раскосе N20=717 кН.
Подставляем значения в формулу (67):
Подставляем значения в формулу (68):
Подставляем значения в формулу (69):
Рисунок 2.14 – Сечение сжатого раскоса
Усилие в растянутом раскосе N21=717 кН.
Подставляем значения в формулу (70):
Подставляем значения в формулу (71):
Подставляем значения в формулу (72):
Рисунок 2.15 – Сечение сжатого раскоса
Усилие в растянутом раскосе N22=563 кН.
Подставляем значения в формулу (73):
Подставляем значения в формулу (74):
Подставляем значения в формулу (75):
Рисунок 2.16 – Сечение сжатого раскоса
7 Подбор поперечного сечения стойки
Сечение стойки принимаем клееным состоящего из 3 досок размером 50х150 мм после острожки и фрезеровки размер 42х135 мм тогда размеры сечения стойки будут: высота hр=126 см ширина bр=135 см. Площадь сечения раскоса Fрасч=1701 см2.
Определяем гибкость стойки по формуле:
Подставляем значения в формулу (76):
Для устойчивости сжатой стойки должно выполнятся условие по формуле:
Подставляем значения в формулу (77):
- Условие выполняется прочность раскосов обеспечена.
Рисунок 2.17 – Сечение стойки
Подставляем значения в формулу (78):
Подставляем значения в формулу (79):
Рисунок 2.18 – Сечение стойки
Подставляем значения в формулу (80):
Подставляем значения в формулу (81):
Рисунок 2.19 – Сечение стойки
Узел проектируем в виде башмака воспринимающего давление верхнего пояса лобовым упором. Нижний пояс крепится к башмаку сварными швами через 2 фасонки толщиной =8мм.
Определяем длину швов для прикрепления 1-го уголка нижнего пояса к фасонки:
N1 – максимальное усилие нижнего пояса;
– коэффициент учитывающий ручной метод сварки принимается 07;
hш – толщина углового шва принимается 06 см;
Rwf – расчётное сопротивление шва срезу по металлу шва.
Подставляем значения в формулу (82):
Длина шва по обушку и по перу определяется по формулам:
Подставляем значения в формулы (83) и (84):
Принимается минимальная необходимая длинна шва по обушку 3 см по перу 2 см.
Определяем длину шва для прикрепления упорного швеллера к фасонкам по формуле:
где N12 – максимальное усилие в верхнем поясе;
Подставляем значения в формулу (89):
Упорный швеллер принимаем №65 с уклоном внутренних граней полок длиной 175 см соответствующей ширине верхнего пояса.
Фактическая длинна швов по внутренней стороне стенки и по наружным сторонам полок равна:
Проверяем упорный швеллер из условия смятия торца верхнего пояса по формуле:
где Nc – сжимающее усилие верхнего пояса;
Rсм – расчётное сопротивление древесины смятию вдоль волокон равное 195 МПа (таблица 3 [5]).
Из формулы на смятие определим h:
Определяем геометрические размеры опорной плиты в плане из условия смятия основания по формуле:
где Fсм – площадь смятия определяется по формуле:
где a=10 см (из условия размещения болтов);
– расчётное сопротивление смятию металла равное 225;
с – определяется по формуле:
где =938 кН – усилие в опорной стойке.
Подставляем значения в формулу (93):
Подставляем значения в формулу (91):
Принимаем с=175 см равную ширине верхнего пояса.
Ширина плиты в плане определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (94):
Длину опорный плиты принимаем равной ширине колонны ln=40 см.
Изгибающий момент опорный плиты определяется по формуле:
где W – момент сопротивления опорной плиты определяется по формуле:
где М – максимальный изгибающий момент который определяется из формул:
где g – реактивное давление основание на опорный лист определяется по формуле:
Подставляем значение в формулу (99):
Подставляем значения в формулы (97) и (98):
Из формулы момента сопротивления опорной плиты выражаем и определяем :
Принимаем толщину плиты 5 мм.
Стальную накладку прикрепляем к верхнему поясу с помощью болтов dб=2 см а к нижнему поясу с помощью сварных швов.
где с=175 см - ширина раскоса.
Подставляем значения в формулу (100):
Определяем несущую способность болта из условия изгиба болта по формуле:
Для проверки принимаем минимальную несущую способность Tmin=144 кН. Проверяем условие по формуле:
где nб – число болтов принимаемый на накладке;
nср – число условных срезов для нашего случая 2.
Подставляем значения в формулу (101):
- принимаем для накладки 8 болтов.
2 Узел крепления раскоса к верхнему поясу
Для крепления раскоса к верхнему поясу используем стальные накладки толщиной н=08 см шириной bн=82 см. Стальную накладку прикрепляем к раскосу с помощью болтов dб=14 см а к верхнему поясу с помощью сварных швов.
Определяем несущую способность болта из условия смятия древесины раскоса по формуле:
Подставляем значения в формулу (102):
Подставляем значения в формулу (103):
Для проверки принимаем минимальную несущую способность Tmin=49 кН. Проверяем условие по формуле:
где N17 – усилие в 17 стержне равное 548;
nб – число болтов принимаемый на накладке;
Подставляем значения в формулу (104):
- принимаем для накладки 6 болтов.
Стальные пластины раскоса привариваем к другой пластине находящиеся на поясе толщиной шва ш=05см.
Определяем длину сварного шва по формуле:
Подставляем значения в формулу (105):
- принимаем минимально 5 см.
3 Узел крепления раскоса к верхнему поясу
Для крепления раскоса к верхнему поясу используем стальные накладки толщиной н=08 см шириной bн=138 см. Стальную накладку прикрепляем к раскосу с помощью болтов dб=16 см а к верхнему поясу с помощью сварных швов.
Подставляем значения в формулу (106):
Подставляем значения в формулу (107):
Для проверки принимаем минимальную несущую способность Tmin=64 кН. Проверяем условие по формуле:
где N20 – усилие в 20 стержне равное 717;
Подставляем значения в формулу (108):
- принимаем для накладки 5 болтов.
Подставляем значения в формулу (109):
Растянутый раскос в виде 2 уголков крепим на стальную пластину с помощью сварки. Определяем длину швов по обушку и по перу по формулам:
Подставляем значения в формулы (110) и (111):
4 Узел нижнего пояса
К нижнему поясу сжатый раскос крепится с помощью болтов и стальной накладки толщиной 8 мм.
Подставляем значения в формулу (112):
Подставляем значения в формулу (113):
Для проверки принимаем минимальную несущую способность Tmin=10 кН. Проверяем условие по формуле:
Подставляем значения в формулу (114):
Принимаем для накладки 4 болта.
Стойка (7+8) крепится с помощью болтов dб=16 см и стальной накладки толщиной 8 мм.
Определяем несущую способность болта из условия смятия древесины
Определяем несущую способность болта из условия изгиба болта по
Для проверки принимаем минимальную несущую способность Tmin= 64 кН. Проверяем условие по формуле:
Подставляем значения в формулу (115):
Принимаем для накладки 2 болта.
Определяем длину шва для прикрепления упорного швеллера к фасонкам по формуле:
Подставляем значения в формулы (116) и (117):
Упорный швеллер принимаем марки №16 с уклоном внутренних граней полок длиной 175 см соответствующей ширине раскоса.
Для определения длинны накладки к которой крепятся раскос стойка находим длинны швов привариваемых уголков по обушку и по перу по формулам:
где Nн – усилие в нижнем поясе;
Nс – усилие в стойке;
Nср – усилие в сжатом раскосе;
Nрр – усилие в растянутом раскосе;
Rwf – расчётное сопротивление шва;
– толщина шва по обушку принимаем 05 см;
– толщина шва по перу принимаем 05 см;
α – угол наклонна раскосов к нижнему поясу.
Подставляем значения в формулы (118) и (119):
Принимаем накладку длинной 960 мм и высотой 400 мм
Рисунок 3.1 – Узел нижнего пояса
5 Расчет конькового узла
Стальную пластину верхнего пояса принимаем на 8 болтах dб=2 см толщиной 08 см высотой 25 см и длинной 125 см. Cтойка крепится с помощью болтов d=12 см и стальной накладки толщиной 8 мм.
Определяем несущую способность болта из условия смятия древесины стойки по формуле:
Подставляем значения в формулу (120):
Накладка крепится к пластине при помощи сварки. Для определения длины накладки к которой крепится стойка находим длину шва по формуле:
где Nв – усилие в вверхнем поясе;
– толщина шва по обушку принимаем 05 см.
Подставляем значения в формулу (121):
Принимаем накладку длинной 500 мм и высотой 110 мм
Балка клееная пролетом l=6 м. Коэффициент собственного веса балки равен Расчетный пролет балки равен Материал балки: древесина – сосна II сорта уклон i=1:10.
Рисунок 3.2– Коньковый узел
Расчёт клеедеревянной балки
1 Нагрузки на балку
Необходимо собрать все нагрузки состоящие из собственного веса балки веса панелей покрытия снега. Расчетная и нормативная нагрузка от панелей покрытия и снега были определены (табл.1) . Нормативный вес балки определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (122):
Расчетный вес балки определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (123):
Определяем нагрузку на один погонный метр балки по формулам:
где B – шаг несущих конструкций равный 6 м.
Подставляем значения в формулу (124) и (125):
Рисунок 4.1 – Эпюра моментов и поперечных сил
Определим максимальный изгибающий момент по формуле:
Подставляем значения в формулу (126):
Определим поперечную силу на опорах балки по формуле:
Подставляем значения в формулу (127):
2 Конструктивный расчет
Определяем требуемый момент сопротивления сечения по формуле:
где – расчетное сопротивление клееной древесины изгибу принимается
Подставляем значения в формулу (128):
Предварительно ширина балки (п.2.1 [6]). С учетом острожки Требуемая высота сечения определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (129):
Для балки принимаем доски сечением 150х50 мм в количестве 9 штук после острожки сечение доски 135х42 мм.
Рисунок 4.2 – Сечение балки Б-1
Определяем момент сопротивления сечения по формуле:
Подставляем значения в формулу (130):
Определяем статический момент инерции по формуле:
Подставляем значения в формулу (131):
Определяем момент инерции по формуле:
Подставляем значения в формулу (132):
3 Проверка на прочность
Проверяем прочность принятого поперечного сечения по нормальным напряжениям по формуле:
где – расчетное сопротивление клееной древесины изгибу принимается по таблице 3 [4] = 225 МПа;
– коэффициент учитывающий влияние размеров поперечного сечения .
Подставляем значения в формулу (133):
4 Проверка на жесткость и устойчивость
Проверяем сечение балки на устойчивость плоской формы деформирования по формуле:
где – коэффициент изгиба определяется по формуле:
где – коэффициент учитывающий переменность высоты сечения по длине т.к. балка постоянного сечения
Подставляем значения в формулу (135):
Подставляем значения в формулу (134):
Проверяем балку на жесткость по формуле:
где – предельный прогиб для балки 1150 пролета;
k – коэффициент учитывающий переменность высоты сечения элемента для балки постоянного сечения;
c – коэффициент учитывающий влияние деформации сдвига на прогиб элемента;
– прогиб элемента постоянного сечения определяется по формуле:
Подставляем значения в формулу (137):
Подставляем значения в формулу (136):
Условие выполняется.
Обеспечение пространственной устойчивости здания
Связевые фермы в конструкциях зданий устанавливаются для создания пространственной жесткости и устойчивости конструкции.
Пространственная устойчивость здания в целом достигается путём установки вертикальных связей в середине температурного блока в каждом из рядов колонн. Крестовые связи представляют собой стальные холодногнутые профили и крепятся к несущим колоннам болтами.
Жесткости покрытия из настила недостаточно для восприятия ветровой нагрузки и закрепления плоскостных деревянных конструкций в проектном положении. В этом случае в плоскости верхних поясов ферм необходимо устройство горизонтальных связей. В крайних пролетах ставят вертикальные связи.
Чтобы создать жесткое геометрически неизменяемое в продольном направлении покрытие предусматриваются вертикальные связи.
Вертикальные и горизонтальные связи проектируются из стальных уголков так как шаг основных конструкций равен 60 м.
Мероприятия по обеспечению долговечности и огнестойкости деревянных конструкций
1 Требования предъявляемые к соединениям элементов деревянных конструкций
В процессе изготовления деревянных строительных конструкций возникает необходимость соединения элементов этих конструкций путем сращивания сплачивания и примыкания.
При сращивании удается увеличить путем устройства стыков длину деревянных элементов которые по имеющемуся сортаменту ограничены.
При сплачивании можно не только увеличить ограниченные поперечные размеры сечений конструктивных элементов но и придать им нужную и более рациональную форму или увеличить массивность сечения и соответственно огнестойкость. Очень часто при сооружении конструкций требуется соединить подходящие элементы как в одной плоскости но под разными углами так и находящиеся в разных плоскостях. В этом случае более правильно говорить о сопряжениях элементов конструкций сходящихся в узлах. Так как деревянные конструкции являются несущими т.е. испытывающими значительные эксплуатационные силовые воздействия то и рассматриваемые здесь связи применяемые для соединений элементов испытывают силовые воздействия и являются расчетными.
2 Защита деревянных конструкций от гниения
2.1 Конструкционные меры защиты
Конструкционные мероприятия заключаются в обеспечении воздушно-сухого состояния деревянных элементов здания что достигается устройством гидро- пароизоляционных слоев препятствующих увлажнению древесины грунтовой атмосферной или конденсационной влагой или обеспечением надлежащего режима для удаления из древесины влаги.
В данном случае в клеефанерных панелях покрытия в качестве пароизоляции применяем полиэтиленовую пленку толщиной 2 мм. Полиэтиленовая пленка приклеивается на нижнюю фанерную обшивку с внутренней стороны панели. Для предотвращения увлажнения атмосферными осадками по верху панели покрытия наклеиваем 3 слоя рубероида (1-й слой наклеивается в заводских условиях с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной прокатки слоя 2 последующих слоя – после монтажа панелей покрытия).
Для предотвращения увлажнения атмосферными осадками предусмотрено увеличение свеса крыши и надлежащего отвода воды с крыши.
По поверхности грунта устраивают гидроизоляцию для предотвращения попадания лишней влаги в помещение.
Под опорными частями деревянных балок и ферм т.е. в местах соприкосновения дерева с кирпичной кладкой предусматриваются гидроизоляционные прокладки из двух слоев рубероида. Под балками устраивается деревянная подушка.
В опорных узлах балки и фермы со стороны наружных стен необходимо утеплить пенопластами при этом оставить зазор более 5 см между торцом балки и утеплителем.
Необходимо поддерживать влажностный режим (не более 20% влажности воздуха) а также температура в помещениях не должна сильно колебаться. Чтобы не допустить излишнего увлажнения деревянных конструкций необходимо обеспечить достаточно хорошую вентиляцию помещения.
В соединениях вследствие врезок отверстий пазов изменения сечений возникает неравномерность и концентрации напряжений. Поэтому разрушение деревянных конструкций часто начинается в соединениях что требует правильного инженерного подхода при проектировании и расчете точности и тщательности при изготовлении их. При этом нужно иметь в виду что приложенные к отдельным связям усилия вызывают их деформации(смещения) которые влияют на напряженное состояние и деформации конструкции в целом. В таком случае говорят о податливости соединений. С одной стороны податливость соединений приводит к увеличению деформаций конструкции но с другой позволяет выравнивать усилия (напряжения) в параллельно работающих брусьях бревнах или досках а также связях.
Дело в том что в соединениях наибольшую опасность представляет работа древесины на скалывание и разрыв под углом и поперек волокон. В этих случаях напряженного состояния в полной мере проявляется хрупкость древесины. Для предотвращения хрупкого разрушения от растяжения или скалывания стараются компенсировать их вязкой податливостью древесины при смятии (контактном сжатии). Для придания вязкости в соединениях растянутых элементов применяют принцип дробности когда вместо одной-двух жестких связей (например болтов большого диаметра) ставят десяток более вязких (податливых) связей (болтов меньшего диаметра) рассредоточено (дробно) передающих приложенное усилие. При этом нужно стремиться к равномерности распределения усилий между связями путем соответствующей расстановки.
Другим принципиальным положением при проектировании соединений деревянных конструкций является плотность соединений исключающая появление дополнительных и не связанных с их работой рыхлых деформаций. Все врезки пазы отверстия примыкания должны быть выполнены качественно в соответствии с требованиями предъявляемыми к отдельным видам соединений.
2.2 Химические меры защиты
Для деревянных элементов фермы а также для брусчатых ребер панелей покрытия в качестве пропитки применяют способ горячехолодных ванн. Сущность этого способа заключается в том что при нагреве в древесине возникает избыточное давление в результате чего паровоздушная смесь вытесняется из поверхностных слоев материала. При охлаждении в древесине (из-за конденсации пара) возникает разрежение и раствор в результате разности давлений всасывается в древесину. Деревянные элементы прогревают в ваннах водорастворимыми антисептиками при температуре 90-95 0С в течении от 30 мин до 10 ч затем древесину помещают в ванну с раствором при температуре 20 0С. Максимальная глубина пропитки при этом может достигать 10 мм.
Для досчатых ребер панелей покрытия для пропитки используют антисептик ХМБ-444 (ТУ 65-14-23-75) являющийся трудновымываемый и не припятствущим склеиванию но вызывающим коррозию металлов.
Деревянные элементы фермы пропитывать химическим составом ББ-32 (ГОСТ 23787.6-79) который является легковымываемым но не вызывает коррозии металла и безопасен для людей и животных. Этот же антисептик не препятствует склеиванию древесины поэтому его используют для пропитки клееных деревянных балок связевых распорок и деревянных подушек под балки. Данные деревянные элементы подвергаются поверхностной обработке при помощи кисти или валика антисептиком нагретым до 60-900С.
Нагревать раствор можно 2 раза через 2 часа. На долговечность ЛКП оказывает влияние и толщина. С увеличением толщины покрытия возрастает вероятность разрушения пленки вследствие роста внутренних напряжений при старении покрытия которые суммируются с циклическими деформациями. Поэтому толщину покрытия назначают в пределах 60-120 мкм что составляет примерный расход 200-400 гм2 поверхности.
Деревянные элементы в местах соприкосновения с металлом обмазываются антисептической пастой. Все металлические элементы окрасить масляной краской за 2 раза.
Не следует обрабатывать деревянные торцы балок и ферм в опорных узлах обмазочными составами.
3 Защита деревянных конструкций от возгорания
По пожарной опасности данное здание относится к классу К3 в соответствии со СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений».
При использовании деревянных конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания. С этой целью в помещениях с клееными деревянными балками не следует длительное время поддерживать температуру внутреннего воздуха выше 35°С а в помещениях с деревянными фермами покрытий выше 50°С.
Деревянные конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха по которым может распространяться пламя недоступное для тушения.
Химические средства защиты древесины от возгорания называются антипиренами.
Металлические накладки болты и другие детали соединительных и опорных узлов деревянных элементов являются проводниками тепла снижают предел огнестойкости деревянных конструкций поэтому металлические узлы и соединения необходимо тщательно защищать огнезащитными покрытиями. В качестве огнезащитного покрытия применять фосфатное огнезащитное покрытие ОФП-9 по ГОСТ 23790-79. Данный антипирен не влияет на прочность древесины и не вызывает коррозии металла.
Все деревянные элементы балок ферм и плит покрытия следует обрабатывать фосфатным огнезащитным покрытием ОФП-9 при помощи кисти или краскораспылителя в два слоя с интервалом после нанесения первого слоя для лучшего впитывания раствора. Толщина полученного слоя 03-10 мм. Расход состава 05-07 кгм2.
Слицкоухов Ю. В. и др. «Конструкции из дерева и пластмасс»: Учебник для вузов М: Стройиздат 1986.
Вдовин В. М. Карпов В. Н. Сборник задач и практические методы их решения по курсу «Конструкции из дерева и пластмасс» – М.: ИАВС1999.
Иванин И. Я. «Примеры расчета и проектирования деревянных конструкций» М.: Госстройиздат 1957.
Гринь И. М. «Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов» Киев: Вища школа 1990.
Арленинов Д. К. и др. «Конструкции из дерева и пластмасс»: Учебник для вузов М: Издательство АСВ 2002.
СП 64.13330.17 «Деревянные конструкции» – М. 2011.
СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» – М.: ФГУП ЦПП 2016.
СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» М.: Стройиздат 2018.
ГОСТ 82-70 (1988) «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный».