Проектирование мебельного цеха в г. Ставрополь

Размещено на http://allbest.ru

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тверской государственный технический университет

Кафедра «Конструкции и сооружения»

Курсовая работа

по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмассы»

Проектирование мебельного цеха в г. Ставрополь

Выполнил: студент группы ПЗ-09.06

Кузнецова К.А.

Принял: Сизов Ю.В.

Тверь 2014



Содержание

1. Определение геометрических характеристик фермы

2. Расчет рабочего настила

2.1 Сбор нагрузок

2.2 Проверка рабочего настила по прогибу

3. Расчет неразрезного прогона

3.1 Сбор нагрузок

3.2 Подбор поперечного сечения прогона

3.3 Проверка прогона по прогибу

3.4 Определение параметров и количества гвоздей

4. Статический расчет рамы и фермы

4.1 Определение нагрузок

5. Подбор сечений элементов фермы

5.1 Верхний пояс

5.2 Нижний пояс

5.3 Раскосы

5.4 Стойки

6. Конструирование и расчет узловых соединений

6.1 Опорный узел

6.2 Коньковый узел

6.3 Примыкание раскоса к верхнему поясу

7. Статический расчет колонны

7.1 Конструктивный расчет

7.2 Расчет клеевого шва

Список использованных источников

ферма раскос колонна клеевой



1. Определение геометрических характеристик фермы

Таблица 1. Исходные данные

Место строительства	Ставрополь
Расчетная снеговая нагрузка	S=120 кг/м2
Расчетная ветровая нагрузка	W=60 кг/м2
Назначение здания	Мебельный цех
Покрытие	Дощатое по прогонам
Стропильные конструкции	Фермы
Пролет	LФ=21 м
Шаг колонн	b=6 м
Длина здания	L=42 м

Рис. 1 - Геометрические характеристики фермы

По заданию нам дана треугольная ферма и сначала необходимо определить геометрические характеристики всех элементов фермы (рис. 1).



2. Расчет рабочего настила

Сечение рабочего настила состоит из следующих слоев:

1) Кровля из 3-х слоев рубероида на битумной мастике;

2) Настил сплошной деревянный двухслойный верхний распределительный слой, д=19 мм, с=500 кгс/м³;

3) Утеплитель минеральная вата д=150 мм, с=60кгс/м³;

4) Пароизоляционная пленка;

5) Доска рабочего настила (ориентировочно принимаем д=25 мм), с=500 кгс/м³;

Деревянные элементы являются несущими элементами деревянных ограждающих покрытий. Дощатые настилы изготовляют из досок на гвоздях и укладывают на прогоны. Рабочие доски должны иметь длину, достаточную для опирания их не менее чем на три опоры, с целью увеличения их изгибной жесткости по сравнению с однопролетным опиранием.

Расчет производится по прочности и прогибам при изгибе, при действии нормативных и расчетных значений линейных распределенных и сосредоточенных нагрузок.

2.1 Сбор нагрузок

Нагрузку на настил собираем в табличной форме (см. табл. 2).

Таблица 2 - Сбор нагрузок

№ п/п	Вид нагрузки	Толщина элемента, мм	Нормативная нагрузка, кгс/м2	Коэффициент надежности по нагрузке, гt	Расчетная нагрузка, кгс/м2
Постоянная нагрузка
1	Покрытие 3 слоя рубероида	-	9	1,2	10,8
2	Доски защитного настила (с=500 кгс/м3)	19	9,5	1,1	10,45
3	Утеплитель (минвата) (с=60 кгс/м3)	150	9,0	1,2	10,8
4	Пароизоляция	-	1,0	1,2	1,2
5	Доски рабочего настила(с=500 кгс/м3)	25	12,5	1,2	15
Итого	41		48,25
Временная нагрузка
6	Снеговая	-	84		120
Итого	125		168,25
7	Вес человека	-	100	1,2	120

Рис. 2 - План настила

Доски рабочего настила наколачиваются под углом б=45-60⁰, чтобы придать жесткости конструкции.

Нагрузка на 1 п.м. условной полосы:

Нормативная

q_n=(G_н+S_н)•1=(41+84)=125кгс/м

Расчетная

q=(G+S)•1=(48,25+120)=168,25кгс/м

где: G_н - постоянная нормативная нагрузка;

S_н - нормативная снеговая нагрузка;

G - расчетная постоянная нагрузка;

S - расчетная снеговая нагрузка;

Определяем изгибающий момент М и толщину досок рабочего настила д.

I случай загружения(расчетная постоянная нагрузка + снеговая нагрузка):

Поскольку шарнир посередине не врезанный, то там будет отрицательный момент.

Определим фактическое расстояние досок защитного настила, расположенных под углом 45^O:

,

где l - фактическое расстояние защитного настила между точками опор;

Рис. 3 - Схема опирания рабочего настила

Определим расчетную толщину доски д:

,

где M- максимальный изгибающий момент;

b=1 м (условная ширина полосы);

R_изг=130 кгс/см² (расчетное сопротивление изгибу);

II случай загружения(расчетная постоянная нагрузка + вес человека):

Изобразим схему опирания прогона с учетом действия постоянной нагрузки и веса человека.

Рис. 4 - Схема опирания рабочего настила

Определим максимальный изгибающий момент с учетом постоянной расчетной нагрузки и веса человека:

Определим расчетную толщину доски д:

Принимаем максимальное значение д=17,1 мм.

Окончательно принимаем доски рабочего настила толщиной 22 мм. Их толщина после острожки составит:



2.2 Проверка рабочего настила по прогибу

Прогиб настила берем для первого сочетания нормативных нагрузок:

Проверим допустимость расчетного прогиба допустимому:

При заданной толщине величина прогиба не превышает допустимую, поэтому окончательно принимаем толщину досок рабочего настила .



3. Расчет неразрезного прогона

Дощато-гвоздевые спаренные прогоны являются многопролетными неразрезными. Состоят из двух рядов досок, соединенных пластами с помощью гвоздей.

Дощато-гвоздевые прогоны устанавливаются в скатных покрытиях поперек скатов и опираются на ферму.

Дощато-гвоздевые прогоны применяют только в сочетании с перекрестными настилами, которые воспринимают скатные составляющие нагрузок и предупреждают возникновение косого изгиба. Они требуют меньшего расхода древесины, нежели брусчатые, но их изготовление является более трудоемким.

Дощато-гвоздевые спаренные прогоны работают и рассчитываются на изгиб от действия только нормальных к скату покрытия равномерно распределенных нагрузок от собственного веса всех элементов покрытия q и веса снега S.

3.1 Сбор нагрузок

Таблица 3 - Сбор нагрузок

№ п/п	Вид нагрузки	Толщина элемента, мм	Нормативная нагрузка, кгс/м2	Коэффициент надежности по нагрузке, гt	Расчетная нагрузка, кгс/м2
Постоянная нагрузка
1	Покрытие 3 слоя рубероида	-	9	1,2	10,8
2	Доски защитного настила (с=500 кгс/м3)	19	9,5	1,1	10,45
3	Утеплитель (минвата) (с=60 кгс/м3)	150	9,0	1,2	10,8
4	Пароизоляция	-	1,0	1,2	1,2
5	Доски рабочего настила(с=500 кгс/м3) д'= 0,019·500 мм	19	9,5	1,2	11,4
6	Прогон (назначаем нагрузку изначально конструктивно)	-	10	1,2	12
Итого	48		56,65
Временная нагрузка
6	Снеговая	-	84		120
Итого	132		176,65

Нагрузка на 1 м.п. прогона определяется по формулам:

Нормативная

q_n=(G_н+S_н)•b₁

q=(G+S)•b₁

где b₁ - расстояние между прогонами (область действия распределенной нагрузки см. рис.5)

Рис. 5 - Схема опирания рабочего настила

Тогда:



3.2 Подбор поперечного сечения прогона

Рис. 6 - Схема опирания прогона на стропильные фермы

Многопролетные спаренные прогоны проектируют по равнопрогибной схеме из двух досок на ребро, располагая стыки досок вразбежку, на расстоянии около 0,21L от опор.

Расстояние от стыка до опоры равно: ,

l - величина пролета, м;

Наибольший изгибающий момент будет на 3-й опоре от края и будет равен:

Требуемую высоту прогона определяем по формуле:

где R_u-расчетное сопротивление на изгиб для древесины 2-го сорта, кгс/см²;

R_u =130 кгс/см²

b = 10 см, - ширина прогона (две доски по 5 см);

По сортаменту (по ГОСТ 24454-80) принимаем прогон из двух досок размерами равными100х200 мм.

После острожки прогона с трех сторон по 2 мм размеры сечения составят 96*198 мм.

Площадь сечения равна:

Момент инерции сечения:

3.3 Проверка прогона по прогибу

Расчет ведем по II-й группе предельных состояний, а значит для расчета используем значение нормативной нагрузки.

Прогиб прогона определяем по формуле:

где E=10⁹ кгс/м² - модуль упругости дерева;

I - момент инерции сечения;



l=4,5 м - пролет прогона;

Получим:

3.4 Определение параметров и количества гвоздей

Для сплочения элементов прогона будем использовать гвозди l_гв=100 мм и d= 4 мм.

Расчетная несущая способность на срез будет равна:

где: а - толщина средних элементов, а также средних и более толстых элементов односрезных соединений. Т.к. элементы в нашем сопряжении элементов имеют равную толщину то величинаа будет равной для обоих элементов, см;

а=д-1,5Ш=4,8-1,5?0,4=4,2 см;

d - диаметр гвоздя, см; d=4 мм;

При смятии элемента имеем:

Количество гвоздей с каждой стороны стыка:

где: М-изгибающий момент на опоре; - расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя;



1,5d - минимальное расстояние от стыка элементов до первого ряда гвоздей вдоль волокон древесины;

- несущая способность гвоздя.

Количество гвоздей на каждую из сторон стыка будет равно:

S₁=15d=6 см,

где S₁ - расстояние между осями гвоздей вдоль волокон;

Расстояние S₂ между осями гвоздей поперек волокон равно:

-при прямой расстановке

S₂h/(n+1)=1,98см4d=1,6см;



4. Статический расчет рамы и фермы

Основными применяемыми сквозными плоскостными деревянными конструкциями в покрытии являются фермы. Данная конструкция состоит из поясов и связывающих их решеток. Решетка состоит из отдельных стержней - раскосов и стоек. Применение решетки вместо сплошной стенки уменьшает расход материала на конструкцию. Однако в отличие от сплошных плоскостных конструкций в сквозных имеются узловые соединения элементов решетки между собой и с поясами, требующие специальных средств соединения. Также уменьшение элементов сечения увеличивает пожарную опасность здания.

Сквозные деревянные конструкции применяют, как правило, в статически определимых системах как в отношении опорных закреплений, так и решения решетки.

Расчету подлежит ферма треугольного типа.

4.1 Определение нагрузок

Постоянные нагрузки.

Расчетная нагрузка от собственного веса фермы определяется по формуле:

где: =48 кгс/м²( по табл.3 - «Сбор нагрузок») - нормативная постоянная нагрузка на ферму;

= 84 кгс/м²( по табл.3 - «Сбор нагрузок») - нормативная снеговая нагрузка с учетом района строительства;

= 4 - коэффициент собственного веса фермы ( принимается равным = 3…5)

- величина пролета;

Получим:

Таким образом нагрузка на ферму с учетом собственного веса будет равна:

Собственный вес фермы считаем распределенным поровну на все узлы верхнего пояса.

Расчетная постоянная:

Q=q?L?3,5=69,85?3,5?3,5=856кгс

G=Sp?Fгр=120?3,5?3,5=1470кгс



5. Подбор сечений элементов фермы

5.1 Верхний пояс

Принимаем верхний пояс из бруса сечением 200х250 мм.

,

см³

момент сопротивления сечения.

Тогда:

Условие выполнено.

5.2 Нижний пояс (растянутый)

Нижний пояс работает на растяжение. Сечение проектируем из двух равнобоких уголков.

Имеем: . Определим требуемую площадь сечения:



Тогда:

Сечение нижнего пояса составляем из двух равнополочных уголков 2L 45х5.

5.3 Раскосы (сжатые)

Сечение центрально сжатых раскосов принимаем из бруса сечением мм и проверяем его на продольный изгиб.

Имеем:

Гибкость раскоса равна:

где:

- расчетная длина стержня

Площадь сечения:

Проверка устойчивости проводится по формуле:



где: - коэффициент продольного изгиба;

При ,

Тогда получим:

Окончательно принимаем сечение 150х125 мм.

5.4 Стойки (растянутые)

3-4:

Имеем:

мм

?R_р

Тогда:

?100

5-6:

Имеем:

мм

Тогда:

?100



6. Конструирование и расчет узловых соединений

6.1 Опорный узел

S_x1-x1=90,8?6,4+6?0,6?3=56,88 см³

F= 9?0,8+6?0,6=10,8 см²

Z=S/F=56,88/10,8=5,3 см

Yx=9?1,5³+0,6?5,33-8,4?0,7³/3=38,94см⁴

??_см=N/F=18375,4/18?20=51,04?130кгс/см²

М=

6.2 Коньковый узел

Напряжение смятия под опорной плитой:

кгс/см²< 130 кгс/см²

Толщину плиты определяем из условия изгиба: Консольный участок

Момент сопротивления определяем для изгибающего момента среднего участка плиты:



Толщина плиты:

Принимаем д=10 мм.

Напряжение смятия под опорной плитой:

кгс/см²< 130 кгс/см²

Толщину плиты определяем из условия изгиба:

· Консольный участок плиты

· Средний участок плиты

Момент сопротивления определяем для изгибающего момента среднего участка плиты:

Толщина плиты:

Принимаем д=12 мм.



7. Статический расчет колонны

Постоянная нагрузка от покрытия:

кгс/м.

Собственный вес фермы:

Постоянная нагрузка на колонну:

Снеговая нагрузка:

кгс.

Нагрузка от стенового ограждения:

кгс.

Расчетную нагрузку от собственного веса стойки принимаемкг. Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены:

,

,

кгс/м;

кгс/м.

Усилия в стойках рамы.

Рама является один раз статически неопределимой системой. За лишнее неизвестное принимаем продольное усилие X в ригеле, которое определяем для каждого типа загружения отдельно:

от ветровой нагрузки на стены:

кгс,

м;

от стенового ограждения при расстоянии между серединой стенового ограждения и стойкой м:

кгс·м;

кгс.

Изгибающие моменты в заделке стоек:

кгс·м;

кгс·м.

Поперечные силы в заделке стоек:



кгс;

кгс.

кгс·м, кгс.

кгс.

7.1 Конструктивный расчет

Геометрические характеристики сечения: Площадь сечения:

см²;

Момент инерции сечения:

см⁴;

Момент сопротивления сечения:

см³.



Определим гибкость в плоскости изгиба:

.

.

Напряжения в поперечном сечении:

кгс/см²< 130 кгс/см².

Сечение соответствует условиям прочности.

7.2 Расчет клеевого шва

Клеевой шов проверяем по формуле:

где: -- статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси поперечного сечения;

см³

-- расчетная поперечная сил.

- расчетная ширина сечения;

см



-- коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации элемента.

Тогда получим:



Список использованной литературы

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция. Госстрой РФ. М., 2007. 84 с.

2. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. М., 2011. 85 с.

3. ГОСТ 24454-80. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры. Стандартинформ. М., 2007. 5 с.

Размещено на Allbest.ru

...