Разработка проекта несущих конструкций здания

d_Н=4,925 м; U₁=N=232,58 кН.

Нижний пояс фермы выполняют из уголков стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ-14-1-3023-80.

Необходимая площадь сечения пояса:

Принимаем нижний пояс из двух уголков 90/56 толщиной 8 мм по ГОСТ 8510-86 с А=8,54 см², причем полки уголков размером 9 см располагаем вертикально, а полки размером 5,6 см - горизонтально, сваривая их через интервалы не более 80i_у=80*1,56=125. Принимаем интервал 98,5 см, т.е. каждую панель нижнего пояса разбиваем на пять интервалов.

Геометрические характеристики поперечного сечения нижнего пояса.

Расчётный пролёт нижнего пояса: l₀=4,925 м.

Момент инерции сечения:

I_x=2*90,9=181,8 см⁴;

I_y=2*(18,6+9,47*(6,5-1,29)²)=551,3 см⁴.

Радиусы инерции:

Гибкость нижнего пояса:

где [л]=400 - предельная гибкость по табл. 20 [3].

Принимаем раскосы изготовленными из клеёной древесины и состоящим из четырёх досок сечением 3,3*16 см. Расчётное усилие D=-20.16 кН, l_p=4,22 м.

Высота сечения из условия предельной гибкости:

Размеры сечения раскосов:

b=16,0 cм , h=13,2 см, F=0,16*0,132=0,02112 м².

Раскосы ВЖ и ГИ рассчитываем на сжатие:

3.5.4 Расчёт раскосов на растяжение в ослабленном болтами сечении

3.5.5 Расчет крепления стальных пластинок - наконечников к раскосам

Принимаем пластинки-наконечники выполненными из полосовой стали толщиной д = 1 и шириной 8 см. Число пластинок - две. Пластинку к раскосам крепим двумя болтами диаметром 16 мм и двумя гвоздями 5 мм.

?

Рис. 3.3. Крепления стальных пластинок - наконечников к раскосам.

Определяем несущую способность одного условного среза болта:

· из условия смятия древесины раскоса:

T₁=0,5*с*d_б=0,5*16*1,6=12,8 кН;

· из условия изгиба болта:

T₂=2,5*d_б²=2,5*1,6²=6,4 кН;

T_min=6,4 кН.

Т_б=D₂/n_б*n_ш=41,76/(2*2)=10,44 кН

где n_б=2 - число болтов; n_ш=2 - число условных срезов.

Проверка прочности пластинок-наконечников на растяжение в местах ослабления болтами и гвоздями. Раскосы ВЖ и ГИ:

d_отв.б=1,7 см; d_отв.гв.=0,6 см.

у_р=N/F=33,91/2(8*1-1,7*1-0,6*1)=36,63<245 МПа.

Проверка прочности пластинок-наконечников на продольный изгиб. Рассмотрим пластинки - наконечники, прикрепленные к раскосам БЖ и ДИ:

D₁=-30.12 кН; l_p=40 см; F=2*8*1=16 см²

Гибкость л пластинок - наконечников:

л=30.12/(0,289*1)=104<[150].

Коэффициент продольного изгиба ц находим по табл. 72 [3]:

ц=0,315;

у_с=30.12/(2*(1*8)*0,315)=85,22<R_c=245МПа.

3.6 Расчёт и конструирование узловых соединений

3.6.1 Опорный узел

Узел выполняется из листовой стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.

Упорная плита.

В опорном узле верхний пояс упирается в плиту (упорная плита) с рёбрами жёсткости, приваренную к вертикальным фасонкам сварного башмака. Снизу фасонки приварены к опорной плите. Толщина фасонок 1 см. Принимаем размеры площади контакта торца верхнего пояса с упорной плитой 16х24 см.

Проверка торца верхнего пояса древесины на смятие:

О₁=-257.82 кН.

у_см=257.82/(0,16*0,24)=5,354<R_см=15*1,1=16,5 МПа.

Проверяем общую прочность упорной плиты на изгиб. Расчет ведем приближенно как расчет балок таврового сечения пролетом, равным расстоянию между осями вертикальных фасонок; l=17 см.

Геометрические характеристики плиты таврового сечения:

Момент сопротивления заштрихованного сечения:

S_x1=1,6*12*(5+1,6/2)+1*5*2,5=123,88 см³;

F=1,6*12+1,5=19,2+5=24,2 см²;

y₀= S_x1/F=123,88/24,2=5,12 см;

I_x=12*1,6³/12+12*1,6*0,68²+1*5³/12+1*5*2,61³=57,71 см⁴;

W_min=I_x/y₀=57,71/5,12=11,27 см³.

Изгибающий момент в балке таврового сечения:

М=5354*0,085*0,17²/8=9,67 кН*м.

Напряжение изгиба в плите:

у=M/W=9,67/11,27*10^-6=85,8 МПа<R_y*г_c=230*1.05=242 МПа.

Опорная плита

Принимаем размеры опорной плиты 25х26 см. Опорная реакция

R_A=6,26+100,91=107,17 кН.

Площадь опорной плиты:

F=25*26=650 см².

Напряжения смятия под опорной плитой:

Момент в консольной части плиты:

М_к=1,56*0,050²*0,01/2=19,5 кН*мм.

Момент в средней части плиты:

1,56*0,16²*0,01/8=49,92 кН*мм.

Необходимая толщина плиты

Размещено на http://www.allbest.ru

принимается толщина плиты д=12 мм.

3.6.2 Расчёт промежуточных узлов

Расчет промежуточных узлов верхнего пояса. В узлах верхнего пояса ставим сварные вкладыши, предназначенные для передачи усилий и крепления раскосов. Площадь поверхностей плит вкладыша, соприкасающихся с торцами блоков верхнего пояса: F=b*h=16*24=384 см². Толщина плит вкладыша д=1 см.

Проверка торцов клееных блоков верхнего пояса на сжатие и смятие: О₅=257.82 кН.

Проверка прочности на изгиб плиты вкладыша:

рассматриваем полосу плиты вкладыша шириной 1 см как двухпролётную балку с

W=0,167 см³, l=6,05+1=7,05 см

Рассчитываем узловой болт (узлы В, Г) на изгиб от равнодействующей усилий в раскосах, которую определяют графически. При действии на ферму снеговой нагрузки, распределенной по закону треугольника на половине пролета:

D₂=-33.91 кН, D₃=30.28кН, R=39.18 кН

Изгибающий момент в узловом болте:

Принимаем диаметр болта d = 24 мм.

Проверяем прочность на растяжение стальных пластин - наконечников, ослабленных узловым болтом:

D_max=30.28 кН=D₃;

Расчет промежуточных узлов нижнего пояса. Диаметр узлового болта находим из условия его изгиба силой, равной разности усилий в смежных панелях нижнего пояса:

?U=6,88+99,16-3,39-82,38=20,27 кН.

Изгибающий момент в болте определяем аналогично тому, как его вычисляли в промежуточных узлах верхнего пояса:

М_б=20,27*(0,4+1)/2=14189 Н*см.

Принимаем болт 2,4 см.

4. Расчёт основной несущей конструкции покрытия пролёта Б - В

4.1 Исходные данные

Требуется запроектировать и рассчитать клеефанерную балку с волнистой стенкой пролетом ? = 10,0 м.

Изготовление конструкции - заводское.

Материал: древесина - сосновые доски (древесина второго сорта) влажностью до 12% , фанера березовая повышенной водостойкости марки ФСФ сорта В/ВВ.

Клей резорциновый марки ФР-12 по ТУ 6-05-1638-78, СНиП II-25-80, табл. 2, для склеивания древесины с фанерой.

г_n = 0,95 - коэффициент надежности по назначению для здания второго класса ответственности.

Дополнительно см. п. 1. Исходные данные, ПЗ.

4.2 Конструктивная схема балки

Шаг балок 6,5м.

Расчетный пролет балки ?_р = 9,7 м, высота балки h = 1000 мм.

Покрытие клеефанерной конструкции укладывается непосредственно на балки.

4.3 Сбор нагрузок

Рассмотрим случай загружения балки равомерно распределенными постоянной и временной нагрузками.

Значения нагрузок на балку представлены в табл. 4.1

Таблица 4.1

Собственный вес клеефанерной балки:

q_н^св =(q_н + р_н)/[(1000/ (k_св * L_р) - 1],

q_н^св = (2,3 +8,19)/[(1000/(4·9,7) - 1] = 0,423 кН/м.

Усилия:

Расчётные изгибающий момент, наибольшая поперечная сила на опоре балки:

M = q l²/8 =14,845*9,7²/8 = 174,59кН*м,

Q = q*l/2 = 14,845*9,7/2 = 72,0 кН,

4.4 Статический расчет балки

Материал: пояса - доски сосны, сорт 2, влажность до 12%, ГОСТ 9462: расчёта сопротивление растяжению вдоль волокон клееных элементов R_p = 9 МПа; расчёта сопротивление скалыванию вдоль волокон при изгибе клееных элементов R_ск = 1,5 МПа; Е = 10 МПа - модуль упругости древесины вдоль волокон; R_{см 90} = 3 МПа- расчётное сопротивление смятию местному в опорных частях. Стенка - берёзовая фанера семислойная, марки ФСФ толщиной 5=12 мм, сорта гаже В/ВВ, ГОСТ 3916-69: расчётное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев Кф _ск = 0,8 МПа = 0,08 кН/см², G_ф =750 МПа - модуль сдвига вдоль волокон наружных слоев, Е_ф = 9000 МПа модуль упругости фанеры вдоль волокон наружных слоев.

Для соединения фанеры с поясами, в последних устраивают криволинейные пазы форме волнистой стенки, в которые при сборке заводится фанерная стенка и затем проклеивается эпоксидным клеем с наполнителем. высота балки h ? l/10 = 970/10= 97 см, принимаем h=100см

стенку балки выполняем из листов фанеры размером 1525 х 1525 х 18 мм, который ставим волокнами рубашек перпендикулярно поясам, стыковка на ус. Листы обрезаем по кромкам и разрезаем на две равные части шириной по 750 мм. Листы закреплен от продольного смещения в середине балки и с помощью бобышек фанера выгибается по расчётному профилю. После этого паз заливается клеем c наполнителем. Пояс принимаем из брусьев сечением 150 х 150 мм. Глубину пазов находим из условия прочности клеевого соединения стенки с полками: 2,5 х 18= 45мм.

Геометрические характеристики:

J = (15*15³/12+15*15*(100/2)²)*2= 1133437,5см²;

W = J*2/h = 1133437*2/100 = 22668,75см²;

S = 15*15*100/2 = 11250см³;

(3,14*11250/(1,8*970²))*(10⁴/750) = 0,27

Коэффициенты, учитывающие снижение момента инерции, балки за счет податливости волнистой стенки:

1/(1+15/100*0,27) = 0,961

1/(1+0,27) = 0,787

4.5 Проверка принятого сечения

Напряжения и прогибы. Напряжение:

у =M/W* k_щ=174,59*(100)/22668,75*0,7 =1,10мПа ? 9МПа.

Прогиб балки:

5*10,19*970⁴/(384*10⁵*1133437,5*0,787*0,7= 1,88 см²;

f/l = 1,88/970 = 1/515< f_пр/l = 1/300

Прочность соединения стенки с поясами при криволинейном пазе:

72,0*(100)*11250/1133437*0,787*10 = 0,98МПа < R™=1,5 МПа

где: т_ш = 10; ?b_ш*т_ш = 2*h_ш = 2*5 см.

Длину волны принимаем l_в= 970мм, кратно пролёту,

l_в < h_CT *24 =1680 мм.

h_ст = 70см -- высота стенки в свету между поясами.

Квадрат гибкости стенки, задавшись высотой волны h_B = 100 мм > 150/3 в соответствии с шириной поясов:

л²_в,ст = h_ст²/*h_в = 70²/1,8*10 = 272

k₁ = 0,55*vE_ф*G_ф = 0,55*v9000*750 = 1429 коэффициент, зависящий от модуля упругости и модуля сдвига фанеры.

k₂ = л²_ст/k₁ = 272/1429 = 0,19- коэффициент, зависящий от отношения размеров волн.

h_B = 1/l_в при h_B / l_в = 10/ 97 = 1/10 I

Прочность фанерной стенки на срез с учётом потери местной устойчивости:

?_ф = k₁* k₂/ л²_в,ст = 1429*0,19/272 = 1,001 ? 1;

Устойчивость профиля волнистого листа вблизи опоры:

ф_ш = Q*S/J* = 72,0*11250/(1133437*1,8) = 3,9кН/см² < R^ф_ck = 6,8 kH/см²

Проверкой установлено, что устойчивость волнистой стенки по всей длине балки обеспечена.

Площадь опорной подушки балки из условия смятия:

F_cm = Q/R_cm9o = 72,0*(10)/3 = 240 cm²,

Ширина опорной подушки:

b_п = F_CM / b = 240/10= 24см.

Принимаем подушку шириной b_п = 30 см, толщиной 10 см, стыкуем по длине здания над стойками с помощью двух накладок из досок сечением 60x100 мм, крепление осуществляем двумя парами болтов d =20 мм.

5. Защита деревянных конструкций от возгорания и гниения

При использовании деревянных конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания. Деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из несгораемых материалов. В поперечном направлении здания противопожарные диафрагмы устанавливают вдоль несущих конструкций с шагом не более 6 м. Вентилируемые ограждающие конструкции покрытий также должны расчленятся диафрагмами из несгораемых материалов на отсеки. Деревянные конструкции не должны иметь сообщающихся плоскостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, недоступное для тушения.

Опасны в пожарном отношении металлические накладки, болты и другие детали соединительных и опорных узлов деревянных элементов, так как они, являясь проводниками тепла, снижают предел огнестойкости деревянных конструкций и поэтому металлические узлы и соединения необходимо тщательно защищать огнезащитными покрытиями.

К химическим мерам защиты деревянных конструкций от возгорания относится применение пропитки огнезащитными составами, нанесение красок. Для клееных конструкций рекомендуется применять вспучивающиеся составы антипирены, наносимые на поверхность конструкций, для защиты деревянных элементов каркаса ограждающих конструкций требуется глубокая пропитка антипиреном под давлением.

Суть конструкционных мероприятий по борьбе с гниением сводится к тому, чтобы обеспечить воздушно-сухое состояние деревянных элементов здания, что достигается устройством гидро-, пароизоляционных слоев, препятствующих увлажнению грунтовой, атмосферной и конденсатной влагой, или обеспечение надлежащего режима для удаления из древесины влаги.

Конструкционные мероприятия по борьбе с недопустимым увлажнением древесины при эксплуатации следующие:

- предотвращение увлажнения атмосферными осадками увеличением свесов крыш. Надлежащим отводам воды с крыш, устройством достаточно большого разрыва между поверхностью грунта и нижней отметкой расположения деревянных элементов здания для предотвращения увлажнения брызгами падающей сверху воды и др.

- деревянная наружная обшивка должна быть по возможности водонепроницаемым, причём при выпадении осадков вода не должна попадать в обшивку и скапливатся там;

- удаление влаги из сырых помещений; обеспечение достаточно хорошей вентиляции с ним, чтобы средняя относительная влажность воздуха в них была возможности ниже. Для этой цели необходимо иметь определённое число приточных и вытяжных вентиляционных отверстий.

- по поверхности грунта рекомендуется устраивать гидроизоляцию;

- защита древесины от увлажнения капиллярной влагой, поступающей соприкасающихся с ней частей здания, устройством гидроизоляции;

- гидроизоляционные прокладки делать под опорными частями деревянных ферм с нижней обвязкой стен;

- борьба с образованием конденсата;

- предотвращение увлажнения древесины бытовой влагой, сводящееся содержанию в надлежащем состоянии систем водоснабжения и канализации просушке помещений после мытья полов.

К конструктивным мероприятиям по борьбе с гниением следует отнести правильный подбор породы древесины для изготовления соответствующих деревянных конструкций или элементов.

6. Изготовление, транспортировка и монтаж деревянных конструкций

Древесина, предназначенная для несущих клееных конструкций, должна быть высушена до влажности 9-12%. После сушки могут возникнуть дефекты в виде поперечного коробления или другие недопустимые повреждения. Поэтому они проходят обязательное фрезерование по пласте на рейсмусовых или четырёхугольных строгальных станках с целью их калибровки по толщине и получения базовых поверхностей для дальнейшей обработки, а также лучшего выявления недопустимых природных пороков и дефектов обработки. Выявленные недопустимые пороки и дефекты вырезают на торцовочных станках. После торцовки пиломатериалы поступают на линии склеивания досок. Склеиваемые поверхности, должны быть свежеотфрезерованными (время с момента фрезерования до нанесения клея не должно превышать 8 ч), очищенными от пыли и плотно прилегать одна к другой. Фрезерование и нанесение клея осуществляют на полуавтоматических линиях.

После нанесение на плети-заготовки клея предусмотрены сборка пакетов конструкций из подлежащих склеиванию заготовок, транспортирование их запрессовочным устройствам, запрессовка и выдержка под давлением для создания прочных монолитных соединений. Окончательная механическая обработка включает фрезерование боковых поверхностей, торцовку конструкций и сверление отверстий под болты, и соединительные детали.

Для увеличения долговечности и срока службы деревянных конструкций необходимо их защищать от увлажнения, гниения и возгорания, примени различные лаки, эмали, антисептики и антипирены.

Деревянные конструкции должны размещаться и закрепляться на транспортных средствах и при складировании в положении, близком к проектному. Строповка конструкций при погрузочно-разгрузочных и монтажных операциях должны производиться инвентарными стропами или специальными захватами. В случае строповки стальными канатами под них должны устанавливаться подкладки. Деревянные конструкции следует складировать следующим способом: элемент верхних поясов распорной системы в приспособлениях для пакетной транспортировки и складирования; стеновые панели - в вертикальном положении в контейнерах, на поддонах и подкладках.

Монтаж сборных деревянных конструкций разрешается начинать после окончании работ нулевого цикла по всему сооружению. Монтаж следует производить укреплёнными элементами, собираемыми на площадках укрупнительной сборки. Элементы деревянных конструкций при их сборке должны устанавливаться сразу в проектное положение по разбивочным осям и рискам, нанесённым на монтируемые элементы. До окончания выверки и закрепления конструкций не допускается опирание на них других монтируемых элементов. Систему необходимо монтировать с крайних пролётов. Первую систему после установки на место следует раскреплять временными связями и сразу же скреплять постоянными связями со второй после её установки. Каждая последующая система должна крепиться к ранее установленной постоянными или временными связями пocле выверки её положения.

Список использованной литературы

СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. Москва 1986.

СНиП ii-25-80* Деревянные конструкции. Москва 1982.

СНиП ii-23-81* Стальные конструкции. Москва. 1981.

И.М. Гринь. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. 1979 -расчёт панели покрытия, балки.

Ю.В. Слицкоухов, И. М. Гуськов, Л.К. Ермоленко. «Индустриальные деревянные конструкции». Примеры проектирования. Москва, 1991 -расчёт фермы.

Г.Н. Зубарев. «Конструкции из дерева и пластмасс» Москва, 1990 -расчёт фермы.

7. Ю.В. Слицкоухов, В. Д. Буданов Конструкции из дерева и пластмасс. Москва 1986.

8. В.А. Харитонов, Ю.М. Дукарский. «Строительные конструкции» Москва

Размещено на Allbest.ru