Выставочный павильон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ЭЛЕКТРОСТАЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ФИЛИАЛ)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Московский государственный

машиностроительный университет (МАМИ)»

Кафедра "Промышленное и гражданское строительство"

Пояснительная записка

к курсовой работе по предмету

Конструкции из дерева и пластмасс:

Тема: «Выставочный павильон»

Выполнил: студент гр. ВСТ-08

Боринова А.А.

Электросталь 2013г.

Содержание

Исходные данные

1. Конструктивные особенности проектируемого здания

2. Технико-экономическое сравнение вариантов конструкций

3. Расчет и конструирование покрытия здания

3.1 Расчёт многопролётного дощато-гвоздевого прогона

3.2 Расчёт стыка прогона

3.3 Расчёт опорного крепления прогона

4. Расчёт гнутой рамы

Используемая литература

Исходные данные

1. Конструктивные особенности проектируемого здания

2. Технико-экономическое сравнение вариантов конструкций

3. Расчет и конструирование покрытия здания

3.1 Расчёт многопролётного дощато-гвоздевого прогона

3.2 Расчёт стыка прогона

3.3 Расчёт опорного крепления прогона

4. Расчёт гнутой рамы

Используемая литература

металл прогон рама

Исходные данные

1. Объект - выставочный павильон

2. Вид несущих конструкций - рама

3. Шаг несущих конструкций - 4,8 м

4. Длина здания - 48 м

5. Ширина здания - 20 м

6. Высота здания - 11 м

7. Район строительства - г. Москва

8. Тепловой режим здания - холодный

9. Материал для несущих конструкций:

деревянные конструкции - ель

металлические конструкции - С38/23

1. Конструктивные особенности проектируемого здания

Для проектируемого здания - выставочный павильон с холодным режимом работы несущие и ограждающие конструкции здания будут эксплуатироваться внутри не отапливаемого помещения, что соответствует работе конструкций для групп Б1 - Б3. Коэффициент условий работы 1-0,9.

В качестве несущих конструкций выставочного павильона принимают дощатоклееную трех шарнирную гнутую раму. Опирание рамы предусмотрено на фундамент (марка бетона фундамента В10).

2. Технико-экономическое сравнение вариантов конструкций

Выбор рациональных типов конструкций производят на основании сравнений 3-х конкурентоспособных вариантов.

Производят расчёт выбранных вариантов конструкций по расходу основных строительных материалов - древесины и металла.

Таблица №1. Техника экономическое сравнение 3-х вариантов

№ п/п	Наименование	Конструктивная схема	Коэффициенты
			Собственного веса kс.в.	Металлоёмкости kм,%
1	Дощатоклееная гнутая рама (пролетом L=20м)		8,25	6,5
	Покрытие - листы волнистые из полиэфирного стеклопластика по деревянному каркасу m=17кг/м2		---	4
2	Дощатоклееная рама из прямолинейных элементов с соединением ригеля и стойки на зубчатый шип L=20м.		8,5	6,5
	Панели на деревянном каркасе с нижней обшивкой из плоских листов асбестоцемента и кровлей из волнистых листов асбестоцемента без утеплителя m=65кг/м2		---	7
3	Дощатоклееная рама из прямолинейных элементов с подкосами и консолями L=20м.		8,28	5,57
	Клеефанерные панели под плоскую кровлю в виде трёхслойного рубероидно-изоляционного ковра (без утеплителя) m=37кг/м2		---	4

1. Определяют собственную массу основных несущих конструкций:

где - собственная масса конструкций покрытия, кг/м²

- нормативная снеговая нагрузка, Н/м²

- коэффициент собственной массы

L - пролёт основной несущей конструкции, м

Вариант №1.

Вариант №2.

Вариант №3.

2. Определяют расход металла для изготовления основных несущих конструкций:

Вариант №1.

Вариант №2.

Вариант №3.

3. Определяют расход металла для изготовления 1м² конструкций покрытия:

Вариант №1.

Вариант №2.

Вариант №3.

4. Определяют расход древесины для изготовления основных несущих конструкций в расчёте на 1м² плана здания:

Вариант №1.

Вариант №2.

Вариант №3.

5. Определяют расход древесины для изготовления конструкций покрытия в расчёте на 1м² плана здания:

Вариант №1.

Вариант №2.

Вариант №3.

Результаты выполненных расчётов заносят в таблицу №2.

Таблица №2.

Наименование элементов	Лес м3/м2	Металл кг/м2	Лес м3/м2	Металл кг/м2	Лес м3/м2	Металл кг/м2
	Вариант №1.	Вариант №2.	Вариант №3.
Несущие конструкции	0,071	2,5	0,093	3,2	0,079	2,4
Конструкции покрытия	0,033	0,68	0,121	4,55	0,071	1,48
Итого	0,104	3,18	0,214	7,75	0,15	3,88

Для дальнейшего проектирования принимаем вариант с наименьшим расходом древесины и металла - вариант №1.

3. Расчет и конструирование покрытия здания

Проектируем покрытие в виде асбоцементных волнистых листов по многопролётным неразрезным дощато-гвоздевым прогонам. Обычно шаг прогонов бывает в пределах 1,2…1,5 м. Дощато-гвоздевые прогоны проектируются из двух досок, поставленных на ребро; по длине доски соединяются между собой гвоздями, расположенными на расстоянии 40 - 50 см друг от друга. Гвозди в стыке расстанавливаются двумя рядами, количество гвоздей определяется расчётом.

3.1 Расчёт многопролётного дощато-гвоздевого прогона

Исходные данные:

пролёт прогона - 4,8 м;

шаг пролёта примем - 1,35 м;

место строительства - г. Москва;

нормативная снеговая нагрузка 1800 Н/м²;

угол наклона кровли б = 15°.

Нагрузку от массы прогона принимаем равной 100 Н/м. Тогда расчётная нагрузка, действующая на прогон, равна:

.

Нормативное значение нагрузки, действующей на прогон, равно:

.

Нормальная составляющая расчётной нагрузки:

.

Скатная составляющая расчётной нагрузки:

.

Нормальная составляющая от нормативной нагрузки:

.

Расчёт прогонов ведётся по двум группам предельных состояний.

Расчёт по первой группе предельных состояний.

Размеры поперечного сечения определяются расчётом на прочность по нормальным сечениям. Расчёт ведётся по изгибающему моменту, возникающему на третьей с края опоре. Изгибающий момент определяется по формуле:

.

Принятые размеры поперечного сечения прогона проверяются на изгибающий момент, действующий в первом пролёте, который определяется по формуле:

.

Прогоны проектируются из ели 2-го сорта. Группа конструкций Б1; коэффициент условий работы конструкций m_в = 1; расчётное сопротивление древесины при изгибе равно 14 МПа.

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения прогона равен:

.

Зададимся толщиной одной доски 50 мм. Тогда суммарная ширина прогона будет равна 100 мм, а требуемая высота поперечного сечения:

.

По сортаменту пиломатериалов принимаем сечение прогона из двух досок размером 50х150 мм. Фактический момент сопротивления сечения прогона составляет 468,75 см³.

Проверим прогон принятого размера поперечного сечения на действие изгибающего момента в первом пролёте:

,

что меньше расчётного сопротивления древесины при изгибе, равного 14 МПа с учётом коэффициента условия работы m_в = 1.

На скалывание деревянные прогоны проверяются только при больших сосредоточенных силах, расположенных близко к опорам, а при равномерно распределённой нагрузке - при отношении пролёта к высоте поперечного сечения менее чем 5,4. В нашем случае отношение пролёта к высоте поперечного сечения равно 480 / 11 = 43,63 что > 5,4, следовательно, проверку на скалывание производить не требуется.

Расчёт по второй группе предельных состояний.

Изгибаемые элементы проверяются на жёсткость по условию:

.

Прогиб спаренного неразрезного прогона составляет:

.

3.2 Расчёт стыка прогона

Стык неразрезного прогона проектируется на расстоянии, равном 0,21 пролёта прогона. В этом месте производится стыковка одной доски дощатого прогона. Вторая доска выполняет функцию накладки, перекрывающей место стыка первой доски. Стык укрепляется двумя рядами гвоздей. Требуемое количество гвоздей должно быть достаточным для восприятия поперечной силы, действующей в месте стыка.

Поперечная сила в стыке прогона определяется по формуле:

; ,

где М_оп - изгибающий момент на опоре неразрезного прогона;

Х_гв - расстояние от опоры до оси первого вертикального ряда гвоздей в стыке прогона;

d_гв - диаметр гвоздя.

Требуемое количество гвоздей в стыке определяется по формуле:

,

где n_ср - количество срезов гвоздей в соединении, в нашем случае равно 1;

Т_min - минимальная несущая способность одного гвоздя в расчёте на один срез.

Поперечное сечение прогона состоит из двух досок размером 50х200 мм. Примем длину гвоздя 100 мм, диаметр 4 мм. В этом случае расчётную длину гвоздя определяем по условию, когда гвоздь не пробивает насквозь крайний элемент:

,

где l_гв - длина гвоздя; n_ш - число швов, пробиваемых гвоздём; 2 - теоретическая толщина одного шва, мм; b₁ - толщина одной доски прогона.

Несущая способность одного гвоздя:

Ш из условия изгиба

,

несущая способность одного нагеля из условия изгиба не должна превышать

,

поэтому в расчёте используем Т_И=0,64 кН;

Ш из условия смятия в крайнем элементе

.

К расчёту принимаем минимальное значение несущей способности одного гвоздя Т_min = 0,64 кН.

Определим расстояние от упора до оси первого крайнего ряда гвоздей:

.

Поперечная сила в этом сечении равна

.

Требуемое количество гвоздей

.

Гвозди в стыке расставляем двумя параллельными рядами. Минимально допустимый шаг между гвоздями в этом случае равен четырём диаметрам гвоздя. Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, независимо от их толщины, расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины, а также расстояние между торцом элемента и ближайшим рядом гвоздей принимаем равным 15-ти диаметрам гвоздя. Расстояние от продольной кромки элемента до оси гвоздя следует принимать равным не менее четырёх диаметров гвоздя.

Проверим возможность расстановки гвоздей по высоте доски прогона:

, что меньше высоты доски, равной 20 см.

В остальной части прогона ставим без расчёта по два гвоздя размером 4 х 100 мм через 50 см.

3.3 Расчёт опорного крепления прогона

Крепление прогона к верхним поясам несущих конструкций производится с использованием опорных бобышек. Опорные бобышки воспринимают скатную составляющую внешней нагрузки. Крепления бобышек производим на гвоздях.

Усилие, воспринимаемое опорной бобышкой, равно:

.

Поперечное сечение бобышки принимается таким, чтобы высота сечения была не менее половины высоты доски прогона. Принимаем поперечное сечение опорной бобышки 50х100 мм. Длина бобышки определяется из возможности расстановки требуемого количества гвоздей для крепления опорной бобышки. Примем, что крепление бобышки производится гвоздями диаметром 6 мм и длиной 150 мм. Несущая способность одного гвоздя определяется из условия изгиба нагелей:

.

Требуемое количество гвоздей для крепления бобышки равно:

.

Принимаем, что крепление бобышки производится тремя гвоздями диаметром 6 мм и длиной 150 мм. (по конструктивным соображениям)

Минимальное расстояние, необходимое для расстановки этих гвоздей, равно:

.

Примем размер опорной бобышки 50х100х250 мм.

В данном курсовом проекте

В качестве материала обшивок принимают стеклопластик толщиной 2мм, шаг волны 125мм, высота волны -35мм, прикрепляемый к каркасу шурупами со стальными шайбами и упругими прокладками.

Принимают продольные рёбра каркаса из досок сечением 25035мм и поперечные рёбра диафрагмы - из досок сечением 25035мм.

Диафрагмы расположены через 1м по длине панели и скреплены с продольными рёбрами каркаса на винтах.

4. Расчет гнутой рамы

Исходные данные:

Рама постоянного очертания, пролёт = 20м., шаг рам 4,8м. Уклон рамы 1:4. Район строительства - город Москва, по снеговой нагрузке - III район, по скоростному напору ветра - I район.

Геометрические размеры оси рамы.

Поперечное сечение рамы принимают прямоугольным с постоянной шириной b=26,5см (после острожки досок ширной27,5см)и с переменной высотой. Толщину досок принимают 19мм (после острожки досок толщиной 25мм). Высота сечения в карнизной части принимают в пределах (1/25-1/35)l -приняли 1/25х20=0,8м=80см (приняли 45х1,9=85,5см), на опоре - (0,4-0,5)h приняли 0,5х0,855=42,75см (приняли 23х1,9=43,7см), а в коньке - (0,3-0,4)h приняли 0,4х0,855=0,342м =34,2см (приняли 18х1,9=34,2см).

При принятых размерах сечения рамы определяют нахождение нейтральной оси относительно наружного контура . Расчетный пролет рамы . Высота в коньке H=11м. Радиус кривизны расчетной оси в закругленной части получится r₀ =r_нарх=3000-210=2790мм. Угол наклона ригеля к горизонту . Угол дуги закругления Длина дуги полурамы

.

Полная длина оси полурамы5,91+3,65+9,02=18,63м



Рис. 1

Таблица №3 Координаты точек

№ сечения	0	1	2	3	4	5	6
Xn	0	0,21	0,755	2,1	4,79	7,79	10,79
Yn	0	5,91	7,495	8,395	9,145	9,98	10,815

Сбор нагрузок.

Постоянные равномерно распределённые нагрузки на 1м² горизонтальной проекции покрытия определяем с введением коэффициента перегрузки n = 1,1 и коэффициента R= S/(0,5) = 18,4/11 = 1,7, учитывающего разницу между длиной дуги полурамы и её горизонтальной проекцией. Сбор постоянных нагрузок от веса покрытия приведён в таб. №4.

Таблица №4

Элементы	Нормативная нагрузка (кН/м2)	n	Расчётная нагрузка (кН/м2)
Постоянная нагрузка
2 листа полиэфирного волнистого стеклопластика	0,069	1,1	0,0759
Рёбра каркаса и поперечные рёбра диафрагмы из досок сечением 25035мм	0,129	1,1	0,1419
Итого	0,198 0,2		0,21780,22
Временная нагрузка
Снеговая	-	-	1,8
Ветровая	0,23	1,2	0,28

Рис. 2

Собственный вес рамы в зависимости от нормативного веса покрытия, снега и тельфера:

;.

расчетная нагрузка на ригель рамы:

постоянная ; снеговая ; ветровая (схема ветровой нагрузки и аэродинамические коэффициенты приведены на рис см. выше) расчетная ветровая нагрузка на стойки рамы

Статический расчёт рамы.

Определяют усилия в расчетных сечениях рамы. Для упрощения расчета определяются усилия в сечениях от единичной вертикальной нагрузки, расположенной на левой половине рамы, а затем вычисляют усилия от постоянной нагрузки на всем пролете рамы, от снеговой на всем пролете и на половине и усилия от ветровой нагрузки.

Определяют опорные реакции. От единичной вертикальной нагрузки.

Опорные реакции от ветровой нагрузки определяют, заменяя для упрощения вычислений, ветровую нагрузку, действующую нормально к скатам кровли, ее составляющим. Опорные реакции определяют из равенства нулю суммы моментов всех сил относительно шарниров рамы:

Определяют изгибающий момент от единичной вертикальной нагрузки (кН*м):

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Определяют нормальные и поперечные силы при основных сочетаниях нагрузок:

;

;

где

;

где

где

Таблица 5

	q=1кн/ наполовину пролета слева	q=1кн/м по всему пролету	q=1,9кн/м по всему пролету	снеговаяpc=8,3кН/м	основное сочетание	Расчётные величины моментов, кНм
				слева	справа	по всему пролету
0	0	0	0	0	0	0	0	Ветровая нагрузка разгружает раму
1	-14	-29,1	-55,3	-116,2	-125,33	-241,53	-296,83
2	-14	-31,8	-60,42	-116,2	-147,74	-263,94	-324,36
3	-7,44	-24,04	-45,68	-61,75	-137,78	-199,53	-245,21
4	3,1	-8,2	-15,58	25,73	-93,8	-68,1	-83,64
5	6,31	0,89	1,7	52,38	-45	7,38	9,08
6	0	0	0	0	0	0	0
5”	-5,42	0,89	1,7	-45	52,38	7,38	9,08
4”	-11,3	-8,2	-15,58	-93,8	-25,73	-68,1	-83,64
3”	-16,6	-24,04	-45,68	-137,78	-61,75	-199,53	-245,21
2”	-17,8	-31,8	-60,42	-147,74	-116,2	-263,94	-324,36
1”	-15,1	-29,1	-55,3	-125,33	-116,2	-241,53	-296,83
0”	0	0	0	0	0	0	0

Для определения расчетных усилий в раме принимают следующие сочетания нагрузок.

Основное сочетание. Постоянные вертикальные нагрузки по всему пролету и снеговая по всему пролету или на половине пролета.

Дополнительное сочетание. Постоянные вертикальные нагрузки по всему пролету и снеговая по всему пролету или на половине пролета и ветровая. В этом случае временные нагрузки умножаются на коэффициент 0,9.

Конструктивный расчет рамы.

Проверяют сечение 2, как наиболее напряженное.

Радиус инерции определяют приближенно:

Определяют гибкость:

По формуле вычисляем коэффициент:

;

Определим коэффициент к расчетному сопротивлению, учитывающий криволинейность эпюры.

а) при проверке напряжения по внутренней кромке:

б) при проверки напряжения по наружной кромке:

Напряжения по формуле:

напряжения по внутренней кромке:

Остальные сечения не проверяют, так как изгибающий момент убывает по длине рамы быстрее, чем размеры сечения.

Проверяют раму из плоскости.

Момент инерции от опоры до начала ригеля: .

Радиус инерции: , при гибкости

Примем , тогда

При, -коэффициент продольного изгиба элемента в плоскости наименьшей жесткости.

Коэффициент устойчивости подсчитывают по формуле:

Проверим устойчивость:

Расчёт опорного узла рамы.

В опорном узле рама торцом упирается в направленную нормально к её оси верхнюю плоскость фундамента. Для обеспечения большей шарнирности узла торец рамы срезается с двух сторон. Производят проверку на смятие древесины:

Поперечная сила, возникающая в опорном сечении воспринимается башмаком и фундаментом.

Проверяют клеевые швы на скалывание:

Стальной башмак крепят двумя болтами диаметром = 18мм. Болты размещают на расстоянии е₁ = 7d12,5см от торца рамы. Расстояние между болтами принимаюте₂ = 15,5см.

Из условия равновесия сил (пренебрегая трением) находят, что на болт будут действовать силы Т₁ и Т₂:

Т₁ = Q/2 = 27,1 кН

Т₂ = Q е₁/ е₂ = 22 кН

Равнодействующее усилие, воспринимаемое одним болтом:

Т_б = Т₁²+Т₂² = 734,41+484 = 35 кН

Угол наклона равнодействующего усилия к направлению волокон древесины рамы (угол смятия):

tg_см = Т₁/Т₂ = 1,23; _см = 70,5⁰70.

Несущая способность двухсрезного болта = 18мм:

2Т_и = 225d²R_am_н = 2251,8²0,731,2 = 152> 26,6 кН

где R_a=0,73 - коэффициент при угле смятия 70

m_н = 1,2 - коэффициент условий работы при учёте ветровой нагрузки.

Анкерные болты принимают = 18мм (F=2,54см²)

Напряжение среза в болтах:

= Q /2F = 54,1/22,54 = 10,7 < 13 кН

Расчёт конькового узла:

Коньковый узел решается аналогично опорному. Каждая пара уголковых накладок левой и правой полурам соединяется одним болтом = 18мм, что обеспечивает возможность поворота полурам.

Произведят проверку на смятие древесины:

Болты, скрепляющие уголковые накладки с рамой воспринимают поперечную силу, возникающую в коньковом узле при несимметричной нагрузке:

Расчётная поперечная сила: Q₆ =37,2кН

Равнодействующее усилие воспринимаемое одним болтом, который соединяет накладки с рамой:

Т_б = (Q_ш/2)²+(Q_ше₁/е₂)² = 346+900 = 35 кН

tg = 0,62; = 33

Угол наклона равнодействующего усилия к направлению волокон древесины рамы (угол смятия):

_см = ₀+ =2529'+3345' 59.

Несущая способность двухсрезного болта = 18мм:

2Т_и = 225d²R_am_н = 2251,8²0,7571,2 = 116 > 38,54 кН

где R_a=0,757 - коэффициент при угле смятия 59

Для предотвращения работы клеевых швов на отрыв под действием раскалывающих усилий, возникающих в зоне опорного и конькового шарниров, концы полурамы стягивают болтами = 18мм, поставленными нормально к её оси.

Список используемой литературы

Под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В. Слицкоухова «Конструкции дерева и пластмасс». М. Сройиздат 1986г.

И.М. Гринь «Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов» г. Киев 1988г.

В.Е. Шишкин «Примеры расчёта конструкций из дерева и пластмасс» М. Стройиздат 1974г.

Справочник под ред. И.М. Гриня «Проектирование и расчёт деревянных конструкций» г. Киев 1975г.

СНиП II-25-80 Часть2 “Деревянные конструкции”. М. Госстройиздат 1983г.

СНиП 2.01.07-85* “Нагрузки и воздействия”. М. Госстройиздат 1993г.

СНиП 2.01.01-82 “Строительная климатология и геофизика”. М. Госстройиздат 1991г

Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) М. 1986г.

Лихолетов О.Д. Учебное пособие «Конструкции дерева и пластмасс» М. 1996г.

Размещено на Allbest.ru

...