Проектирование деревянной фермы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

К индустриальным деревянным конструкциям относятся деревянные клееные конструкции, которые представляют собой крупноразмерные конструкции заводского изготовления. Применение клееных деревянных конструкций удовлетворяет требованиям технической политики в области строительства, так как снижает массу зданий и сооружений, обеспечивает их капитальность и длительность эксплуатации, а также уменьшает трудоёмкость возведения сооружений.

Древесина и конструкции на её основе обладают большой стойкостью по отношению к агрессивным средам и поэтому во многих случаях целесообразно их применение в зданиях с агрессивными средами. Сравнительная лёгкость древесины с учётом её достаточно большой прочности и жёсткости позволяет перекрывать значительные пролёты. Масса древесины сосны и ели равна 0.5 т/м³

Долговечность деревянных конструкций, защищённых от загнивания только конструктивными мерами, достигает сотен лет.

В настоящее время помимо конструктивных мер для защиты деревянных конструкций не только от гниения и древоточцев, но одновременно и от возгорания применяют обработку химическими составами, что повышает их надёжность при многолетней эксплуатации.

Рассматривая области строительства, в которых целесообразно использовать деревянные конструкции, следует, прежде всего, указать на здания и сооружения, подвергающиеся некоторым агрессивным воздействиям. Это цехи химических производств, производственные здания сельскохозяйственного строительства.

Учитывая, что древесина для некоторых районов страны является местным материалом, её целесообразно использовать в качестве несущих конструкций пролётных строений автодорожных мостов. Благодаря лёгкости деревянных клееных конструкций, их можно применять в зданиях общественного назначения, таких, как: крытые рынки, спортивные сооружения, выставочные павильоны и т.п. При строительстве крупных промышленных объектов клееные деревянные конструкции выгодно использовать для строительства сборно-разборных временных сооружений.

Для повышения качества клееных деревянных конструкций необходимо переходить на применение для них пиломатериала надлежащего качества, а для склеивания употреблять клей на основе резорцина.



1. Определим геометрические размеры фермы

Рис. 1

Высота фермы в середине пролета принимается в пределах:

Принимаем ферму

Тогда угол наклона верхнего пояса к горизонтали составляет:

;

?=21? 48?.

cos ?=cos 21? 48? = 0,928.

Полная длина ската верхнего пояса фермы будет:

Тогда длина панелей верхнего пояса равна

Длины стоек:



БИ = d*tg ?= 2,5*0,4= 100cм;

ВЗ = 2d*tg ?=5*0,4=200см;

ГЖ = 3d*tg ?=7,5*0,4=300см;

ДЕ = .

Длины раскосов:

БЗ =.

ВЖ =.

ГЕ =.

Углы между поясами и элементами решетки (с округлением до 1):

деревянный ферма крыша плита

; .

? = ?+? = 2? =2*21? 48? = 43? 36? .

.

; тогда .

; .

.

Строительный подъем фермы .

2. Конструирование клеефанерной панели покрытия

Клеефанерные панели покрытия относятся к облегченным конструкциям индустриального изготовления.

Панели покрытий состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок, соединенных каркасом водостойким клеем в одно целое, и образующих коробчатое сечение. Для обшивок применяют фанеру повышенной водостойкости марки ФСФ, а для конструкций, не защищенных от увлажнения, бакелизированную фанеру ФБС.

Целесообразность применения клеефанерных панелей определяется малой массой при высокой несущей способности, что обеспечивается совмещение в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций, как поясов панели, так и настила, который воспринимает местную нагрузку.

В качестве утеплителя применяют, как правило, несгораемые и биостойкие теплоизоляционные материалы, например пенопласт или стекломаты. При изготовлении панели на верхнюю обшивку наклеивают один слой рубероида, образующий кровельное покрытие, другие слои кровли приклеивают после монтажа. Клеефанерные панели покрытия находят применение в отапливаемых и не отапливаемых зданиях в условиях эксплуатации А1, А2, А3, Б1, Б2, Б3.

Запроектировать и рассчитать клеефанерные панели покрытия по фермам пролетом L=20 м, установленным с шагом B=3 м. Класс условий эксплуатации - 2, класс ответственности здания - II, район строительства по снегу - III. В этом случае можно принять номинальные размеры плиты 1,23,0 м. В продольном направлении длину плиты принимаем 2980 мм при зазоре между плитами 40 мм. Каркас плиты выполняем из сосновых досок 2-го сорта.

Обшивки плит принимаем из кленовой фанеры марки ФСФ толщиной 8 мм, Еф =85000 кгс/см². Расчетные характеристики фанеры принимаем по табл. 10 Rф.с. = 12 МПА; = 6,5 МПа; Rф.р. = 14 МПа; Rск = 0,8 МПа. Стыки обшивок выполняются "на ус". Для стыковки обшивок и их крепления к ребрам каркаса принимаем фенолорезорциновый клей ФРФ-50.

Высоту ребер каркаса принимаем hp = 10 см. После острожки кромок по 3 мм с каждой стороны hp =100-2*3=94 мм, а толщина вp=40мм в серединах и вp=38мм крайние, тогда сечение продольных ребер будет средние 4094 мм, крайних продольных ребер - 3894 мм. Общее число продольных ребер - 4, что обеспечивает расстояние в свету между ребрами менее 50 см. Торцевые и поперечные ребра принимаем составного сечения высотой 94 мм и толщиной 40 мм. Число поперечных ребер - 4, что обеспечивает расстояние между ними не более 1,5 м. В качестве утеплителя принимаем минераловатные плиты. Толщину утеплителя принимаем 50 мм. При высоте ребер 100 мм над утеплителем обеспечивается воздушная прослойка для вентиляции. Пароизоляция из слоя краски толщиной ?0 = 1кгс/ м².

Шаг продольных ребер принимаем 335 мм; расстояние между поперечными ребрами 947 мм.

Утеплитель плиточный полистирольный пенопласт марки ПС-Б (?0 = 40кг/ м³).

Рис. 2 Клеефанерная панель покрытия:

а) план панели; б) продольный разрез; в) поперечный разрез; г) стык панелей вдоль ската; 1- рубероидный ковер; 2 - верхняя обшивка из фанеры толщиной 8 мм; 3 - поперечное ребро; 4 - пенополистирол ( утеплитель );

5 - пароизоляция; 6 - нижняя фанерная полка толщиной 8 мм; 7 - продольное ребро.

3. Определение нагрузок

Таблица 1

Вычисляем нагрузку, приходящуюся на 1 пог. м длины плиты при ширине

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кг/м	f	Расчетная н нагрузка, кг/м
	Постоянная нагрузка
1	Кровля рубероидная трехслойная	10,8	1,1	11,88
2	фанера марки ФСФ 2*0,008*1,3*650	12,48	1,1	13,73
3	Продольные ребра каркаса 2*(0,038*0,094+0,04*0,094+ +0,038*0,047)*650	11,87	1,1	13,06
4	Поперечные ребра каркаса 650*(2*0,04*0,094+ +2*0,04*0,044)*1,104	7,92	1,1	8,71
5	Пенополистирол (ГОСТ 15588-70) ?=50мм; ?=40кг/м3	2,08	1,2	2,48
6	Пароизоляция-слой краски ; 1*1,04	1,04	1,2	1,25
	Итого Постоянная нагрузка	46,19		51,11
	Временная нагрузка снег 3 снеговой район
7	100*1,2	120	1,4	168
8	Полная нагрузка	166		219



Таблица 2

Нагрузка на поверхность крыши, кг/.

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кг/м2	f	Расчетная н нагрузка, кг/м2
	Постоянная нагрузка
1	Кровля рубероидная трехслойная	9	1,1	9,9
2	фанера марки ФСФ =8мм; =650 2*0,008*650	10,4	1,1	11,44
3	Продольные ребра каркаса =650 вес=0,094*0,04*3*650=7,33 кг	10,2	1,1	11,22
4	Поперечные ребра каркаса (0,094*0,04*1,104)2шт=0,0083м3 ( 0,044*0,04*1,104)2шт=0,0039м3 ?=0,0122м3 Вес=0,0122*650=7,93 кг	2,2	1,1	2,42
5	Пенополистирол (ГОСТ 15588-70) ?=50мм; ?=40кг/м3 0,05*40*1,104=2,08кг	0,58	1,2	0,7
6	Пароизоляция-слой краски ; 1*1,04	1,04	1,2	1,25
	Итого Постоянная нагрузка	33,42		37
	Временная нагрузка снег 3 снеговой район
7		100	1,6	160
8	Полная нагрузка	133,42		197



4. Нагрузки на узлы фермы. Грузовая площадь

Чтобы определить нагрузку на узел фермы (), для этого необходимо нагрузку приходящую на (кг/) умножить на грузовую площадь узла:

где - грузовая площадь узла.

.

= .

= .

= .

= .

= .

Рис. 3. Грузовая площадь фермы



Рис. 4. Диаграмма Максвелла-Кремона.

Элемент фермы	Номер стержня	Знаки	Усилия в стержнях, кг
Верхний пояс	1-III	-	18616.5
	3-IV	-	14627.3
	5-V	-	10638
	7-VI	-	7092
	8-VII	-	7092
Нижний пояс	1-I	+	17139
Раскосы	2-3	-	3841.5
	4-5	-	4580.3
	6-7	-	5171.3
Стойки	1-2		-
	3-4	+	1330
	5-6	+	2659.5
	7-8	+	4137
Опорные реакции		-	4432.5
		-	1477.5

Нижний пояс

Стержень I - 1 (растянут).



1) ;

2) - максимально-возможная усилие ;

3) Определяем минимально-возможную прочность древесины

4) Произвольно задаемся размерами и формой сечения:

берем сечение (b*h)=(12.5*15)cм.

5)

Hесущая способность растянутого элемента (стержня) обеспечена, поэтому выбираем сечение (b*h)=(12.5*15)cм.

Верхний пояс

Стержень 1 - III (сжат).



1) ;

2) ;

3)

осевые усилия в элементах перемещения допускается определять в предположении шарнирных узлов. ?=1.

.

табл. 14

? = 75 > .

Стойки

Стержень 7 - 8 (растянут).

;

- максимально-возможная усилие;

Определяем минимально-возможную прочность древесины

6) Произвольно задаемся размерами и формой сечения:

берем сечение (b*h)=(12,5*7,5)cм.

7)



Hесущая способность растянутого элемента (стержня) обеспечена, поэтому выбираем сечение (b*h)=(12,5*7,5)cм.

Раскосы

Стержень 6 - 7 (сжат).

4) ;

5) ;

6)

осевые усилия в элементах перемещения допускается определять в предположении шарнирных узлов. ?=1.

.

табл. 14

? = 108 > .

h=10 см проходит по условиям по прочности но по условиям гибкости не удовлетворяет поэтому берем h=12,5 см следовательно h*b=12,5*12,5.

5. Усиление ослаблений

Усиление нижних поясов ферм. Нижние деревянные пояса ферм чаще других стержней нуждаются в усилении. Они являются самыми ответственными растянутыми элементами конструкций. Однако в практике строительства их иногда изготовляют из древесины несоответствующей категории качества с недопустимыми пороками. В этом случае они требуют обязательного усиления - местного или общего. Местное усиление применяют в тех случаях, когда недопустимые дефекты концентрируются в отдельных точках пояса. Усиление в этом случае производят путем установки в этих точках дощатых накладок на болтах. Площадь сечения накладок принимают не меньше чем площадь сечения усиливаемого элемента. В некоторых случаях для уменьшения податливости соединения применяются натяжные стыки из отдельных дощатых накладок на болтах, стянутых стальными стяжами с гайкой и уголковыми траверсами. Растягивающее усилие находят как расчетную несущую способность нижнего пояса, ослабленного отверстиями для болтов, из выражения .

Общее усиление нижнего пояса применяют в тех случаях, когда он имеет по длине многочисленные дефекты, и выполнение местных усилений нецелесообразно. В этом случае вдоль всего нижнего пояса ставят с боков два тяжа из арматурной стали, которые при помощи гаек крепят к поперечным траверсам из прокатного металла, опирающимся на опорные узлы фермы. Во избежание провисания тяжи укладывают на крючья, прикрепленные к нижнему поясу фермы. Стальные тяжи рассчитываются на полное растягивающее усилие, которое может возникнуть в нижнем поясе фермы.

В случае разрыва пояса все усилие растяжения воспринимается тяжами усиления. Для включения в работу нижнего пояса тяжи при установке натягивают до величины расчетного усилия.

Усиление верхних поясов ферм. Сжатые и сжато-изгибаемые стержни верхних поясов ферм, имеющие составное сечение, в ряде случаев при недостаточном количестве или качестве соединений теряют проектную форму и выходят из своей плоскости. Их усиление заключается в установке рядом с ними, со стороны, противоположной выпучиванию, дополнительного бруса на болтах, препятствующего росту прогибов. Можно также путем натяжения этих болтов или при помощи домкрата предварительно выпрямить элемент.

Сжато-изогнутые элементы конструкций, прогибающиеся в направлении изгиба, усиливают двусторонними фанерными или дощатыми обшивками на гвоздях аналогично составным балкам.

Усиление конструкции в целом производят при многочисленных дефектах и недостаточной общей несущей способности. Конструкции таких усилений всегда строго индивидуальны. Во многих случаях достаточно эффективным является усиление конструкции стальными тяжами с нарезками и гайками на концах. Такие тяжи могут вводиться в состав решетки ферм в виде дополнительных растянутых раскосов или стоек. Они могут образовывать непрерывные дополнительные растянутые пояса, так называемые подпружные цепи, тянущиеся от одной опоры до другой. В пролете подпружные цепи могут быть опущены при помощи дополнительных стоек значительно ниже нижней кромки конструкции.

При этом общая высота конструкции увеличивается и соответственно усилия сжатия в ее верхнем поясе существенно уменьшается.



Список литературы

1. Гринь И.М. "Конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет".

2. СНиП 2-25-80 "Конструкции из дерева. Нормы проектирования".

3. СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования".

4. СНиП 2.01.01-82 "Нормы проектирования. Климатология и геофизика". - М.: Стройиздат. 1983.

5. Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. - М.: Высш. Школа, 2008. - 302 с.

6. Шишкин В.Е. Деревянные конструкции. - М.: Стройиздат, 2005. - 354с.

Размещено на Allbest.ru

...