Размещено на http://allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусская государственная политехническая академия

Кафедра "Металлические и деревянные конструкции"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по деревянным конструкциям на тему

"Одноэтажное деревянное здание"

Исполнитель:ст. гр. 112428

Стешенок И.М.

Руководитель:Оковитый А.В.

Минск 2001

ВВЕДЕНИЕ

Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фермы и т. д.) предназначены для восприятия нагрузок, действующих в их плоскости. В зданиях или сооружениях различные плоскостные конструкции при взаимном соединении образуют пространственную конструкцию, которая должна обеспечить надежное восприятие внешних сил любого направления при наиневыгоднейшем сочетании их в соответствии с условиями эксплуатации. При этом передача усилий от одних частей сооружения на другие, вплоть до его основания, должна проходить без какого-либо нарушения пространственной неизменяемости, устойчивости, жесткости и прочности всей пространственной конструкции в целом и отдельных ее частей.

Ветровое давление, передающееся на деревянную торцовую стену каркасной конструкции небольшой высоты, распределяется между фундаментом и верхним покрытием с помощью работающих на изгиб вертикальных стоек каркаса. Конструкция покрытия в этом случае должна передавать ветровое давление через верхнюю обвязку продольным стенам, которые, в свою очередь, должны иметь в своей плоскости связи, рассчитанные на передачу этих усилий фундаментам. При устройстве в качестве основы под рубероидную кровлю щитового перекрестного настила покрытие превращается в неизменяемую и жесткую диафрагму

Основным типом поперечных вертикальных связей являются жесткие связи, соединяющие попарно вдоль здания соседние конструкции. Вертикальные связи не следует делать непрерывными по всей длине здания, так как при обрушении по какой-либо причине одной из несущих конструкций она перегрузит через связи соседние конструкции, что может привести к последовательному обрушению всего покрытия.

Связи рассчитывают на усилия, направленные перпендикулярно плоскости раскрепляемой конструкции. В случае раскрепления верхнего сжатого пояса ферм связями, расположенными в плоскости покрытия, расстояние между узлами закрепления устанавливают в соответствии с условиями гибкости пояса из плоскости фермы.

При раскреплении нижних поясов ферм арочной конструкции попарно поперечными связями последние воспринимают, таким образом, горизонтальные силы от двух смежных поясов и передают их в плоскости верхних поясов или на жесткую систему кровельного покрытия, образуемую щитовым настилом, либо на ветровые фермы или специальные связи.

Устройство вертикальных связей необходимо при любой схеме конструкции, если к нижнему поясу ее приложены активные силы, действующие перпендикулярно ее плоскости, например силы торможения от подвесного транспортного оборудования. Во многих случаях сечения элементов связей приходится назначать по конструктивным соображениям, при этом предельная максимальная гибкость элементов не должна превосходить 200.

При применении в конструкции покрытия кровельных панелей последние могут быть использованы также для закрепления сжатого контура плоских деревянных конструкций.

1. Определение нагрузок на конструкции

Согласно заданию, размеры одноэтажного однопролетного здания в осях 13060 м (рис 1.). Низ стропильных конструкций находится на отметке 6,000 м от уровня чистого пола. Шаг стропильных конструкций -- 3 м. Ограждающие конструкции -- теплые клеефанерные панели с дощатым каркасом. Стеновые панели -- самонесущие. Ригелем поперечной рамы одноэтажного однопролетного деревянного здания является сегментная ферма.Колонны (составные на податливых связях) упруго защемлены в фундаменте.

Связи по колоннам и верхним поясам сегментных ферм устанавливаем по торцам и по длине здания с шагом 22,5 м. Вертикальные связи по шатру здания устанавливаем по крайним пролетам и по длине здания с шагом 22,5 м в плоскостях стоек ферм.

Рис.1 Генеральные размеры здания.

Нагрузки на клеефанерную панель с дощатым каркасом:

Длина панели ? 5 м, ширина b = 1,5 м. Обшивки из берёзовой фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ. Толщина фанеры для верхней обшивки принята равной д^с = 8 мм, нижней - д^р = 6 мм. Продольные и поперечные ребра приняты из сосновых досок толщиной д = 32 мм. Количество продольных ребер определяется из условия продавливания верхней обшивки панели монтажной нагрузки P = 1,2 кН. Максимально допустимый шаг продольник ребер определяется по формуле:

.

Место строительства г.Пинск - I снеговой район. Нагрузку принимаем в коньке при ?1. S₀0.5 кПа - нормативная снеговая нагрузка для I снегового района.

Таблица 1

Нагрузки на 1 м² горизонтальной проекции панели

№	Состав покрытия	Нормативная нагрузка, кПа	gf	Расчётная нагрузка, кПа
1	Три слоя рубероида на битумной мастике	0,09	1,3	0,117
2	Фанерные обшивки (0,008 + 0,006)7	0,098	1,1	0,108
3	Дощатые продольные рёбра 4·4.98·0.032·0.172·6 / (1,5·5)	0,026	1,1	0,029
4	Дощатые поперечные рёбра 15·0.45·0.032·0.172·6 / (1,5·5)	0,0087	1,1	0,0096
	итого постоянная нагрузка	0,313		0,362
6	Снеговая нагрузка равномерно-распределенная по треугольнику max	0,5 0,8	1,6	0,8 1,28
	итого полная нагрузка	0,813		1,162

Коэффициент надежности для снеговой нагрузки ?_f = 1.6 согласно п.5.7 СНиП2.01.07-85, определяемый в зависимости от отношения нормативного собственного веса покрытия к нормативному весу снегового покрова:

gⁿ / S₀ = 0.313 / 0.5 = 0.626 < 0.8.

– нагрузка на 1 м. п. панели:

Временная снеговая нагрузка имеет три варианта загружения:

- рассмотрим панель № 1

- рассмотрим панель № 2



Для расчета принимаю панель №1

арочный кровельный деревянный

2. Расчёт панели покрытия

Определение положения нейтральной оси сечения:

-статический момент площади сечения относительно верхней кромки панели:

Рис.2.1. Расчётное сечение дощато-фанерной панели.

S₁ = 1,254•0,008•0,18+1,254•0,006•0,003+3•0,032•0,17•0,091•10000 / 9000 = 0,0035 м³;

-площадь сечения:

-размеры от краёв до нейтральной оси:

= м;

м;

-приведенный к фанере момент инерции поперечного сечения панели при расчётной ширине обшивок, равной

0.9•b = 0.9•1.254 = 1.13 м;

J = J_о^в + J_о^н + SJ_д•E_д•/•E_ф



-проверка нижней растянутой обшивки на разрыв в месте стыка фанеры на ус:

W_p = J / y_р = м³;

M = q•l² / 8 = кН•м;

s_p = МПа R_ф.p•m_ф = 14•0.6 = 8.4 МПа;

-проверка верхней сжатой обшивки на устойчивость:

-проверка клеевых швов между шпонами верхней фанерной обшивки:

МПаМПа

-проверка на скалывание древесины дощатых рёбер:

МПаМПа

-определение прогиба панели:

Принятые размеры панели удовлетворяют по несущей способности и жёсткости.

Проверим верхнюю обшивку панели на продавливание.

Р=1,2 кН (вес монтажника)

кНм

3. Расчёт многоугольной фермы

3.1 Определение расчетных усилий в стержнях фермы

№	Наименование	q, кН/м	?f	q, кН/м
	I Постоянная
1	Собственный вес покрытия 0,362х5	1,81	1,1	1,991
2	Собственный вес фермы	0,412	1,1	0,453
	итого	2,222		2,444
	II Временная
3	Снеговая 0,5х5	2,5	1,6	4
	равном. распр. 3,028 по треугол. max 8 по треугол. min 4

Узловая нагрузка:

- от покрытия

полный вес крыши на одну ферму

- от снега

кН

- от собственного веса фермы

кН

Расчетные узловые нагрузки

- постоянная 25,26+1,26=26,52 кН;

- временная 6,75 кН;

- полная 33,27 кН.

Место расположения стержня	стержни	Усилия от единичной нагрузки	Усилия от постоянной нагрузки, кН	Усилия от временной нагрузки	Усилия от снег. нагр. по треуг. на всем пролете	Усилия от снег. нагр. по треуг. на Ѕ пролете, кН	Расчетные усилия	Обозначения
		слева	справа	полной		слева	справа	полной			+	-
в.п.	1в	-6,167	-2,267	-8,434	-223,67	-41,63	-15,3	-56,93	-58,5	-54,5		280,6
	2г	-5,467	-2,433	-7,9	-209,51	-36,9	-16,42	-53,33	-51,5	-45,75		262,84
	3д	-5,467	-2,433	-7,9	-209,51	-36,9	-16,42	-53,33	-51,5	-45,75		262,84
	5е	-4,167	-3	-7,167	-190,07	-28,13	-20,25	-48,38	-38	-30		238,45
	6ж	-4,167	-3	-7,167	-190,07	-28,13	-20,25	-48,38	-38	-30		238,45
н.п.	1а	5,217	1,933	7,15	189,62	35,21	13,05	48,26	46,4	43,75	237,88
	4а	4,133	2,233	6,366	168,83	27,9	15,07	42,97	40	32,9	211,8
	7а	3,533	3,6	7,133	189,17	23,85	24,3	48,15	34,5	21,75	237,32
Раскосы	1-2	0,35	0,267	0,617	16,36	2,36	1,8	4,16	-10,5	2,95	20,52
	3-4	1,433	-0,15	1,283	34,03	9,67	-1,01	8,66	13,5	15,5	42,69
	4-5	-0,667	1,267	0,6	15,91	-4,5	8,55	4,05	-2,75	-5,5	19,96
	6-7	1,133	-1,233	-0,1	-2,65	7,65	-8,32	-0,68	7,4	10,5	5	10,97
Стойки	2-3	-1	0	-1	-26,52	-6,75	0	-6,75	-11,76	-11,5		33,27
	5-6	-1	0	-1	-26,52	-6,75	0	-6,75	-4,1	-4,15		33,27
Опорные реакции		3,78	1,22	5	132,6	25,52	8,24	33,75	50,32	46,88	166,35
		1,22	3,78	5	132,6	8,24	25,52	33,75	31,12	8,47	166,35

3.2 Расчет верхнего пояса

В элементах верхнего пояса, кроме N, действуют изгибающие моменты от местной нагрузки (вес панелей покрытия), которую принимаем равномерно распределённой вдоль пояса. Максимальный изгибающий момент возникает в панелях е и ж , наименьше наклонённых к горизонту, в них составляющая нагрузка, к оси элемента,

кН/м,

то же в панелях г и д

кН/м

то же в панели В

кН/м



- для первого случая

- для второго случая

Принимаю в узлах вг, де, жи е = 3 см

Проверка сечения пояса в середине панелей е и ж .

Отрицательный момент в узлах де, жи

кН/м.

Момент в середине панели в недеформированном состоянии и при условии, что в узлах еж и гд узловые моменты равны нулю

кНм;

принимаю сечение пояса 225х175 мм.

Гибкость в плоскости системы

;

кНм,

Возле узлов де и жи в сечении 1-1 без

на сжатие в сечении 2-2

где 0,22-2е=0,225-20,03=0,16 -- высота сечения торца пояса в узле.

3.3 Расчет стоек и раскосов

Сечение стоек и раскосов принимаю одинаковым из условия прочности, предельной гибкости и смятия под углом к волокнам в узлах.

Прочность наиболее длинного раскоса 6-7 (l=4509 мм) ;

см Принимаю h = 175 мм, b = 125 мм.

Определим необходимый размер стойки 5-6 по ширине из условия смятия пояса под углом 90?. Расчетное сопротивление смятию определим по СниП

требуемая длинна площадки смятия

м.

Проверим стойку 5-6 на продольный изгиб при <

радиус инерции i = 0.289?13=3.76.

При и l = 4509 мм ширина сечения раскосов и стоек

<12.5 см.

3.4 Расчет узла верхнего пояса

давление на плиту вкладыша от брусьев верхнего пояса

Для расчета плиты выделим полосу 1 см и рассмотрим как 2-х пролётную балку. Над средней опорой допускаем возникновение шарнира пластичности, в котором изгибающий момент

кНм.

Rу=230 Мпа, сталь С 235.

Наибольший момент в пролёте М1 действует на расстоянии х от крайней опоры

м,

кНм.

где см;



Принимаю толщину плиты 15 мм, толщину ребра 6 мм.

Напряжение изгиба в плите

.

Ширину ребер по низу назначаем b = 30 мм; тогда по верху

мм.

Для фиксации положения брусьев пояса при сборке по бокам вкладыша привариваем упоры из стальных полос толщиной 6 мм. Расчет центрального болта производим для узла Б, где действует усилие в раскосе 20,52 кН.

Проверим прочность болта и стенок вкладыша на изгиб, срез и смятие. Изгибающий момент получим пологая, что усилие раскоса действует с плечом е = 1,2 см относительно ребра вкладыша

кНм.

Приравниваем момент к несущей способности болта по изгибу:

кНм

принимаю болт d = 20 мм, А=3,14 .

Несущая способность болта на срез по площади сечения брутто



Напряжение смятия в ребре

.

Элементы решетки крепим в узлах при помощи стальных планок сечением 80х6 мм, планки присоединяются к раскосам и стойкам ботами d = 12 мм.

Определяем несущую способность 2-х срезного болта:

— из условия смятия стальных накладок

кН;

— по смятию среднего элемента

кН;

— по изгибу болта

кН.

кН.

Несущая способность кН,

количество болтов болта.



3.5 Расчет опорного узла

В опорном узле соблюдают центровку примыкающих к нему элементов. Конструкционной основой узла служит стальной сварной башмак, состоящий из 2-х фасонок и 2-х плит. В верхнюю плиту упирается верхний пояс фермы, а нижняя плита служит для операния фермы на опору.

Размер нижней плиты находим из условия передачи ею опорной реакции фермы на колонну с (смятие вдоль волокон).

.

Конструктивно принимаю 26х24 см. Толщина плиты из расчета её как 2-х консольной балки, нагруженной равномерно распределённой нагрузкой.

кН/м;



Толщина фасонки 8 мм, тогда длина пластинки 17,2 см, а вылет консолей

Наибольший момент получим над опорой

Требуемая толщина плиты

Толщину верхней плиты назначаем 14 мм. Для увеличения ее прочности на изгиб привариваем к ней снизу 2 уголка 63х5 мм, которым плита разделяется на 3 участка: средний и 2 консольных. Наибольший момент действует над опорами плиты верхнего пояса 22х18 см.

Тогда

Изгибающий момент в плите (на 1см ширины)

Напряжение изгиба

Проверим прочность плиты, усиленной ребрами в плоскости перпендикулярной плоскости фермы и проходящей через ось бруса

Расстояние от центра тяжести составного сечения до центра тяжести плиты

Момент инерции составного сечения

Наименьший момент сопротивления

кНм.

Напряжение изгиба

.

Уголки нижнего пояса привариваем к фасонкам узла швами высотой 5 мм. Необходимая длина

3.6 Расчет узла нижнего пояса

Составляющие усилий в раскосах вдоль пояса

Расчет узлового болта производим на суммарное действие усилий D1 и D2. Их равнодействующая кН.

Плечо равнодействующей R принимаю равным 1 см, тогда

кНм.

Требуемый болта по изгибу

м.

Принимаю болта 24 мм; F=4,52 см.

Несущая способность болта на срез

Напряжение смятия в вертикальной планке

Проверим планки на растяжение

,

где .

Проверка планки 6х80х140 мм на внецентренное сжатие .

.

.

.

.

Эксцентриситет крепления решетки в узле

4. РАСЧЕТ КОЛОННЫ

4.1 Расчетная схема

Расчетные нагрузки:

- от покрытия (реакции фермы), включая собственный вес колонны

- горизонтальный ветровой напор на стену

кН/м

- отсос

кН/м

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового напора по высоте;

- аэродинамические коэффициенты.

Материал колонны сосна II сорта.

4.2 Статический расчет рамы

Усилие z в ригеле

кН.

Наибольший изгибающий момент в сечении колонны

кН.

Наименьшая ширина сечения колонны из условия её предельной гибкости

,

м.

Наименьшая высота сечения колонны из условия её предельной гибкости

м.

Принимаю составное сечение колонны на податливых связях из 2-х брусьев.

Диаметр болтов принимаю d = 12 мм.

Условие

выполняется.

4. 3 Расчет на прочность

.

.

.

Требуемое количество связей на участке с однозначной эпюрой моментов:

;

Несущая способность одного болта:

шт.

.

4.4 Расчет на устойчивость

5. Расчет сопряжения колонны и фундамента

Продольная сила от постоянной нагрузки ,от временной снеговой (по треугольнику по всему пролёту) изгибающий момент от ветровой нагрузки .

Материал:

- опорного столика сталь С 235 (Ry = 230 МПа);

- анкерные болты сталь ВС 3кп2 ( = 185 МПа).

Сочетание нагрузок:

1.

2.

где - коэффициент сочетаний нагрузок = 0,9.

Определим максимальные растягивающие и сжимающие усилия при сочетаниях 1и2.

Для первого сочетания:

(сжатие),

(растяжение).

Предварительно принимаю расположение болтов в один ряд; диаметр болтов

d = 16 мм; мм

Принимаю .

Для сочетания нагрузок 2:

(сжатие),

(растяжение).

Проверим торец колонны на смятие:

(стр. 23, пособие к СНиП )

Определим количество болтов, закрепляющих одну пару пластин:

Минимальная несущая способность одного болта:

- из условия смятия среднего элемента:

- из условия изгиба болта

Принимаю кН

кН

Принимаю 3 болта, расположенных в один ряд.

Определяем площадь накладки:

m - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки m = 0,85

Конструктивно принимаю толщину накладки 10 мм.

Подберём площадь и диаметр анкерных болтов:

принимаю диаметр анкерных болтов

Опорный столик и рёбра - сталь С235, t = 5 мм, сварные швы k = 5 мм.

Литература

Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов / Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; Под ред. Г. Г. Карлсена. и Ю. В. Слицкоухова -- 5-е изд. перераб. и доп. -- М.: Стройиздат, 1986.

Иванов В. А., Куницкий Л. П., и др. Деревянные конструкции (примеры расчета и конструирования). -- Киев.: Госсстройиздат, 1960.

Иванов В. Ф. Конструкции из дерева и пластмасс. -- Лн.: Стройиздат, 1966.

Гринь И. М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет. -- Киев: Вища школа, 1975.

Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. Пособие для техникумов. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Стройиздат, 1991.

СНиП II-25-80. Деревянные конструкции/ Госстрой СССР. -- М.: Стройиздат, 1982.

СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. -- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.

СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. -- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.

Головач В. Н., Иванов В. А. Методическое пособие по расчету и конструированию ограждающих конструкций с применением дерева и пластмасс для студентов специальности 1202 - “Промышленное и гражданское строительство” всех форм обучения. -- Мн.: БПИ, 1989.

Головач В. Н., Саяпин В. В., Фомичев В. Ф. Методические указания к курсовому проекту по курсу “Конструкции из дерева и пластмасс для студентов специальности 1202 - “Промышленное и гражданское строительство”. -- Мн.: БПИ, 1989.

Размещено на Allbest.ru

...