Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменская государственная архитектурно-строительная академия

Кафедра строительных конструкций

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсового проекта

по дисциплине “Конструкции из дерева и пластмасс”

для специальности 2903

“Промышленное и гражданское строительство”

Тюмень 2004

Методические указания разработал к.ф. - м.н. доцент кафедры строительных конструкций Филисюк В.Г.

Методические указания предназначены для студентов специальности “Промышленное и гражданское строительство” дневной и заочной формы обучения, выполняющие курсовой проект по конструкциям из дерева и пластмасс. В методических указаниях дана необходимая теоретическая и справочная информация, а так же приведен пример расчета дощатоклееной рамы.

Рецензент - к.т.н., доцент кафедры строительных конструкций Денисов М.Г.

Методические указания утверждены на заседании кафедры.

Протокол № 5 от 29 декабря 2003 г.

Зав. кафедрой Малышкин А.П.

Ротапринт ТюмГАСА. Подписано к печати _____________ Тираж 50 .

Содержание

Введение

1. Дощатоклееные гнутые рамы

2. Пример расчета дощатоклееной гнутой рамы

2.1 Сбор нагрузок

2.2 Геометрические размеры рамы

2.3 Определение усилий в расчетных сечениях рамы

2.4 Поверка сечений рамы

2.5 Проверка устойчивости плоской формы деформирования

2.6 Конструкция и расчет узлов рамы

2.6.1 Расчёт конькового узла

2.6.2 Расчет опорного узла

Список используемой литературы

Введение

Деревянные рамы применяют в качестве несущих каркасов одноэтажных зданий павильонного типа различного назначения. Чаще всего используют однопролетные симметричные рамы с двускатным ригелем. Рамы решают обычно по трехшарнирной схеме с шарнирными опорными и коньковым узлами и жестким узлом в месте соединения ригеля со стойкой (карнизным узлом).

В современном строительстве применяют главным образом рамные конструкции заводского изготовления. Стойки и ригели таких рам выполняют в виде многослойных пакетов с плавно переменным или ступенчато - переменным по длине сечением. Сопряжение ригеля со стойкой в карнизном узле осуществляют на месте изготовления рам стыкованием клееных пакетов ригеля и стойки на зубчатом соединении, с перекрытием стыка фанерными накладками на клею или плавным переходом стойки в ригель путем гнутья досок в этом узле.

Сборные рамы, отдельные элементы которых перевозят на место строительства в разобранном виде, выполняют обычно с устройством дополнительных подкосов в карнизных узлах. При небольших пролетах и нагрузках такие рамы можно устраивать из цельных брусьев на подсобных предприятиях строительных организаций.

Рамные конструкции по сравнению с арочными имеют значительно больший собственный вес. При предварительном определении собственного веса рам по формуле (1) следует принимать коэффициент .

Собственный вес несущих конструкций приближенно определяют по формуле:

,

где qн и pн - соответственно нормативные постоянная и временная нагрузки;

l - пролет в м;

kс.в - коэффициент собственного веса.

Расчет трехшарнирных деревянных рам производят обычными приемами статики.

Рамные конструкции отличаются от арочных своим очертанием, которое сильно влияет на распределение изгибающих моментов в пролете. При ломаном очертании рамы в жестком карнизном узле при загружении как левой, ак и правой половины рамы возникают моменты одного знака. В результате при загружении рамы по всему пролету угловые моменты сильно увеличиваются, что ограничивает длину пролетов, перекрываемых рамами, до 18 - 30 м.

Рамы могут воспринимать горизонтальные нагрузки, обеспечивая поперечную устойчивость здания без защемления стоек и без устройства жестких поперечных стен. Рекомендуется делать рамы трехшарнирными, так как в статически определимых системах не происходит перераспределения усилий при деформировании под длительно действующей нагрузкой, что обеспечивает соответствие их расчетным усилиям.

1. Дощатоклееные гнутые рамы

Дощатоклееные гнутые рамы (рис. 1) выполняют трехшарнирными, что облегчает их изготовление, транспортирование и монтаж. Криволинейность карнизных узлов достигается выгибом слоев (досок) по окружности при изготовлении рам. Радиус кривизны обычно невелик и составляет 2 - 4 м. Так как по условиям гнутья отношение радиуса кривизны к толщине слоя (R/?)не может быть меньше 150, то толщина слоев для изготовления дощатоклееных гнутых рам после фрезерования будет составлять не более 1,6 - 2,5 см. Следовательно, дощатоклееные гнутые рамы более трудоемки в изготовлении, чем арки и требуют большего расхода древесины и клея. Кроме того, расчетное сопротивление изгибу уменьшается умножением на коэффициент гнутья, меньший единицы.

Сечение рамы делают прямоугольным, а высоту сечения - переменной по длине, что достигается уменьшением числа досок в пакете с внутренней стороны рамы. Постепенное плавное изменение высоты сечения (рис.1, а) предпочтительнее с архитектурной точки зрения, но технологически менее выгодно. Менее сложно и трудоемко изготовление дощатоклееных гнутых рам с применением ступенчатого изменения высоты сечения (рис.1, б), которые разработаны для пролетов 12 и 18 м. (рис.2). Рамы работают на сжатие и поперечный изгиб.

Рис. 1. Дощатоклееные гнутые рамы

а - с переменной высотой сечения; б - со ступенчатым изменением высоты сечения.



Рис. 2. Дощатоклееная гнутая рама пролетом 18 м.

В связи с переменностью высоты сечения нормальные напряжения следует проверять в различных местах рамы по длине. Нормальные напряжения находят по формулам для сжато - изгибаемого стержня [п.6.30 СНиП 2-25-80*.]:

;

,

где Ni , Mi - нормальная сила и изгибающий момент в рассматриваемом сечении;

Fi бр и Wi нт - площадь и момент сопротивления рамы в рассматриваемом сечении;

????гибкость рамы, постоянная для всех сечений рамы;

krв - коэффициент к расчетному сопротивлению, учитывающий криволинейность эпюры напряжений.

Коэффициент krв определяют по формулам:

а) при проверке напряжений по внутренней кромке

krв = ;

б) при проверке напряжений по наружной кромке

krв = ;

Расстояние z от центральной оси поперечного сечения до нейтральной оси находя по формуле:

При переменной высоте прямоугольного сечения рамы ее гибкость можно вычислить приближенно

,

где lрасч - расчетная длина, равная длине полурамы по осевой линии;

hср.вз - средневзвешенная высота сечения рамы;

hср.вз = .

2. Пример расчета дощатоклееной гнутой рамы

Запроектировать и рассчитать несущие конструкции покрытия птицеводческого здания шириной в плане 18 м. Шаг расстановки конструкций в продольном направлении здания В=3 м. Ограждающая часть покрытия состоит из прогонов, по которым уложена кровля из профилированного настила. Уклон кровли i = 1: 4. Изготовление конструкции - заводское. Место строительства - г. Тобольск.

В качестве несущих конструкций покрытия принимаем деревянные гнутоклееные трехшарнирные рамы (рис 4, а). Стены здания каркасно-панельной конструкции с передачей давления от них непосредственно на фундаменты.

Для обеспечения устойчивости рам из своей плоскости и общей жесткости покрытия устраиваются скатные связи в виде связевых ферм и распорок, располагаемых по длине здания через 6 - 8 пролетов.

Рис. 4. Схема поперечного разреза здания и расчетная схема рамы.

2.1 Сбор нагрузок

По СНиП II.01.07-85“Нагрузки и воздействия”.

Снеговой район III (г. Тобольск).

Тип местности В: городские территории, лесные массивы, препятствия высотой более 10 м.

Средняя скорость ветра зимой 4 м/с

S0=100кг/м2 нормативное значение для III снегового района, тип местности В (СниП 2.01.07-85*)

Собственный вес рамы при kс.в=6 .определяется по формуле

где gн и pн- соответственно нормативные постоянная и временная нагрузки;

l-пролет в м;

kс.в- коэффициент собственного веса.

Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S следует определять по формуле:

S=S0 ,

где S0-нормативное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с п.5.2;

=1-коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с пп.5.3-5.6.

qпокрытия/qснег=15/100=0,15<0,18, тогда f=1,6

Расчетное значение снеговой нагрузки

q= S0f=10011,6=160кг/м2

Таблица 1.

Материал	qн, кг/м2	f	qр, кг/м2
Профнастил 0,00085*7850	6,7	1,05	7,08
Прогон 0,05*0,15*600*2	9	1,1	9,9
Итого собственный вес	14,9		16,98
Снеговая нагрузка	100	1,6	160
ИТОГО	114,9		176,98

Расчетная нагрузка на 1 пог. м пролета рамы:

Постоянная g=(16,98+13,911,1) 3=96,84 кгс/м;

Временная p=1001,63=480кгс/м;

Полная q=480+96,84=577кгс/м.

Ветровая нагрузка в расчет не принимается, так как при небольшой высоте здания (до 4,5м) и наличия стоек каркаса стены, воспринимающих ветровое давление и передающих его непосредственно на фундамент, эта нагрузка не ведет к увеличению внутренних усилий в раме.

2.2 Геометрические размеры рамы

Для расчета рамы предварительно задаемся основными размерами, определяющими схему и сечения элементов рамы. Общий вид проектируемой полурамы и ее сечения изображен на рис. 5. Сечение ригеля по длине рамы проектируем переменным, изменяющимся уступом.

За расчетную ось рамы принимаем параллельную наружному контуру линию, походящую через центр тяжести конькового сечения рамы. При предварительно принятых размерах сечений рамы ось расположена от наружного контура на расстоянии h0 = 22 см. Расчетная схема рамы в этих осях изображена на рис. 4, б.

Расчетный пролет рамы l = 18-20,22 =17,56 м.

Высота в коньке f = 4,45 м.

Радиус кривизны расчетной оси в закругленной части полурамы

rк = rнар - h0 = 2,84 - 0,22 =2,62 м.

Ригель рамы наклонен к горизонту под углом

=14 (tq=0,25; cos=0,97; sin=0,242).

Угол наклона закругленной части полурамы

????? - = 76.

Длина дуги закругленной части полурамы

Полная длина оси полурамы

l0 = 0,18+3,47+7,01 = 10,66 м.

Рис. 5. Общий вид рамы и ее сечения.

1 - расчетная ось; 2 - геометрическая ось.

Для определения расчетных усилий ось каждой полурамы делим на семь частей.

Из рассмотрения простых геометрических зависимостей устанавливаем координаты расчетных точек оси. За начало координат принимаем левую опору А. Результаты вычислений сведены в таблицу 1.

Таблица 2.

№ сечения	1	2	3	4	5	6	7
хn	0,15	0,7	1,56	2,58	4,65	6,72	8,78
yn	1,05	1,96	2,58	2,9	3,42	3,94	4,45

2.3 Определение усилий в расчетных сечениях рамы

При расчете учитываем две схемы загружения:

а) полная нагрузка по всему пролету;

б) постоянная нагрузка расположена по всему пролету, а временная (снеговая) - на половине пролета.

Для определения изгибающих моментов в раме при этих двух схемах загружения достаточно произвести расчет рамы только на единичную нагрузку q=1кгс/м, расположенную на левой половине пролета 4,б, а затем пропорционально вычислить значения моментов для каждого вида загружения в табличной форме.

Распор рамы при единичной нагрузке на левой половине пролета

Опорные реакции:

Изгибающие моменты в любом сечении на левой половине рамы определяем по формуле

Например для точки 2

М2=6,5850,7-0,50,72-4,331,96=-4,13кгсм

Изгибающие моменты в правой незагруженной половине пролета (x-от правой опоры В)

Мn=Bx-Hyn

Например, для точки 2/

М2/=2,1950,7-4,331,96=-6,95 кгсм

Результаты вычислений величин изгибающих моментов от единичной нагрузки,постоянной и снеговой нагрузок, а также расчетные величины моментов приведены в табл.2

Таблица 3

№ сечения	Изгибающие моменты в кгсм
	От нагрузки q=1 кгс/м	От постоянной нагрузки g=96,84 кгс/м на l	От снеговой нагрузки pc=480 кгс/м	Расчетные величины моментов
	Слева на 0,5 l	Справа на 0,5 l	На l		Слева на 0,5 l	Справа на 0,5 l	На l	g+p на l	g на l+p на 0,5l
1	-3,57	-4,22	-7,79	-754	-1714	-2026	-3739	-4495	-2780
2	-4,13	-6,95	-11,08	-1073	-1982	-3336	-5318	-6393	-4409
3	-2,12	-7,75	-9,87	-956	-1018	-3720	-4738	-5695	-4676
4	1,1	-6,9	-5,8	-562	528	-3312	-2784	-3347	-3874
5	5	-4,6	0,4	38,74	2400	-2208	192	231	-2169 2439
6	4,61	-2,31	2,3	223	2213	-1109	1104	1327	-886 2436
7	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Максимальный момент М2=-6393 кгсм получается в сечении 2 при загружении рамы полной нагрузкой по всему пролету. Определим в этом сечении при том же загружении нормальную силу по формуле

N2=(A-g?x2)sin 2+Hcos 2

Опорная реакция при полном загружении рамы

Распор

Угол наклона касательной в точке 2

Sin 2= (2=4712/; cos2=0,68)

Подставляя значение величин, получаем

N2=(5066-5770,7)0,734+49980,68=6821

Наибольший положительный момент в ригеле М5=2439кгсм возникает в сечении 5 при загружении рамы постоянной нагрузкой и снегом на левой половине пролета. деревянный рама каркас балка

Нормальную силу в сечении 5 при этом загружении определяем по формуле

N5=(A-qx5)sin+Hcos

Здесь :

A=

Подставляя значения, получаем

N5=(4011-5774,65)0,242+29180,97=3152кгс

2.4 Поверка сечений рамы

Сечения рамы проектируем прямоугольными. Для изготовления гнутоклеенных рам принимаем доски сечением 22150мм. После острожки толщина доски будет равна 16мм, ширина сечения рамы b=140 мм.

Сечение рамы в месте максимального момента принимаем из 38 досок;

Высота сечения h1=3816=608мм;

Площадь F=1460,8=851см2;

Момент сопротивления:

.

В сечении 2 ось расчетной схемы рамы не совпадает с центром тяжести расчетного сечения (см. рис.5.). Вследствие этого продольная сила, определенная относительно оси рамы, вызывает относительно центра тяжести сечения дополнительный изгибающий момент.

Расстояние от оси рамы до центра тяжести расчетного сечения

e1=0,5h1-h0=0,5?60,8-22=8,4см.

l0 - расчетная длина, равная длине полурамы по осевой линии [п.6.28 СНиП 2-25-80*.]

Средний радиус инерции сечения

r=0,289

Здесь h1,2,3-высота сечения рамы на данном участке длины l1,2,3

кгсм.

Здесь mб=1 - коэффициент условий работы для сжато-изгибаемых элементов прямоугольного сечения высотой не более 50см., табл. 7. СНиП II-25-80*.

mгн=0,83 - коэффициент снижения расчетного сопротивления изгибу и сжатию для гнутых элементов при отношении rк/a=2620/16=164., табл. 9. СНиП II-25-80*.

mсл=1,1 - коэффициент условий работы для сжато-изгибаемых элементов, зависит от толщины слоев, табл. 8. СНиП II-25-80*.

2.5 Проверка устойчивости плоской формы деформирования

Закругленную часть полурамы, не имеющую закреплений на участке от опоры до места примыкания кровли, необходимо проверить на устойчивость из плоскости системы по формуле 33 СНиП 2-25-80*.

,

где Fбр - площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке lp;

Wбр - максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваемом участке lp;

n=2 - для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования;

- коэффициент продольного изгиба определяемый по формуле (8) СНиП 2-25-80*,для гибкости участка элемента расчетной длиной lp из плоскости деформирования;

м - коэффициент, определяемый по формуле

м=,

где lp - расстояние между опорными сечениями элемента

b - ширина поперечного сечения;

h - максимальная высота поперечного сечения на участке lp;

kф=1,13 - коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке lp, определяемый по таблице 2 прил. 4 СНиП 2-25-80*.

м=140=1,4

Длина нераскрепленного участка рамы 18+377=395см.

Гибкость

97,63 =120;

l0 - расчетная длина, равная длине их внешних подкрепленных кромок ? <130о? [п.6.29 СНиП 2-25-80*.]

В качестве расчетной нормальной силы принимаем силу N2 , действующую примерно в середине длины расчетного участка.

Сечение ригеля рамы в месте наибольшего положительного момента принимаем из 24 досок: высота сечения h2=384мм; площадь F=1438,4=538см2; момент сопротивления W=3440см3.

Эксцентриситет приложения нормальной силы относительно центра тяжести сечения (см. рис.)

e2=0,5h2-h0=0,538,4-22=-2,8см

Дополнительный отрицательный момент

MN=N5e2=31520,028=88кгсм

Расчетный изгибающий момент в сечении 5

М=М5-МN=2439-88=2351 кгсм

Расчетная гибкость при несимметричном нагружении

Коэффициент

Напряжение

Здесь 150-расчетное сопротивление изгибу Rc в кгс/см2 клееных элементов при ширине сечения 14см и высоте до 50см.

2.6 Конструкция и расчет узлов рамы

2.6.1 Расчёт конькового узла

Максимальные усилия

N =(4011-5778,72)0,242+29180,97=2583,5кгс (сжатие) (постоянная + снег)

Q =(4011-5778,72)0,97-29180,242=-1696кгс (снег слева)

Рассчитываем лобовой упор на смятие силой N :

Смятие происходит под углом =14 к направлению волокон.

Расчётное сопротивление смятию под углом к волокнам (формула 2, СНиП 2-25-80*):

Торцы клееных блоков ригеля в узле соединяем впритык не по всей высоте, а со срезом крайних досок по 50 мм. Для большей подвижности узла и предотвращения откола крайних волокон при повороте элементов шарнирного узла. Поперечное сечение стыка 34,5х14

Fсм =

Коньковый узел решён с применением накладок толщиной 25мм и нагелей диаметром 16мм из стеклопластика АГ-4С.

Определяем количество нагелей, воспринимающих силу Q =1696кгс при угле смятия древесины = 90-14=76

Коэффициент смятия

, (табл.19 СНиП 2-25-80*.)

Несущая способность нагеля на один шов сплачивания:

Число нагелей:

,( формула 55, СНиП 2-25-80*).

где nш - количество швов сплачивания.

Т - минимальная несущая способность нагеля.

Принимаем 5 нагеля диаметром 16мм из стеклопластика АГ-4С

Расстояние между осями цилиндрических нагелей вдоль волокон древесины - S1 = 6d=96; поперек волокон - S2 = 3,5d=56; от кромки элемента - S3 = 3d=48. [п.5.18 СНиП 2-25-80*.]

Принимаем накладки сечением 960х170х25 на болтах d=16 мм.

2.6.2 Расчет опорного узла

Максимальные усилия

N =(4011-5770)0,242+29180,97=3801,1кгс (сжатие) (постоянная + снег)

Q =(4011-5770)0,97-29180,242=-3184,5кгс (снег слева)

Проверяем клеевые швы на скалывание по формуле 18 СниП 2-25-80*.

,

где Q - расчетная поперечная сила;

Sбр - статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

Iбр - момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

bрасч - расчетная ширина сечения элемента;

hп - ширина паты за вычетом срезки 11,2 см.

Rск - расчетное сопротивление скалыванию при изгибе. (табл.3 СНиП 2-25-80*).

Rск=15 кгс/см2

mсл =1,1 - коэффициент условий работы для сжато-изгибаемых элементов, зависит от толщины слоев, табл. 8. СНиП II-25-80*.

Проверяем древесину на смятие в месте упора стойки рамы на фундамент. Расчет сечения на смятие вдоль волокон следует производить по формуле:

;

для сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов в зависимости от толщины слоев значения расчетных сопротивлений изгибу, скалыванию и сжатию вдоль волокон следует умножать на mсл (табл.8 СниП);

см=3801,1/46,614=5,47<1501,1=165

Высота вертикальной стенки башмака из условия смятия древесины поперек волокон

Принимаем hб = 20 см.

Для определения толщины этой стенки из условий изгиба ее как пластинки с частичным защемлением на опорах с учетом развития пластических деформаций при изгибе сначала находим момент



Требуемый момент сопротивления

Тогда толщина пластинки

см.

Принимаем ? = 10мм.

Расчёт анкерного болта.

Расчет согласно п.11.6. СниП II-23-81*.

Крепление траверсы башмака к фундаменту предусматриваем двумя болтами класса 4.6, d=20мм, работающими на срез.

Rbs=1500 кгс/см2 - расчетное сопротивление срезу (табл.58*);

А=3,14 см2 - площадь болта (табл.62*)

Напряжения анкерного болта на срез

Под гайки болтов следует устанавливать круглые шайбы по ГОСТ 11371-78*(п12.18*,СниП II-23-81*)

с - коэффициент условий работы

b - коэффициент условий работы соединения по табл.35*.

Расчёт нагельных болтов.

Определение равнодействующей поперечной и продольной сил в стойке



Расчетную несущую способность цилиндрических нагелей при направлении передаваемого нагелем усилия под углом к волокнам следует определять согласно п.5.13 с умножением на величину при расчете нагеля на изгиб (п.5.14.)

Несущая способность нагеля на один шов сплачивания:

с - толщина средних элементов;

d - диаметр нагеля.

Число нагелей:

,( формула 55, СНиП 2-25-80*).

где nш - количество швов сплачивания.

Т - минимальная несущая способность нагеля.

N - расчетное усилие;

Принимаем 3 нагеля диаметром 24мм из стеклопластика АГ-4С

1 - стойка рамы;

2 - опорный уголок 200х125х12 мм.

3 - стенка башмака 140х10 мм.

4 - болт d= 16 мм.

5 - анкерный болт d= 24 мм.

6 - железобетонный фундамент;

Список используемой литературы

1. СНиП II-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции. М.: Стройиздат. - 65 с.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

3. Карлсен Г.Г. и др. Конструкции из дерева и пластмасс. -М.: 1975. - 687 с.

4. Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. -М.: Высш. Школа, 1990. - 287 с., ил.

5. Шишкин. В.Е. Деревянные конструкции. . М.: Стройиздат.

6. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) . М.: Стройиздат, 1986. - 216 с.

Размещено на Allbest.ru

...