Расчет клееных деревянных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН)

КАФЕДРА СМСС

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ:

РАСЧЕТЫ КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Выполнил: Студент 461 гр.

Филин Н.С.

Проверил: Машкин Н.А.

Новосибирск 2015



Содержание

Введение

1. Заданная номенклатура изделия

2. Сырье и полуфабрикаты

3. Технологические расчеты

Источники литературы



Введение

В век современных технологий, когда строительство из железобетона и металла занимает большую часть всех объемов распространяемых материалов, люди стремятся жить в максимально комфортных и экологически чистых домах.

Таким требованиям отвечает жилье из дерева, особенно в России - стране, где это сырье распространено довольно широко. Еще наши предки понимали достоинства домов из дерева: в такое жилье тепло зимой, прохладно летом и всегда легко дышится. Но, помимо этого, есть и свои недостатки: при несоблюдении технологии древесина трескается, гниет, теряет свой цвет и фактуру. Также при деревообработке происходят большие потери столь хорошего материала в виде стружки, опилок, сучков и т.д. Но современные инженеры смогли использовать этот недостаток, для получения дешевых и качественных материалов, таких как древесно-стружечных плит, древесно-волокнистых плит и других.

Но желание потребителя жить в домах из деревянного массива, сподвигло людей на изобретение клеёных конструкций, которые снизили потери материала и сохранили его достоинства.



1. Заданная номенклатура изделия

Исходные данные:

1) Производительность завода П=3000 м³/год

2) Изготавливаемое изделие: клееная балка БДК 240х120х5000

2. Сырье и полуфабрикаты

1) Пиломатериал

Порода: Сосна

Основной нормативный документ по ДКК - СНиП II-25-80, в котором содержатся требования к материалам и конструкциям, а также расчеты и указания по проектированию деревянных конструкций.

Технические требования к ДКК, методы испытаний, правила приемки, транспортирования и хранения приведены в ГОСТ 20850-84, СТО 36554501-002-2006 и СТО 36554501-003-2006. В таблице 1 приведены требования к слоям ДКК.

Для изготовления КДК используются пиломатериалы преимущественно хвойных пород. В данном проекте для изготовления деревянных клеёных конструкций используется древесина сосны.



Таблица 1. Требования к качеству слоев клееных конструкций (СТО 36554501-003-2006)

Наименование требований	Нормы ограничения в слоях для конструкций классов
	I	II	III
1. Нормативная прочность при изгибе по СТО 36554501-004-2006, МПа	30	27	20
2. Пороки древесины по ГОСТ 2140:
а) Сучки:	Не допускаются размером, в долях стороны слоя, более:
- пластевые	1/4	1/3	1/2
- ребровые	1/5	1/4	1/3
- кромочные, в том числе выходящие на ребро	1/4	1/3	1/2
б) Трещины:
- несквозные, в том числе торцевые	Не допускаются, кроме несквозных торцевых длиной до 10 мм	Не допускаются суммарной длиной более 300 мм
- пластевые	Не допускаются, кроме несквозных торцевых длиной до 10 мм	Не допускаются более:
		1/3	1/2
		длины слоя
- сквозные		Не допускаются
в) Гнили	Не допускаются
г) Грибные поражения (плесень, заболонные окраски, ядровые полосы)	Не допускаются	Не ограничиваются
д) Червоточина и прорость сквозная	Не допускаются
е) Наклон волокон	Не допускается, %, более:
	10	15
ж) Кармашки	Не допускаются сквозные	Не ограничиваются
з) Обзол, скол, задир, вырыв, запил, отщеп, выхват	Не допускаются	Не допускаются, в долях стороны слоя, более 1/4 толщины и 1/5 ширины

Сосна - одна из наиболее распространенных хвойных пород. Она занимает около одной шестой площади всех лесов России. Сосна это ядровая порода со смоляными ходами. Древесина сосны имеет слегка розоватое ядро, которое со временем становится буровато-красным, широкую заболонь разного цвета (от желтоватого до розоватого). Годичные слои хорошо видны на всех разрезах. Наблюдается четкая граница между ранней и поздней древесиной. Сердцевинные лучи не видны. Имеет только мутовчатые сучки; небольшое количество, крупные и очень крупные, овальной формы, располагаются группами. Смоляные ходы сосредоточены главным образом в поздней древесине. Наличие смолы в сосне делает её более устойчивой к поражению гнилью при неблагоприятных условиях эксплуатации.

Таблица 2. Физико-механические свойства сосны

Показатель	Значение
	чистая древесина	I сорт	II сорт	III сорт
Плотность, кг/мі	500
Пористость, %	68
Теплопроводность, Вт/(м·єC):
- вдоль волокон	0,35
- поперёк волокон	0,17
Предел прочности, МПа:
- при сжатии вдоль волокон	50	36	33	22
- при изгибе (при нагружении пласти)	85	45	40	31
- при растяжении вдоль волокон	100	37	26	-
- при скалывании вдоль волокон	9	7	6	6

Требования к качеству древесины слоев клееных конструкций отличаются от требований к пиломатериалам. На предприятии проводится дополнительная сортировка пиломатериалов, вырезка недопустимых пороков и сращивание заготовок по длине для получения слоев или заготовок требуемого качества. В зависимости от качества слои или заготовки делятся на классы в соответствии с требованиями СТО 36554501-003-2006. Требования к слоям ДКК приведены в таблице 1.

Размеры хвойных пиломатериалов выбираются по ГОСТ 24454-80 исходя из необходимых проектных размеров готовых конструкции и потерь, связанных с выполнением технологических операций (сушки, механической обработки). Для изготовления многослойных прямолинейных несущих конструкций I и II классов, как правило, рекомендуется применять пиломатериалы толщиной до 40 мм. Для конструкций III класса толщина пиломатериала может быть увеличена до 50 мм и более.

С экономической точки зрения для изготовления ДКК наиболее целесообразно использовать пиломатериалы максимально возможной длины, толщины и ширины, так как в этом случае достигается наибольший полезный выход, наименьшая трудоемкость механической обработки и сборки конструкций. Однако, если в отношении длины и ширины это положение можно принять без всяких оговорок, то использование пиломатериалов максимально возможной толщины не является бесспорным.

3. Технологические расчеты

Режим работы цеха:

-основное производство: 1-2 смены

-сушильное отделение: 3 смены

В_р.о.=260*8*2=4160 ч/год

В_р.к.=335*8*3=8040 ч/год

Таблица 3. Программа выпуска изделий

№ п/п	Наименование	Ед. измерения	Программа выпуска изделий в
			год	сутки	смена	час
1	Балка	М3 шт	3000 20800	11,5 145,8	5,8 72,9	0,72 9,1

Номинальные размеры:

b=120+5.25+5.25=130.5мм

д=30+1,45+4,75=36,6мм

l=5000+25=5025мм

Номинальные размеры: l=5025мм, д=40мм, b=140м.



Таблица 4. Припуски на механическую обработку

Наименование изделия	Обозначение детали по чертежу	Припуск на длину, мм	Припуск на механическую обработку, мм
		По толщине	По ширине	По длине	По толщине	По ширине
Балка клееная из сосны	Д1	1,45	5,25	25	4,75	5,25

Табл. 5. Норма расход

Наименование	Обозначение детали	Сорт	Кол-во деталей в изделии	Материал
Балка клееная из сосны	Д1	1 сорт	8	сосна
Обозначение детали	Размеры деталей в чистоте, мм	Объем или площадь деталей в конструкции
	L, мм	b, мм	д, мм
Д1	5000	120	30	0,6м2/0,018м3
Обозначение детали	Размеры заготовок с припусками на усушку и механическую обработку, мм	Стандартная толщина/ширина пиломатериалов
	L, мм	b, мм	д, мм
Д1	5025	130,5	36,6	40/150

Общий расход пиломатериалов: 0,025*8=0,2 м³ - объем пиломатериала на 1 изделие.

0,2*20800=4160 шт балок в год.

Расход клея:

Норма расхода клея:

-пласть 0,2/0,3 кг/м2

-зубчатый шип 0,5/0,6 кг/м

Расход клея на изделие:



S_сеч= 0,03*0,12 =0,036 м²;

S_{сеч на 1 ламель}= 0,0432 м²;

S_{сеч в изделии}= 0,0432*8=0,3456 м²;

Расход клея =0,3456*0,6=0,21 кг/м² - расход клея на 1 изделие(на зубчатые шипы);

S_{пластей в изделии=} 5*0,12*14=8,4 м²;

Расход клея=8,4*0,2=1,68 кг/м² - расход клея на изделие по пластям;

Общий расход клея на изделие:

0,21+1,68=1,89 кг

Общий расход клея:

1,89*20800=39312кг клея нужно в год.

Расчет технологического оборудования

1. Шипорезный станок

А_{(шт/смену)}=(Т*U*n_(з)*K_д*К_м)/(m*l_x);

Т=8*60=480 мин -период времени; U=10 м/мин - скорость подачи;

n_(з)= 10 шт - число одновременно обрабатываемых заготовок в закладке; К_д=0,6- коэффициенты использования работы; m=2шт - число концов; l_x=0,7м;

А_{(шт/смену)}=(480*10*10*0,95*0,6)/(2*0,7)=19543 шт.;

Кол-во станков:

N=A_тр/А_станка=7000/19543=0,36 шт => принимаем 1 станок шипорезный.

2. 4-х сторонний строгочный станок

А=Т*U*К_ск*К_д*К_м (шт/смену);



Т=480; U=20 м/мин; К_ск= 0,98; К_д=0,9; К_м=0,9;

А=480*0,98*0,9*0,9*20=7621 пм/см;

L_{(всех ламелей)}=5*8*73=2920м в смену;

n=2920/7621=0,38 шт => принимаем 1 станок строгочный.

1) Фрезерование досок после сушки - 1 станок;

2) Прострагивание и фрезерование ламелей - 1 станок;

3) Фрезерование готовых изелий - 1 станок.

3.Торцовочный станок

А=Т*К_д*К_м*(n-m); (шт/смену)

n=6 резов в мин. - число резов в минуту.

m=1 - дополнительный резы.

А=480*0,9*0,3*(15-2)=1555;

n=73*12*8/1555 =4,5шт =>принимаем 5 станков

1) Вырезка дефектных мест - 1 станок

2) Линия сращивания по длине - 1 станок;

3) Торцовка готовых изделий - 5 станок.

Расчет площадей складов

1. Склад пиломатериалов

A=E/(H*K_o*K_ук*К_пл);

Е=7500м³- максимальное количество пиломатериалов нужное на складе.

Н =6 м- высота штабеля, м;

k_О =0,4- коэффициент объемного заполнения штабеля;

k_УК 0,8- коэффициент неполноты укладки штабеля;

k_ПЛ 0,4- коэффициент использования площадей склада;

А=7500/6*0,4*0,8*0,4= 9766 м²

2. Площадь для хранения клея

Площадь для хранения технических материалов принимается из расчета укладки на 1м² площади 0,5т лакокрасочных материалов; 0,5т клея. К полученной площади добавляется 50% на проходы и проезды.

Ак=(39312 /500 )*2=157,3 м²;

3. Площадь хранения 3-х суточного запаса деталей

Перед сборочным отделением предусматривается площадь для хранения трехсуточного запаса деталей.

А_д= 105,12/1,8*0,8*0,8*0,4=228,1 м²

4. Площадь для выдержки клееных или облицованных деталей с запасом на 1 сутки

В клеельно-облицовочном отделении предусматривается площадь для выдержки клееных деталей с запасом на 1 сутки.

А_к.о.=a*n/m*k_пл,

a - площадь, занимаемая одним пакетом, м² ;

n - число изделий на хранении, шт;

m - число рядов укладки по высоте, шт;

m=H/b,

Н - высота пакета, м;

b - толщина изделия, м;

m=1,5/0,04=37,5шт

А_ко=(3*1080)/(37,5*0,8)=108 м²;

5. Склад готовой продукции

Склад рассчитывается на 7 дней, суточная производительность цеха 146 балок.



А_д=(П_сут*N*S_д*h_д)/H_шт*k₁*k₂*k₃,

П_сут = 146- суточная производительность по данной детали, шт/сут;

N = 7 - время хранения, сут;

S_д = 0,6 - площадь, занимаемая одной деталью, м² ;

h_д = 0,24- высота детали, м;

H_шт = 3- высота штабеля, м;

k₁ =0,9- коэффициент объемного заполнения штабеля;

k₂ =0,8- коэффициент неполноты укладки штабеля;

k₃ =0,6- коэффициент использования площадей склад

А_{(игот продукции)}= (146*7*0,6*0,24)/(3*0,9*0,8*0,6)=113,6 м².

Таблица 6. Контроль производства

Операция, процесс	Контролируемые параметры	Методы и средства контроля
Входной контроль
Приемка пиломатериала	пороки, влажность и др.	осмотр, измерение ГОСТ 6564 ГОСТ 8486
Приемка клея	вязкость, жизнеспособность, условное время отверждения, прочность склеивания, расход	лабораторные испытания
Пооперационный контроль
Сушка пиломатериалов	влажность, внутренние напряжения, время сушки	эл. влагомер ГОСТ 11603-73
Раскрой пиломатериалов по длине, вырезка дефектных мест	пороки, длина заготовки, перп. торцов	визуальный осмотр, линейка, рулетка, угольник ГОСТ 2140-81
Раскрой пиломатериалов по ширине	ширина заготовок	штангенциркуль, угольник
Фрезерование поверхности заготовок	геометрические размеры, перпендикулярность пластей и кромок, качество поверхности	визуальный осмотр, штангенциркуль, угольник
Фрезерование зубчатых шипов	профиль шипов, качество обработки поверхности шипов	визуальный осмотр, сравнение с эталоном
Склеивание заготовок по длине с помощью зубчатых соединений	размеры и зазоры шипового соединения, расход и равномерность нанесения клея, запрессовочное давление, прочность клеевого соединения	штангенциркуль, набор щупов; равномерность - визуально, расход - по разности массы контрольных заготовок до и после нанесения клея; манометр и др. приборы; ГОСТ 15613.4-78
Сборка и склеивание многослойных конструкций	качество слоев, равномерность нанесения клея, расход клея, время открытой и закрытой выдержки, запрессовочное давление, толщина клеевых прослоек и непроклеи, прочность клеевых соединений	визуальный осмотр; по разности массы контрольных заготовок до и после нанесения клея; секундомер; набор щупов; манометры, динамометрические ключи; ГОСТ 25884-83 ГОСТ 15613.1-84
Выходной контроль
контроль готовых конструкций	величины отклонений от проектных размеров, дефекты деталей, толщина клеевых прослоек, непроклееные участки, неровности, величина уступов смежных слоев	контрольная сборка конструкции, визуальный осмотр



Источники литературы

клееный балка древесина пиломатериал

1. Хрулев В.М. «Производство конструкций из дерева и пластмасс»: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 1982.

2. Хрулев В.М., Мартынов К.Я. «Деревянные конструкции и детали (Справочник строителя)». - М.: Стройиздат, 1983.

3. СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции».

4. ГОСТ 8486-86 «Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия».

5. СТО 77511573-02-2006 «Балка деревянная клееная. Технические условия».

6. ГОСТ 20850-84 «Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия».

7. СТО 36554501-004-2006 «Деревянные клееные конструкции. Методы испытаний клеевых соединений при изготовлении».

8. ГОСТ 24454-80 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры».

9. ГОСТ 7307-75 «Детали из древесины и древесных материалов. Припуски на механическую обработку».

10. ГОСТ6782.1-75 «Пилопродукция из древесины хвойных пород. Величина усушки».

11. ГОСТ 9685-61 «Заготовки из древесины хвойных пород. Технические условия».

12. ОСТ 19414-90 «Древесина клееная массивная. Общие требования к зубчатым клеевым соединениям»

Размещено на Allbest.ru

...