Одноэтажное промышленное здание

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра строительных материалов и технологий

Специальность: 270102 «Промышленное и гражданское строительство»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине:

Конструкции из дерева и пластмасс

на тему:

Одноэтажное промышленное здание

Автор Климкин Э.Ф.

Руководитель: Коротин А.И.

Саранск 2009 г.



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Проектирование и расчет ограждающих конструкций покрытия

Конструктивное решение

Расчетная схема панели

Сбор нагрузок на панель

Расчетные характеристики материалов

Статический расчет панели и геометрические характеристики

поперечного сечения

Проверка плиты на прочность и жесткость

Проектирование и расчет однопролетного клеедеревянного прогона

Проектирование и расчет полигональной металлодеревянной фермы

Расчетная схема и сбор нагрузок на ферму

Подбор сечений и проверка напряжений в стержнях фермы

Расчет и конструирование узлов фермы

Расчет и конструирование клеедеревянной стойки

Расчет подсобного помещения

5.1.Расчет клеедеревянной балки

5.2.Расчет и конструирование внешней клеедеревянной стойки подсобного помещения

5.3.Расчет и конструирование внутренней клеедеревянной стойки подсобного помещения

Список использованных источников

Приложение А

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект одноэтажного промышленного здания разработан на основе задания на проектирование.

Одноэтажное промышленное здание предназначено для строительства в г. Владимир со следующими климатическими условиями: расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для III снегового района - 1,8 кПа (табл. 4, прил. 5, [2]); нормативное значение ветрового давления для I ветрового района - 0,23 кПа (табл. 5, прил. 5, [2]).

Одноэтажное промышленное здание длиной 96 м состоит из двух помещений: основного цеха пролетом 30 м и высотой 8 м и подсобного помещения пролетом 18 м и высотой 6 м.

Конструкция покрытия представляет собой утепленные клеефанерные панели, уложенные на клеедеревянные прогоны. По панелям устраивается рулонная кровля из гидростеклоизола. Несущими конструкциями покрытия основного цеха являются полигональные металлодеревянные фермы пролетом 30 м. Для удобства и большей точности статический расчет фермы выполнен с помощью ПК «Лира 9.4». Несущими конструкциями покрытия подсобного помещения являются дощато-клееные односкатные балки прямоугольного сечения пролетом 18 м, имеющие уклон i=l:12. Опорами основных несущих конструкций покрытий служат клеедеревянные стойки переменного (основной цех) и постоянного (подсобное помещение) сечений. Они имеют жесткое соединение с фундаментом из бетона класса В20. Стены промышленного здания предусмотрены из стеновых клеефанерных панелей, которые крепятся к стойкам.

Таким образом, все основные конструкции, примененные при разработке проекта одноэтажного промышленного здания, являются конструкциями заводского изготовления и отвечают условиям сборного строительства.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЯ

1.1 Конструктивное решение

В качестве несущих элементов ограждающих покрытий принимаем утепленные клеефанерные панели покрытия, уложенные на клеедеревянные прогоны.

Панель имеет длину l= 3 м, ширину b = 1,5 м, две фанерные обшивки, 4 продольных и 3 поперечных ребра. Поперечное сечение панели принимаем коробчатой формы (рис. 1.1, а, б).

Рис. 1.1 Клеефанерная ребристая панель покрытия:

а -- план панели, 1,5x3 м; б - поперечное сечение панели; в - расчетное сечение панели; 1 -- фанерная обшивка; 2 -- продольные несущие ребра; 3 - поперечные ребра; 4 - утеплитель; 5 - пароизоляция; 6 -вентиляционный продух в торцах

Каркас панели выполнен из сосны II сорта по ГОСТ 8486-86*Е; обшивки из плоских листов фанеры ФСФ сорта П/Ш по ГОСТ 3916.1-89; клей марки ФРФ-50.

При стандартной ширине листов фанеры 1525 мм с учетом обрезки кромок ширину панелей по верхним и нижним поверхностям принимаем 1490 мм_, что обеспечивает зазор между панелями 10 мм. В продольном направлении длина панели принимается 2980 мм при зазоре между панелями 20 мм.

Кровлю принимаем трехслойной из рулонных материалов (гидростеклоизол) по клеящей мастике толщиной 3 мм, плотностью 1100 кг/м³.

Утеплитель - теплоизоляционные плиты на синтетическом связующем; пароизоляция - полиэтиленовая пленка толщиной 0,2 мм.

Обшивки толщиной 9 мм предварительно состыковываются по длине.

Продольные ребра после фрезерования верхних кромок принимаем равными 70x25 мм влажностью (10±2)%.

1.2 Расчетная схема панели

Расчет панели производим по прочности и прогибам при изгибе по схеме однопролетной шарнирно опертой балки (рис. 1.2, а).

На местный изгиб между продольными ребрами обшивки рассчитываются на нормальную составляющую сосредоточенного груза от веса человека Р=1 кН, условно распределенной на ширине 1 м по схеме балки, жестко заделанной на опорах (рис. 1.2, б).

1.3 Сбор нагрузок на панель

Нагрузки на панель приведены в таблице 1.



Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка qH, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка qp, кН/м2
1. Вес рулонной кровли из трёх слоёв гидростеклоизола 2. Вес фанерных обшивок ФСФ: где 700 кг/м3 - плотность фанеры 3. Вес продольных и поперечных рёбер: где 500 кг/м3 плотность сосны Вес утеплителя (теплоизоляционные плиты на синтетическом связующем) Вес пароизоляции (полиэтиленовая пленка)	0.11 0.126 0.01 0.016 0.08 0.02	1.3 1.1 1.1 1.1 1.2 1.3	0.143 0.139 0.011 0.018 0.096 0.026
Постоянная Временная снеговая	0.362 0.125	- 1.6	0.433 1.8
Итого:	1.487	-	2.233

Примечание. На панель действует снеговая равномерно распределенная нагрузка

с полным расчетным значением s = 1.8 кН/м². Т.к.

< 0.8

то =1.6 и нормативная нагрузка составляет:

кН/м² (п.5.7*,[2])

Верхний пояс фермы имеет полигональное очертание, но наибольшая нагрузка будет приходиться на панель, имеющую наименьший уклон, в нашем случае при а = 0°, cos 0°=1.

Полная нагрузка на 1 м панели:

нормативная q_н = 1.487 • 1.5 • cos0° = 2.23 кН/м,

расчетная q_p = 2.233 • 1.5 • cos0° = 3.35 кН/м.

1.4 Расчетные характеристики материалов

Для фанеры ФСФ сорта II/III толщиной = 9 мм имеем:

вдоль волокон наружных слоев:

расчетное сопротивление растяжению в плоскости листа R_ф.р.=14 МПа;

расчетное сопротивление сжатию в плоскости листа R_ф.с.=12 МПа;

расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа R_ф.и.=16 МПа;

расчетное сопротивление скалыванию в плоскости листа R_ф.ск.=0.8 МПа;

поперек волокон наружных слоев:

расчетное сопротивление растяжению в плоскости листа R_ф.р.=9 МПа;

расчетное сопротивление сжатию в плоскости листа R_ф.с =8.5 МПа;

расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа R_ф.и. =6.5 МПа;

модуль упругости Е_ф=9000 МПа.

Для древесины ребер имеем:

модуль упругости Е_др=10000 МПа.

1.5 Статический расчет панели и геометрические характеристики поперечного сечения

Расчетная схема панели при проверке ее по прочности и прогибам при изгибе - однопролетная шарнирно опертая балка (рис. 1.2,а).

Расчетный пролет панели с учетом длины опорного участка не менее 5.5 см составляет:

=2.98-0.06 = 2.92 м.

Максимальный изгибающий момент в середине пролета панели с учетом II уровня ответственности здания:

кН*м

Максимальная поперечная сила с учетом II уровня ответственности здания:

кН

Расчетная схема верхней обшивки - однопролётная заделанная на опорах балка пролётом, равным расстоянию между пластями соседних продольных ребер:

м

Тогда расстояние между продольными рёбрами по осям а=46+2.5=48.5 см.;

l=292 см>6а=6•48.5=291 см

Согласно п. 4.25 [1] при l>6a расчетную ширину фанерных обшивок следует принимать (Рис. 1.1 в):

b_расч=0.9b=0.9•149=134.1 см

Расчетные характеристики клеефанерной панели приводим к фанерной обшивке, учитывая отношение:

Положение нейтральной оси симметричного сечения:

У₀=0.5•h=0.5•8.8=4.4 cм

Приведенный момент инерции поперечного сечения панели:

см⁴

Момент сопротивления поперечного сечения панели:

Приведеный статический момент фанерной обшивки относительно центра тяжести сечения:

см³

Момент сопротивления фанерной обшивки шириной 100 см.:

см³

1.6 Проверка плиты на прочность и жесткость

Напряжения в нижней растянутой обшивке:

кН/м²=3.7 МПа?R_ф.р.•k_ф=14•0.6=8.4 Мпа

При отношении расстояния с между продольными рёбрами к толщине обшивки д_ф:

коэффициент устойчивости фанеры

Тогда:

кН/м²=7.7 МПа?R_ф.с.=12 Мпа

Усилия в верхней обшивке при местном изгибе определяем как в балке, заделанной по концам:

кН*м=6.55кН*см

Напряжения от изгиба верхней обшивки сосредоточенной силой:

кН/м²=4.9 МПа?R_ф.и.90•m_н=6.5•1.2=7.8 Мпа

Проверка нижней обшивки на растяжение при изгибе:

кН/м²=8.1 МПа?R_ф.р.=14 Мпа

где m_ф - коэффициент, учитывающий ослабление фанеры при стыковке.

Напряжение скалывания клеевых швов между слоями фанеры (в пределах ширины продольных рёбер):

кН/м²=0.546 МПа?R_ф.ск=0.8 Мпа

Прогиб с учетом II уровня ответственности здания при q^р=2,23 кН/м=0.0223 кН/см и Е_ф=9000 Мпа=900 кН/см²:

?см

где f_u - предельный прогиб панели согласно п. 10.7 [2].

Следовательно, клеефанерная панель имеет прогибы от нормативных нагрузок, не превосходящие допускаемых, и ее несущая способность по отношению к расчетным нагрузкам имеет дополнительные запасы.



2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОДНОПРОЛЕТНОГО КЛЕЕДЕРЕВЯННОГО ПРОГОНА

Прогон проектируем цельнодеревянным, т.к. перекрываемый им пролет имеет длину 6 м.

Прогон расположен поперек скатов покрытия и опирается на основные несущие конструкции - полигональные фермы, поставленные с шагом 6 м.

На прогон действуют изгибающие нагрузки от собственного веса покрытия и снега.

Расчетная схема прогона - однопролетная шарнирно опертая балка, работающая на косой изгиб, представлена на рис. 2.1.

Прогон прямоугольного сечения пролетом в осях 5.8 м (с учетом опирания). Для изготовления прогона применяем сосновый брус II сорта с влажностью до 9%. Рассчитываем прогон, находящийся в коньковом узле фермы. Угол его наклона к горизонту а = 0°, cos 0° =1.

Расчетная нагрузка от кровли и веса снега при ширине грузовой площади полосы 3 м:

q_p = (0.433+1.8)•0.95•3 = 6,36 кН/м.

Нормативная нагрузка от кровли и веса снегового покрова при ширине грузовой площади полосы 3 м:

q_н = (0.362+1,125)•0.95•3 = 4,24 кН/м.

Нормативная нагрузка от собственного веса прогона:

кН/м²

где k_с.в. - коэффициент собственного веса, k_с.в.=(3…6) - табл.1 [3].

Тогда расчетная нагрузка на прогон от кровли, веса снега и собственного веса:

q_р = 6.36+0.044•1.1•3=6,50 кН/м.

нормативная нагрузка на прогон от кровли, веса снега и собственного веса:

q_н = 4,24+0.044•3=4,37 кН/м.

Максимальный изгибающий момент в середине пролёта прогона с учетом II уровня ответственности здания:

кН•м

Максимальная поперечная сила в середине пролёта прогона с учетом II уровня ответственности здания:

кН

Прогон изготавливаем из бруса прямоугольного сечения шириной b=20 см. Требуемую высоту прогона определяем из условия:

см=25см

где R_и=15 Мпа=1.5кН/см² - расчетное сопротивление изгибу для деревянных элементов. Принятая высота удовлетворяет принятому сечению бруса.

Момент сопротивления поперечного сечения прогона:

см³

Нормальные напряжения в прогоне при изгибе:

кН/см²=12,5 МПа?R_и=15 Мпа

Расчет прогона на скалывание от действия над опорами максимальных поперечных сил. Статический момент сечения равен:

см³

Момент инерции сечения равен:

см³

Тогда:

кН/см²=0.536 МПа?R_ск=1.5 Мпа

Прогиб с учетом II уровня ответственности здания при q^н = 4.37 кН/м=0.0437 кН/см и E_др=10000 Мпа=1000 кН/см²

где - предельный прогиб прогона согласно п.10.7 [2].

Следовательно, цельнодеревянный прогон имеет прогибы от нормативных нагрузок, не превосходящие допускаемых, и его несущая способность по отношению к расчетным нагрузкам имеет небольшой запас.



3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПОЛИГОНАЛЬНОЙ МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННОЙ ФЕРМЫ

3.1 Расчетная схема и сбор нагрузок на ферму

Несущими конструкциями покрытия являются полигональные металлодеревянные фермы. Пролет фермы - 30 м, шаг несущих конструкций -6м, стрела подъема = 5м.

Расчетная схема фермы показана на рисунке 3.1.

Расчетная сосредоточенная нагрузка на ферму от собственного веса и веса покрытия:

где q_p - расчетная нагрузка от веса кровли, панелей покрытия и прогонов,

q_p = 0.433+0.044-1.1 = 0.481 кН/м²;

q_св^н - нормативная нагрузка от собственного веса фермы при k_с.в. =3 - коэффициент собственного веса, k_с.в. =(3... 5) - табл. 1 [3]:

кН/м²

L =30 м - пролет фермы;

l =6м - шаг ферм;

b ~ Зм - расстояние между узлами верхнего пояса фермы.

Тогда

кН, в крайних узлах фермы

F₁/2=5.345 кН.

Расчетная сосредоточенная нагрузка на ферму от веса снегового покрова:

кН, в крайних узлах фермы

F₂/2=15,39 кН.

Расчет усилий в стержнях полигональной фермы производим с помощью ПК «Лира 9.4». Расчетные схемы фермы с нумерацией элементов и узлов, а также результаты расчета, сведенные в таблицу РСУ, приведены в приложении А.

3.2 Подбор сечений и проверка напряжений в стержнях фермы

Подбор сечения элементов верхнего пояса выполняется в следующем порядке.

Максимальная продольная сила сжатия N=-306.048 кН (элементы 16, 18). Принимаем сечение из древесины II сорта, из досок шириной b = 17 см. Расчетное сопротивление древесины сжатию при b >13 см R_c⁼15 МПа=1.5 кН/см² Приближенно требуемая площадь сечения:

см²

где коэффициент 0.6 учитывает влияние изгибающего момента и прогиба в стержнях.

Требуемая высота сечения:

см

Принимаем сечение bxh=17x23,1 см из 7слоёв досок толщиной 3.3 см после острожки (рис. 3.2.). С учетом коэффициента высоты сечения m_b=1 и коэффициента толщины слоёв m_сл=1, R_с=15 Мпа

Сжатые деревянные элементы верхнего пояса рассчитываем по прочности и устойчивости при действии продольных сил сжатия N.

Длина =300 см (элементы 16 и 18);

площадь сечения A=b•h=17•23.1=392,7 см²;

радиус инерции сечения i = 0.29h = 0.29•23,1=6,7 см;

гибкость

Коэффициент продольного изгиба при = 44,8 < 70:

Напряжение:

кН/см²=9,3 Мпа ? R_c=15 Мпа

Подбор сечения элементов нижнего пояса

Нижний пояс фермы растянут (элементы 8,14,20,26), поэтому принимаем его сечение из двух неравнополочных уголков (сталь С245 с расчетным сопротивлением растяжению R_y⁼24 кН/см²), уголки устанавливаем большей полкой в плоскости фермы.

Максимальное растягивающее продольное усилие в нижнем поясе N=293,607 кН (элемент 14,20).

Требуемая площадь сечения одного уголка:

см²

Принимаеем уголок 80х50х5 с А_s=6.36 см² (рис.3.3.).

Подбор сечения опорных растянутых раскосов

Опорные растянутые раскосы фермы (элементы 3, 31) принимаем сечением из двух равнополочных уголков (сталь С245 с расчетным сопротивлением растяжению R_y⁼24 кН/см²), уголки устанавливаем большей полкой в плоскости фермы. Максимальное растягивающее продольное усилие N=222,941 кН.

Требуемая площадь сечения одного уголка:

см²

Принимаем уголок 50х50х5 с А_s=4.8 см² (рис. 3.4).

Рис. 3.4 Сечение элементов опорных растянутых раскосов

Подбор сечения сжатых раскосов: (элементы 7,13,21,27)

Максимальная продольная сила сжатия N=-86,784 кН. Принимаем сечение из древесины II сорта, из досок шириной b = 17 см. Расчетное сопротивление древесины сжатию при b >13 см R_c⁼15 МПа=1.5 кН/см² Приближенно требуемая площадь сечения:

см²

Требуемая высота сечения:

см

Принимаем сечение bxh=17x13,2 см из 4 слоя досок толщиной 3.3 см после острожки (рис. 3.5). С учетом коэффициента высоты сечения m_b=1 и коэффициента толщины слоёв m_сл=1, R_с=15 Мпа. Сжатые деревянные элементы верхнего пояса рассчитываем по прочности и устойчивости при действии продольных сил сжатия N.

Длина =497 см

площадь сечения A=b•h=17•13,2=224,4 см²;

радиус инерции сечения i = 0.29h = 0.29•13,2=3,8 см;

гибкость Принимаем гибкость, равную 100

Коэффициент продольного изгиба при = 100 > 70:

Напряжение:

кН/см²=12,9 Мпа ? R_c=15 Мпа

Подбор сечения растянутых раскосов (элементы 9,15, 19,25)

Растянутые раскосы фермы принимаем сечением из двух равнополочных уголков (сталь С245 с расчетным сопротивлением растяжению R_y⁼24 кН/см²), уголки устанавливаем большей полкой в плоскости фермы. Максимальное растягивающее продольное усилие N=68,704 кН.

Требуемая площадь сечения одного уголка:

см²

Принимаем минимальный уголок по сортаменту 45х45х5 с А_s=4.29 см² (рис. 3.6).

Рис. 3.6 Сечение элементов опорных растянутых раскосов

Подбор сечения сжатых стоек: (элементы 2,5,11,17,23,29,33)

Максимальная продольная сила сжатия N=-207,35 кН. Принимаем сечение из древесины II сорта, из досок шириной b = 17 см. Расчетное сопротивление древесины сжатию при b >13 см R_c⁼15 МПа=1.5 кН/см² Приближенно требуемая площадь сечения:

см²

Требуемая высота сечения:



см

Принимаем сечение bxh=17x16,5 см из 5 слоёв досок толщиной 3.3 см после острожки (рис. 3.8). С учетом коэффициента высоты сечения m_b=1 и коэффициента толщины слоёв m_сл=1, R_с=15 Мпа

Рис. 3.8 Сечение элементов сжатых стоек

Сжатые деревянные элементы верхнего пояса рассчитываем по прочности и устойчивости при действии продольных сил сжатия N.

Длина =170 см

площадь сечения A=b•h=17•16,5=280,5 см²;

радиус инерции сечения i = 0.29h = 0.29•16,5=4,79 см;

гибкость Принимаем гибкость, равную 40.

Коэффициент продольного изгиба при = 35,49 < 70:

Напряжение: кН/см²=8,2 Мпа ? R_c=15 Мпа



3.3 Расчет и конструирование узлов фермы

Опорный узел фермы (рис. 3.9) состоит из опорного листа, клеедере-вянной стойки и клеедеревянного элемента нижнего пояса, соединенных между собой с помощью двух накладок. Таким образом, это соединение представляет собой поперечный лобовой упор, в котором древесина торца стойки работает на смятие вдоль волокон.

Сечение стойки имеет размеры 165*170 мм, в стойке действует продольная сжимающая сила N = -207,35 кН. Расчетное сопротивление смятию вдоль волокон для древесины II сорта R_см=15 МПа. Площадь смятия A=bxh=17•16,5=280,5 см². Напряжение:

кН/см²=7,4 Мпа ? R_c=15 Мпа

Металлические накладки выполняются из стали С245 и присоединяются к клеедеревянным элементам с помощью болтов. Диаметр болтов принимаем d=3.6 см, двухсрезные n_ш=2.

Несущая способность болта в одном срезе по изгибу: Т_и=1.2•2.5•d² =1.2•2.5•3.6²=38.88 кН, по смятию древесины: T_c=l.2.0.5•c•d=l.2•0.5•17•3.6=37.l кН. Требуемое число болтов для крепления металлических накладок:

Принимаем 3 болта.

Толщину накладок принимаем 8 мм, высоту - 100 мм. Проверим прочность накладок на действие сжимающей силы:

кН/см² ? R_c=24 кН/см²

Прочность обеспечена

Опорный лист работает на изгиб как балка на упругом основании. Максимальный изгибающий момент в его сечении при расчетной ширине b=1 см определяем по формуле:

кН•см

где q₁=у_см=7.4 МПа;q₂=R_см=15 МПа; L₁=16,5 см, L₂=17 см

Требуемая толщина опорного листа:

см

Принимаем опорный лист размером: 180х270х3

Для крепления накладок к опорному листу принимаем ручную сварку электродами Э-42 с катетом шва 8 мм.

Стык всех элементов данного узла принимаем на двух накладках (рис. 3.10). Соединение клеедеревянной стойки и клеедеревянного раскоса представляет собой наклонный лобовой упор. В этом соединении необходимо проверить прочность древесины при смятии торца раскоса. Раскос и стойка соединены под углом б =30°, в раскосе действует продольная сжимающая сила N=-86,784 кН, опорный конец раскоса обрезан под углом 30° к его оси. Расчетное сопротивление древесины раскоса смятию вдоль волокон R_с=15МПа, поперек волокон - R_c90 =3 МПа, под углом б =30° к волокнам:

Мпа



Площадь смятия А=13.2•17=224,4 см² .

Напряжение:

кН/см²=3,8 Мпа ? R_cб=8.95 Мпа

Торец стойки проверки прочности при смятии не требует, т.к. прочность его при смятии вдоль волокон выше.

Металлические накладки выполняются из стали С245 и присоединяются к клеедеревянным элементам с помощью болтов. Диаметр болтов принимаем d=3.6 см, двухсрезные n_ш=2.

Несущая способность болта в одном срезе по изгибу: Т_и=1.2•2.5•d² =1.2•2.5•3.6²=38.88 кН, по смятию древесины: T_c=l.2.0.5•c•d=l.2•0.5•17•3.6=37.l кН. Требуемое число болтов для крепления металлических накладок:

Конструктивно принимаем 4 болта.

Толщину накладок принимаем 8 мм, высоту - 200 мм (для удобства крепления уголков). Проверим прочность накладок на действие сжимающей силы:

кН/см² ? R_c=24 кН/см²

Прочность обеспечена.

Уголки раскоса и металлическогоэлемента нижнего пояса крепим к накладкам с помощью ручной сварки электродами Э-42 с катетом шва 8 мм.

Узел верхнего пояса решается с помощью крепления, состоящего из двух деревянных горизонтальных и двух деревянных вертикальных накладок, соединяющих два элемента верхнего пояса и элементы верхнего пояса со стойкой соответственно, а также клиновидного деревянного вкладыша на винтах.

В этом соединении необходимо проверить прочность древесины при смятии торца элементов верхнего пояса. Элементы соединены под углом б=5°, в элементах верхнего пояса действует продольная сжимающая сила N=-306,048 кН. Расчетное сопротивление древесины элемента верхнего пояса смятию вдоль волокон R_c=15 МПа, поперек волокон - R_{c 90}=3 МПа, под углом б=5° к волокнам:

Мпа

Площадь смятия А=23,1•17=392,7 см² .

Напряжение:

кН/см²=7,8 Мпа ? R_cб=14.9 Мпа

Рассмотрим соединение элементов верхнего пояса с помощью деревянных накладок и болтов.

Принимаем накладки сечением bxh=180x500 мм, толщиной 60 мм. Принимаем 2 болта диаметром 20 мм на каждой половине стыка.

Для крепления двух вертикальных накладок к стойке и элементам верхнего пояса принимаем 4 болта диаметром 16 мм, накладки 250x100x50 мм. Проверим прочность накладок на действие сжимающей силы.

кН/см² ? R_c=1.5 кН/см²



Клиновидный деревянный вкладыш на винтах рассчитываем на смятие от действия сжимающей силы N, от расчетных нагрузок, площади смятия А и расчетного сопротивления древесины R_cмб по формуле: у=N/А?R_смб

Мпа

А=l•b=16,5•17=280,5 см²- площадь скалывания,

у=306,48/280.5=1,09 МПа?R_см84.3=3.03 МПа

Расчет соединений деревянных элементов на скалывание производится на действие скалывающих усилий Т от расчетных нагрузок по формуле:

=Т/А?R_ск

где Т=N=41,47 кН - скалывающее усилие,

А=l•b=280,5 см²- площадь скалывания,

R_ск=2.1 МПа - расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон.

=41,47/280,5=0.147 МПа ? R_ск=2.1 МПа

Принимаем 4 винта диаметром 16 мм, диаметр отверстия в древесине 0.8•16=12.8 мм. Винты располагаем на расстоянии 5•16=80 мм=8 см, глубина защемления гладкой части 4•16=64 мм, принимаем 7 см.

металлодеревянный клеедеревянный конструкция панель



4. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КЛЕЕДЕРЕВЯННОЙ СТОЙКИ

Подберем и проверим сечение клеедеревянной стойки переменного сечения из древесины второго сорта, также рассчитаем ее жесткое крепление к фундаменту.

Стойка имеет высоту L=7,97 м. Принимаем гибкость стойки в направлении действия ветровых нагрузок =70<120. Стойка с жестким креплением к опоре и свободным верхним концом имеет расчетную длину

L_p= 2.2•L = 2.2•7,97=17,53 м.

Требуемая высота опорного сечения:

м

Принимаем доски для склеивания сечением после фрезерования bxд=27х2.4 см, сечение опорного торца bхh= 27x88,8 см (37 слоев). В середине торца делается треугольный вырез а=30 см. Сечение крайних площадей опирающихся на фундамент, bxh_l = 27x29,4 см. Расстояние между их осями L_l = h-h_l = 88.8-29.4 = 59,4 см. Принимаем сечение верхней части стойки 27x38см. Эксцентриситет действия продольных сил в опорном сечении е= (h-h₀)/2=(88,8-38)/2 =25,4см. Сечение стойки показано на рис. 4.1.

На стойку действуют следующие нагрузки:

- от веса покрытия, фермы и снеговой нагрузки:

кН

- от веса стойки:

G_ст=V_ст•_ст=1,36•5 =6,8 кН,

где V_ст - объем стойки,

V_ст = (88,8+38)•797•27/2=1,36 м³.

N = Q+G_ст= 208,57+6.8 =215,37 кН.

Горизонтальные равномерные нагрузки от давления или отсоса ветра w₊ и w_-. Для г. Владимир

w_н= 0.23 кН/м², H/2L = 7,97/(2•30) = 0.13 < 0.5, следовательно:

w₊=•w_n•k•c•b=1.2•0.23•0.65•0.8•6=0.86 кН/м

w_-=•w_n•k•c•b=1.2•0.23•0.65•0.6•6=0,65 кН/м

где k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; для типа местности В и высоте до 10 м k=0.65,

с=0,8 - аэродинамический коэффициент для наветренных поверхностей, с=0,6 - аэродинамический коэффициент для подветренных поверхностей.

Проверка напряжения в опорном сечении стойки при сжатии с изгибом. Изгибающий момент:

кНм

где Н = 3/16•(w₊-w_-)•L = 3/16•(0,86-0,65)•7,97=0,835 кН.

Расчетное сопротивление сжатию с учетом ширины сечения b>13 см, действия ветра m_н=1,2, высоты сечения m_б = 0.85 и толщины слоев m_сл= 1.07:



R_c= 15•1.2•0.85•1.07=16.37 МПа.

Площади полного А и ослабленного A₁ сечений, момент инерции I, момент сопротивления W, радиус инерции i и гибкость:

А=b•h=27•88,8=2397,6 см²;

А₁= b•h₁•2=27•29,4•2=1587,6 см²;

I=b•(h³-а³)/12=27•(88,8³-30³)/12=1514761 см⁴;

W=2I/h=2•1514761/88.8=34116 см³;

i=0.29•h=0.29•88.8=25,75 см;

= L_p/i =1753/25,75=68,1

Коэффициенты учета переменности сечения К_жn, устойчивости ц и влияния деформаций изгиба:

К_жn=0.07+0.93•h₀/h=0.07+0.93•38/88,8=0.468

ц =3000? К_жn/²=3000•0.468/68²=0.303

= 1 - [N•²/(3000•R_c•A•К_жn)] = 1- [215,37•68² / (3000 х•1.637 х•2397,6

х•0.468)] = 0.82

Изгибающий момент с учетом деформаций:

М_д=М/=82/0.82=100 кН•м.

Напряжение сжатия:

у=N/A₁+M_д/W=215,37/1587,6+100•100/34116=8,28 МПа<R_c=16.37 МПа.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования стойки не требуется, поскольку при закреплении ее вертикальными связями через каждые 2 м она обеспечена и опускается. Проверка опорного сечения стойки на скалывание тоже не требуется ввиду отсутствия поперечной силы.

Расчет жесткого крепления стойки к фундаменту.

Расстояние между осями площадей е = 88,8-30=58,8 см = 0.588 м.

Максимальная растягивающая сила:

N = М_д/е-N/2=100/0.588-215.37/2=62,38 кН.

Расчет крепления с помощью анкерных столиков. Принимаются для крепления столиков к стойке болты диаметром d=2 см, двухсрезные n_ш=2, симметрично работающие при с=b=27 см. Несущая способность болта в одном срезе при учете ветровой нагрузки m_н=1.2

По изгибу: Т_н=m_н•2.5•d²=1.2•2.5•2²=12 кН,

по смятию древесины Т_с=m_н•0.5•b•d=1.2•0.5•27•2=32.4 кН.

Требуемое число болтов для крепления двух столиков:

Принимаем 4 болта.

Требуемое сечение анкерных тяжей по нарезке:

А_тр=N/(R•0.8)= 62.38/(24•0.8)=3,25 см².

Принимаются 2 тяжа диаметром d=3.2 см, площадью по нарезке А=2.89•2=5,78 см² >А_тр=3,25 см².



5. РАСЧЕТ ПОДСОБНОГО ПОМЕЩЕНИЯ

5.1 Расчет клеедеревянной балки

Конструкцию кровли и прогонов принимаем, как и для основного помещения.

В качестве балки перекрытия принимаем клеедеревянную односкатную балку прямоугольного сечения пролетом L=12 м утепленного покрытия, имеющую уклон i=1:12, cos б=cos 4.76°=0.995

Продольная неизменяемость покрытия обеспечивается прикреплением прогонов к балкам и постановкой горизонтальных связей в торцах здания и по его длине.

Геометрическая схема балки показана на рисунке 5.1.

Нагрузки на 1 м² покрытия приведены в таблице 3.

Таблица 3

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка qн, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка qp, кН/м2
1. Вес рулонной кровли из трех слоев гидростеклоизол	0.11	1.3	0.143
2. Вес фанерных обшивок ФСФ	0.126	1.1	0.139
3. Вес продольных	0.01	1.1	0.011
и поперечных ребер:	0.016	1.1	0.018
4. Вес утеплителя	0.08	1.2	0.096
5. Вес пароизоляции (теплоиз. плиты)	0.02	1.3	0.026
6. Вес прогона	0.044	1.1	0.048
	0.406	-	0.481
7. Собственный вес балки	0.118	1.1	0.130
Постоянная	0.524	--	0.611
Временная снеговая	1,125	1.6	1.8
Полная	1.649	-	2,411

Собственный вес балки определен из выражения:

кН/м²

Расчетная нагрузка, действующая на балку:

q=(g+s)•cosб•B=(0.611+1.8)•0.995•6=14,39 кН/м

Подбираем опорное сечение из условия прочности на скалывание.

Поперечная сила

кН

Требуемая высота сечения над опорой:

см

где b=24 см - ширина доски;

R_cк= 0.15 кН/см² - расчетное сопротивление древесины скалыванию. Принимаем сечение bxh=24x52.8 см (16 слоев).

Проведем проверку прочности подобранного сечения по нормальным напряжениям:

кН•м

Момент сопротивления поперечного сечения балки:

см³

Нормальные напряжения в балке при изгибе:

кН/см²? R_и•m_б•m_ск=1.5•0.93•1=1.395 кН

где R_u= 15 МПа=1.5 кН/см²- расчетное сопротивление изгибу клееной древесины.

Так как условие не выполнено, необходимо увеличить высоту сечения балки.

см

Принимаем 31 досок, тогда h_б=31х3.3=102.3 см

кН/см²? R_и•m_б•m_ск=1

5•0.93•1=1.395 кН

Проверяем прогиб балки от нормативных нагрузок:

q=(g_н+s_н)•cosб•B=(0.524+1,125)•0.995•6=9.84 кН/м=0.098 кН/см

Момент инерции сечения балки:

см³

Модуль упругости древесины Е_д= 10⁴ МПа =1000 кН/см.

Прогиб балки:



?см

Балка опирается на стойку посредством дубового вкладыша. Горизонтальные перемещения балки отсутствуют, благодаря двум скобам на каждой опоре, которые тоже обеспечивают реализацию расчетной схемы балки.

Каркас подсобного помещения представлен на рисунке 5.2.

5.2 Расчет и конструирование внешней клеедеревянной стойки подсобного помещения

Подберем и проверим сечение клеедеревянной стойки постоянного сечения из древесины второго сорта, также рассчитаем ее жесткое крепление к фундаменту.

Стойка имеет высоту L=6м. Принимаем гибкость стойки в направлении действия ветровых нагрузок =80<120. Стойка с жестким креплением к опоре и шарнирно-закрепленным верхним концом имеет расчетную длину

L_p= 2.2•L = 2.2•6=13,2 м.

Требуемая высота опорного сечения:

м

Принимаем доски для склеивания сечением после фрезерования bхд=24x3.3 см, сечение опорного торца bxh=24x59,4 см (23 слоя).

В середине торца делается треугольный вырез а=20 см. Сечение крайних площадей опирающихся на фундамент, bxh₁=24x19.7 см. Расстояние между их осями:

L₁=h-h₁=59,4-19,7=39.7 см

На стойку действуют следующие нагрузки:

- от веса покрытия, прогона, балки и снеговой нагрузки:

кН

- от веса стойки:

G_ст=V_ст•_ст= 0,855•5 =4.27 кН,

где V_ст - объем стойки, V_ст = 0.24•0.524•6=0,855 м³.

N = Q+G_ст= 123.68+4.27=127.95 кН.

Горизонтальные равномерные нагрузки от давления или отсоса ветра w₊ и w_-. Для г. Владимир

w_н= 0.23 кН/м², H/2L = 6/(2•18) = 0.17 < 0.5, следовательно: w₊=

•w_n•k•c•b=1.2•0.23•0.65•0.8•6=0,86 кН/м

w_-=•w_n•k•c•b=1.2•0.23•0.65•0.6•6=0,65 кН/м

где k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; для типа местности В и высоте до 10 м k=0.65,

с = 0,8 - аэродинамический коэффициент для наветренных поверхностей,

с = 0,6 - аэродинамический коэффициент для подветренных поверхностей.

Проверка напряжения в опорном сечении стойки при сжатии с изгибом. Изгибающий момент:

кН•м

где Н = 3/16•(w₊-w_-)•L = 3/16•(0,86-0,65)•6=0.236 кН.

Расчетное сопротивление сжатию с учетом ширины сечения b>13 см, действия ветра m_н=1.2, высоты сечения m_б = 0.96 и толщины слоев m_сл= 1:

R_c= 15•1.2•0.96•1=17.28 МПа.

Площади полного А и ослабленного A₁ сечений, момент инерции I, момент сопротивления W, радиус инерции i и гибкость:

А=b•h=24•59,4=1425.6 см²;

А₁= b•h₁•2=24•19,2•2=945.6 см²;

I=b•(h³-а³)/12=24•(59.4³-20³)/12=403169 см⁴;

W=2I/h=2•403169/59,4=13574,7 см³;

i=0.29•h=0.29•59,4=17,23 см;

= L_p/i =1320/17,23=76,6

Коэффициент устойчивости ц и влияния деформаций изгиба:

ц =3000/²=3000/76,6²=0.511

=1-[N•²/(3000•R_c•A)]=1-[127,95•76,6²/(3000•1.728•1425,6.6)]=0.898

Изгибающий момент с учетом деформаций:

М_д=М/=13,12/0.898=14,61 кН•м.

Напряжение сжатия:

у=N/A₁+M_д/W=127,95/945.6+14,61•100/13574,7=13.6 МПа

<R_c=17.28 МПа.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования стойки не требуется, поскольку при закреплении ее вертикальными связями через каждые 2 м она обеспечена и опускается. Проверка опорного сечения стойки на скалывание тоже не требуется ввиду отсутствия поперечной силы.

Расчет жесткого крепления стойки к фундаменту.

Расстояние между осями площадей е = 59,4-20=39,4 см = 0.394 м.

Максимальная растягивающая сила:

N = М_д/е-N/2=14,61/0.394-127,95/2=26,89 кН.

Расчет крепления с помощью анкерных столиков. Принимаются для крепления столиков к стойке болты диаметром d=2 см, двухсрезные n_ш=2, симметрично работающие при с=b=24 см. Несущая способность болта в одном срезе при учете ветровой нагрузки m_н=1.2

По изгибу:

Т_н=m_н•2.5•d²=1.2•2.5•2²=12 кН,

по смятию древесины Т_с=m_н•0.5•b•d=1.2•0.5•24•2=28.8 кН.

Требуемое число болтов для крепления двух столиков:

Принимаем 2 болта.

Требуемое сечение анкерных тяжей по нарезке:

А_тр=N/(R•0.8)= 26,89/(24•0.8)=1.4 см².

Принимаются 2 тяжа диаметром d=1.4 см, площадью по нарезке

А=1.4•2=2.8 см² >А_тр=1,4 см².

Опорный узел стойки показан на рис. 5.4.

5.3 Расчет и конструирование внутренней клеедеревянной стойки подсобного помещения

Подберем и проверим сечение клеедеревянной стойки переменного сечения из древесины второго сорта, также рассчитаем ее жесткое крепление к фундаменту.

Стойка имеет высоту L=1,5+6=7,5м. Принимаем гибкость стойки в направлении действия ветровых нагрузок =80<120. Стойка с жестким креплением к опоре и шарнирно-закрепленным верхним концом имеет расчетную длину

L_p= 2.2•L = 2.2•7,5=16,5 м.

Требуемая высота опорного сечения:

м

Принимаем доски для склеивания сечением после фрезерования bхд=24x3.3 см, сечение опорного торца bxh=24x72,6 см (22 слоя). В середине торца делается треугольный вырез а=20 см. Сечение крайних площадей опирающихся на фундамент, bxh₁=24x26,3см. Расстояние между их осями:

L₁=h-h₁=72,6-26,3=46.3 см

Сечение стойки показано на рис.5.5.

На стойку действуют следующие нагрузки:

- от веса покрытия, прогона, балки и снеговой нагрузки: кН

- от веса стойки:

G_ст=V_ст•_ст= 1.3•5 =6,5 кН,

где V_ст - объем стойки,

V_ст = 0.24•0.726•9.7,5=1.3 м³.

N = Q+G_ст= 123,68+6.5=130,18 кН.

Расчетное сопротивление сжатию с учетом ширины сечения b>13 см, действия ветра m_н=1.2, высоты сечения m_б = 0.96 и толщины слоев

m_сл= 1:

R_c= 15•0.96•1=14.4 МПа.

Проверка напряжения в опорном сечении стойки при сжатии.

Гибкость стойки:

= L_p/i =1650/0.29•72,6=78,37

Коэффициент устойчивости:

ц =3000/²=3000/78,37²=0.488

Напряжения сжатия:

у=N/A₁?ц =130,18/24•26,3•2•0.488=2,1 МПа<R_c=14.4 МПа.

Условие выполнено, прочность обеспечена.

При данном виде загружения стойки растягивающих усилий нет, поэтому крепление стойки к фундаменту осуществляется аналогично креплению внешней стойки.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1990. -95 с.

СНиП 2.01.07 - 85*. Нагрузки и воздействия. - М.: Госстрой СССР, 1986.-36 с.

Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1986.

Бойтемиров Ф.А. Расчет конструкций из дерева и пластмасс: учеб. пособие для студ. вузов / Ф.А. Бойтемиров, В.М. Головина, Э.М. Улицкая; под ред. Ф.А. Бойтемирова. - 3-е изд., стер. - М: Издательский центр «Академия», 2007. - 160 с.

Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «Промышленное и гражданское строительство». - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1990. - 287 с, ил.

Шмидт А.Б., Дмитриев П.А. Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры, Учебное пособие. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2001. - 292 с, ил.

Справочник проектировщика деревянных конструкций А.И. Отрешко. Государственное издательство литературы по стрительству и архитектуре

М. 1957 г.

8. В.Е. Шишкин Примеры расчёта конструкций из дерева и пластмасс. М. Стройиздат 1974 г.

Размещено на Allbest.ru

...