Курсовой проект - Проектирование деревянного каркаса одноэтажного здания - файл n2.doc

приобрести
Курсовой проект - Проектирование деревянного каркаса одноэтажного здания
скачать (468.6 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.cdw
n2.doc1637kb.05.05.2009 20:31скачать
Победи орков

Доступно в Google Play

n2.doc






Исходные данные
Схема основной несущей конструкции – арка стрельчатого типа

Пролет здания, м – 28

Шаг основных несущих конструкций, м – 4

Длина здания, м – 40

Район строительства – г. Ставрополь

Характеристика теплового режима здания – неотапливаемое

Условия эксплуатации – нормальная зона

Материал конструкций – сосна

Сорт древесины – I
1 Выбор конструкций здания, их компоновка


    1. Выбор несущих конструкций


В качестве несущих конструкций примем дощато-клееную трехшарнирную арку стрельчатого типа с опиранием на фундамент.

Определим стрелу подъема арки:

,

где l – пролет арки.

м

Примем стрелу подъема арки f = 12 м.

28000


Рисунок 1 – Трехшарнирная арка стрельчатого очертания


    1. Выбор конструкций покрытия


В качестве ограждающих конструкций покрытия примем листы профнастила по обрешетке из брусьев.

Рисунок 2 – Обрешетка из брусьев
1 – обрешетка; 2 – решетка; 3 – арка


Для обрешетки используем брусья 50х50 мм. Конструктивно расстояние от центра бруска до края решетки b1 принимается равным 0,25 м; расстояние между центрами брусьев b2 принимается 0,5 м.

Расстояние l = 4 м.

Уклон примем равным 40 градусов.



    1. Компоновка связей


Связи выполняются из стальных уголков, так как шаг несущих конструкций превышает 3 м.

Блоки связей располагаются в торцевых секциях здания.

Связевую систему покрытия образуют горизонтальные (поперечные) связи в плоскости верхней грани арок и вертикальные связи – распорки между ними.

В плоскости кровли в качестве продольных элементов связей используются прогоны – обрешетины.

Ширина панелей поперечных связевых ферм принимается равной шагу несущих конструкций.


Разрез А-А



Рисунок 3 – Устройство связей


  1. Геометрический расчет основной несущей конструкции




    1. Определение геометрических характеристик арки


Длина хорды полуарки:



мм

Согласно рекомендациям по проектированию деревянных конструкций расстояние от середины хорды до дуги:



мм

Радиус кривизны оси полуарки:



мм

Центральный угол определим из соответствия:







Длина дуги полуарки:



мм

Угол наклона дуги полуарки:






Найдем угол :





Угол наклона касательной в точке 5 (коньковый узел арки):






    1. Определение координат точек полуарки


Функция дуги полуарки имеет вид:



Делим полуарку на пять частей. Центральный угол, соответствующий одному делению, равен:



За начало координат примем левую опору, тогда координаты центра кривизны оси полуарки будут равны:



мм



мм

Координаты расчетных сечений арки определяем по формулам:





,

где n – номер рассматриваемого сечения.

Вычисление координат приведено в таблице 1.
Таблица 1 – Определение координат оси арки

№ сечения

















0

0

35

0,819

0,574

28,81

20,17

0

0

1

6

41

0,755

0,656

26,55

23,07

2,26

2,90

2

12

47

0,682

0,731

23,99

25,71

4,89

5,54

3

18

53

0,602

0,799

21,17

28,10

7,64

7,93

4

24

59

0,515

0,857

18,11

30,14

10,70

9,97

5

30

65

0,423

0,906

14,88

31,87

14

12




Рисунок 4 – Расчетная схема арки


  1. Расчет ограждающих конструкций


Щит проектируем из четырех прогонов сечением 50х100 мм, выполняющих одновременно роль обрешетин под кровлю, которые соединены гвоздями с элементами решетки тремя стойками и двумя диагональными раскосами из брусков сечением 50х50 мм.

Расстановку обрешетин принимаем через 500 мм. Принимаем ширину щита 2000 мм. Длину щита назначаем равной расстоянию между осями несущих конструкций за вычетом 1 см на возможную неточность изготовления, то есть 3990 мм.

Бруски крайних стоек решетки щита при его укладке прибиваем к верхнему поясу арки гвоздями, чем обеспечиваем передачу скатной составляющей нагрузки и устойчивость сжатых поясов несущих конструкций из их плоскости.

Чтобы предотвратить скручивание прогонов-обрешетин под действием скатной нагрузки, прилагаемой к их верхним кромкам, в месте каждого пересечения прогонов со стойками устраиваем упоры из коротких брусков, прибиваемых к стойкам двумя гвоздями 4х100 мм.
3.1 Расчет прогона - обрешетины
Вычислим нагрузку, действующую на 1 пог. м обрешетины.
Таблица 2 – Нагрузка, действующая на 1 пог. м обрешетины

Элемент

Нормативная нагрузка , кН/м2

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка , кН/м2

Профнастил (0,006 м; 7850 кг/м3)

0,047

1,05

0,049

Обрешетины (0,05х0,1х1 м; 510 кг/м3)

0,026

1,1

0,029

Решетка щитов (ориентировочно 50% от веса обрешетин)

0,013

1,1

0,014

Итого:

0,086




0,092

Снеговая нагрузка (1,2*cos(1,8*40°))

0,260

-

0,371

Итого:

0,346




0,463

Обрешетины щита работают на косой изгиб. Составляющая нагрузки, перпендикулярная скату:



кН/м2



кН/м2

Составляющая нагрузки, параллельная скату:



кН/м2



кН/м2

В плоскости, перпендикулярной скату, обрешетина работает как разрезная балка с расчетным пролетом см, где 9 см – длина каждой из опорных поверхностей обрешетины на верхнем поясе несущей конструкции, принятом ориентировочно шириной 18 см.

В плоскости ската обрешетину рассматриваем как двухпролетную неразрезную балку с пролетами ; см, так как она на средней стойке щита имеет дополнительную опору.

Максимальные изгибающие моменты в обеих плоскостях возникают посередине обрешетины:





кНм = 68 кНсм

кНм = 14 кНсм

Моменты сопротивления и инерции обрешетины:



см3



см3



см4



см4

Напряжение изгиба:

< Rи

где Rи – расчетное сопротивление изгибу, принимаемое для сосны 1 сорта равным 14 МПа.

кН/см2 < 1,4 кН/см2

Прогиб обрешетины в середине пролета вызывается лишь действием нагрузки, перпендикулярной скату. Относительный прогиб:

<

<

Пренебрегая незначительной величиной нагрузки от собственного веса, проверяем прочность обрешетины на действие только монтажной нагрузки P = 1,2 кН, приложенной в середине пролета. В этом сечении момент от составляющей сосредоточенного груза в плоскости ската равен нулю. Тогда



кНсм

Напряжение:

кН/см2 < 1,4∙1,2=1,68 кН/см2,

где 1,2 – коэффициент, учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки.
3.2 Расчет прикрепления элементов щита
Обрешетины вместе с решеткой образуют в плоскости ската ферму, которая передает на основную несущую конструкцию скатную составляющую нагрузки.

Полная скатная составляющая от собственного веса и снеговой нагрузки, приходящаяся на весь щит:

,

где nоб =4 – число обрешетин.

кН

Часть этой нагрузки, собранная примерно с одной четверти площади щита, передается непосредственно от прогонов на крайние стойки. Оставшаяся часть скатной составляющей передается через раскосы на упорные бобышки. Усилие, воспринимаемое одной бобышкой:



кН

Бобышку к стойке крепим гвоздями 4х100 мм. Несущая способность односрезного гвоздя:



кН

Необходимое число гвоздей:



шт.

Примем шт.

Щит через крайние стойки крепим к верхнему поясу несущей конструкции гвоздями 4х120 мм. Через эти гвозди скатная составляющая от щита передается поясу.

Необходимое число гвоздей на одну стойку:



шт.

Примем шт.

На среднюю стойку от прогона передается нагрузка, равная средней опорной реакции двухпролетной неразрезной балки:

кН

В каждое пересечение элемента решетки с прогоном ставим два гвоздя 4х100 мм с кН > 0,73 кН.
4 Расчет несущей конструкции
4.1 Сбор нагрузок на арку на 1 м2
Таблица 3 – Нагрузка на 1 м2 арки

Наименование

Нормативная нагрузка

, кН/м2

Коэф-т надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка q, кН/м2

А. Постоянная

1. Конструкции покрытия

2. С учетом расположения покрытия по дуге арки

0,086
0,113

-
-

0,092
0,121

3. Собственный вес арки

0,032

1,1

0,035

Итого:

0,145




0,156


Снеговая расчетная равномерно распределенная нагрузка на 1 м2 горизонтальной поверхности:

,

где c1 – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; p0 – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м горизонтальной поверхности земли.

кН/м2

Нормативная снеговая нагрузка:



кН/м2

Расчетная нагрузка, приходящаяся на 1 м горизонтальной поверхности арки от постоянной нагрузки:





м2

кН/м2

Расчетная нагрузка, приходящаяся на 1 м горизонтальной поверхности арки от снеговой нагрузки:


кН/м
4.2 Статический расчет арки
Расчет арки производим при двух сочетаниях нагрузки:

  1. Постоянная и снеговая нагрузка, равномерно распределенная по всему пролету;

  2. Постоянная нагрузка по всему пролету и снеговая равномерно распределенная на половине пролета.


4.2.1 Постоянная нагрузка по всему пролету арки



Рисунок 5 – Расчетная схема при расчете на постоянную нагрузку

по всему пролету арки
Определим опорные реакции:



кН

Величина распора:



кН
Изгибающие моменты:



кНм

кНм

кНм

кНм

кНм

кНм


Рисунок 6 – Эпюра изгибающих моментов от постоянной нагрузки,

распределенной по всему пролету арки
Продольные силы:



кН



кН

кН

кН
кН



кН



Рисунок 7 – Эпюра продольных сил от постоянной нагрузки,

распределенной по всему пролету арки
Поперечные силы:



кН



кН



Рисунок 8 – Эпюра поперечных сил от постоянной нагрузки,

распределенной по всему пролету арки

4.2.2 Снеговая нагрузка по всему пролету


Рисунок 9 – Расчетная схема арки при расчете на снеговую нагрузку

по всему пролету арки
Снеговая нагрузка распределяется в средней части арки, начиная с точки дуги, касательная к которой составляет с горизонтам угол . Расстояние от левой опоры до этой точки:



м

Определим опорные реакции:



кН

Величина распора:



кН

Изгибающие моменты:



кНм

кНм
кНм

кНм

кНм

кНм


Рисунок 10 – Эпюра изгибающих моментов от снеговой нагрузки,

распределенной по всему пролету арки
Продольные силы:



кН



кН

кН

кН

кН



кН


Рисунок 11 – Эпюра продольных сил от снеговой нагрузки,

распределенной по всему пролету арки

Поперечные силы:



кН



кН



Рисунок 12 – Эпюра поперечных сил от снеговой нагрузки,

распределенной по всему пролету арки
4.2.3 Снеговая нагрузка на левой стороне арки


Рисунок 13 – Расчетная схема при расчете на снеговую нагрузку на левой стороне арки
Определим опорные реакции:



кН



кН

Величина распора:



кН

Изгибающие моменты:



кНм

кНм

кНм

кНм

кНм
кНм


Рисунок 14 – Эпюра изгибающих моментов от снеговой нагрузки,

распределенной на левой стороне арки
Продольные силы:



кН



кН

кН

кН

кН



кН


Рисунок 15 – Эпюра продольных сил от снеговой нагрузки,

распределенной на левой стороне арки
Поперечные силы:



кН



кН



Рисунок 16 – Эпюра поперечных сил от снеговой нагрузки,

распределенной на левой стороне арки
4.2.4 Снеговая нагрузка на правой стороне арки

Рисунок 17 – Расчетная схема при расчете на снеговую нагрузку

на правой стороне арки
Определим опорные реакции:


кН

(56)

кН

Величина распора:



кН

Изгибающие моменты:

(58)

кНм

кНм

кНм

кНм

кНм

кНм



Рисунок 18 – Эпюра изгибающих моментов от снеговой нагрузки,

распределенной на правой стороне арки
Продольные силы:



кН



кН

кН

кН

кН



кН


Рисунок 19 – Эпюра продольных сил от снеговой нагрузки,

распределенной на правой стороне арки
Поперечные силы:



кН



кН



Рисунок 20 – Эпюра поперечных сил от снеговой нагрузки,

распределенной на правой стороне арки
4.2.5 Таблица нагрузок и расчетных усилий
Таблица 4 – Нагрузки и расчетные усилия

Нагрузка

т. 0

т. 1

т. 2

т. 3

т. 4

т. 5

M

N

Q

M

N

M

N

M

N

M

N

M

N

Q

1. Постоянная

0

-9,13

4,21

3,37

-8,60

7,01

-7,58

8,09

-6,20

6,94

-4,14

0

-2,14

-4,59

2. Снеговая по всему пролету

0

-17,73

9,50

10,49

-16,44

19,84

-14,03

22,02

-10,77

16,92

-6,48

0

-3,83

-8,22

3. Снеговая слева

0

-12,25

7,13

8,08

-10,73

12,32

-8,17

8,04

-4,83

-6,23

-0,52

-36,14

-2,51

-5,38

4. Снеговая справа

0

-5,50

2,37

2,39

-3,52

7,49

-0,57

13,99

-0,42

23,15

-0,83

33,58

-1,33

-2,85

Первое сочетание (1 и 2)

0

-26,86

13,71

13,86

-25,04

26,85

-21,61

30,11

-16,97

23,86

-10,62

0

-5,97

-12,81

Второе сочетание (1 и 3 или 1 и 4)

0

-21,38

11,34

11,45

-19,33

19,33

-15,75

22,08

-11,03

30,09

-4,97

-36,14

-4,65

-9,97



4.3 Расчет прочности арки
4.3.1 Компоновка поперечного сечения
Примем арку прямоугольного сечения.

Из условия обеспечения монтажной жесткости ширина сечения арки принимается не менее 14 см.

Примем сечение из досок 15х4 см, после острожки – 13х3,3 см. Материал досок – сосна I сорта.

Высота поперечного сечения:

,

где k – коэффициент, принимаемый равным 2,7.



Примем h = 70 см.

Количество досок в сечении:



шт.

Примем 22 доски, тогда окончательно размеры сечения b = 13 см, h = 22х3,3=72,6 см.
4.3.2 Геометрические характеристики сечения
Расчетная площадь сечения:



см2

Момент сопротивления сечения:


см3

Момент инерции сечения:



см4

Статический момент инерции сечения:



см3
4.3.3 Проверка прочности поперечного сечения арки по нормальным напряжениям
Гибкость в плоскости арки:





Условие выполняется, прочность нормальных сечений обеспечена. Установка дополнительных связей по верхнему поясу арки не требуется.
4.3.3.1 Для первого сочетания нагрузок
Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента:

,

где - продольное усилие в расчетном сечении при первом сочетании нагрузок;

- коэффициент продольного изгиба;

- расчетное сопротивление древесины сжатию.


Так как , то коэффициент продольного изгиба:

,

где А – коэффициент, принимаемый для древесины равным 3000.



Расчетное сопротивление древесины сжатию:

,

где - переходный коэффициент, для сосны равный 1;

- коэффициент, равный 1 для нормальных условий эксплуатации;

- коэффициент, учитывающий влияние высоты сечения элемента, равный 0,93;

- коэффициент, учитывающий толщину слоев клееного элемента, равный 1,1;

- коэффициент для гнутых элементов, равный 1.

кН/см2





Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок:





Нормальное напряжение в сечении арки:





4.3.3.2 Для второго сочетания нагрузок
Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента:



Так как , то коэффициент продольного изгиба:



Расчетное сопротивление древесины сжатию:

кН/см2





Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок:





Нормальное напряжение в сечении арки:





Условия выполняются, прочность нормальных сечений обеспечена.
4.3.4 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования
При симметричном загружении имеет место сплошное раскрепление растянутой зоны по всей дуге арки.

Так как растянутая кромка закреплена из плоскости деформирования связями покрытия, расчет производится по формуле:

,

Гибкость участка расчетной длины из плоскости деформирования:

,

где - расчетная длина, равная ширине плиты покрытия.



Так как, коэффициент продольного изгиба:





Коэффициент устойчивости изгибаемых элементов:

,

где - коэффициент, зависящий от эпюры изгибающих моментов, равный 1,13.



Коэффициент :

,

где - центральный угол (рад);

= 1, так как m>4.



Коэффициент :






При симметричном загружении (на первое сочетание нагрузок):



При несимметричном загружении (на второе сочетание нагрузок):



Условия выполняются, устойчивость плоской формы деформирования на участках обеспечена.
4.3.5 Расчет клеевых швов на скалывание
Проверку производим в опорном сечении по формуле:

,

где S – статический момент;

- расчетное сопротивление клеевых элементов древесины скалыванию;



кН/см2

- коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента.





Проверяем условие:



Условие выполняется, соединение клеевых швов скалыванию обеспечено.


  1. Расчет опорного узла




Рисунок 21 – Опорный узел
Проверим торец стойки на смятие вдоль волокон:





Проверим кромку стойки на смятие поперек волокон:



где - высота башмака.





Конструктивно примем см.


Вертикальная пластина башмака, воспринимающая распор, работает на изгиб как балка пролетом, равным толщине полуарки, частично защемленная на опорах. С учетом пластичного перераспределения моментов максимальный изгибающий момент, возникающий в пластине:



кНм

Так как в изгибаемых элементах нормальное напряжение:

,

то требуемый момент сопротивления:



см3

Этому моменту сопротивления должен быть равен момент сопротивления вертикальной пластины:



Тогда толщина башмака:



см

Согласно сортаменту лист проката примем мм.

Длина опорной части:



мм

С учетом унификации боковые пластины примем толщиной равной толщине вертикальной пластины.

Ширина башмака:

,

где =120 мм – ширина свеса.

мм

Сжимающие усилия передаются непосредственно на фундамент. Башмак крепится к фундаменту двумя болтами, работающими на срез и растяжение.

Изгибающий момент, который передается на опорную пластину:



кНм

Учитывая, что усилия передаются на фундамент через свесы опорной плиты, то момент сопротивления:



см3

Несущая способность бетона фундамента:

,

где - сопротивление бетона сжатию, равное для бетона класса В20 равное 1,5 кН/см2.



Анкерные болты примем диаметром d=34 мм с площадью сечения брутто и площадью сечения нетто . Под болты устанавливают шайбы толщиной мм.

Растягивающие усилия в болтах:



кН

Проверим болт на растяжение:




Усилие среза:



кН

Проверим болт на срез:





Условие выполняется; прочность болта на срез обеспечена.

Аварийный болт примем того же диаметра. Толщину опорной пластины башмака примем без расчета 10 мм.


  1. Расчет конькового узла




Рисунок 22 – Коньковый узел
Накладку изготовим из бруса сечением = 90х350 мм.

Причем:



Длина накладки:

мм

Примем мм.

Болты примем диаметром =24 мм, расположим их в два ряда по высоте. Расстояние между болтами среднего ряда мм и между крайними рядами болтов мм.

Проверим прочность взаимного смятия торцов полуарки под углом к волокнам:





кН/см2


Условие выполняется; прочность взаимного смятия торцов полуарки под углом к волокнам обеспечена.

Проверим накладки на срез:

,

где M – изгибающий момент в накладке.



кНсм

Момент сопротивления:



см3



Условие выполняется; прочность накладки на срез обеспечена.

Рассчитаем болты нагельного соединения.

Усилия, действующие на болты среднего ряда:



кН

Усилия, действующие на болты крайнего ряда:



кН

Определим несущую способность одного болта на срез.

Усилие, воспринимаемое на смятие крайним элементом:

,

где - коэффициент, учитывающий уменьшение несущей способности нагеля, раный 0,9.

кН

Усилие, воспринимаемое на смятие средним элементом:



кН

Усилие, воспринимаемое на изгиб:



кН

Примем кН.

Несущая способность нагельного соединения:

,

где - количество болтов в ряду;

- количество срезов болта.




Условие выполняется; несущая способность соединения обеспечена.


  1. Защита деревянных конструкций от биологического поражения и пожарной опасности


Для защиты деревянных конструкций от загнивания и возгорания используем комплексный состав «КСД-А» марки I, тонирующий древесину без закрашивания структуры. Состав «КСД-А» пожаро-, взрывобезопасен, не обладает раздражающим действием на кожу, по степени воздействия на организм человека относится к четвертому классу опасности (вещество мало опасное). Состав «КСД-А» является готовой формой и не подлежит разбавлению или смешению с другими составами.

Состав «КСД-А» марки I переводит древесину в категорию трудногорючих материалов, обеспечивает нераспространение пламени по поверхности, увеличивает время до воспламенения в 8 раз, снижает дымообразующую способность в 2,5 раза, токсичность продуктов горения древесины (при 450°С) - в 2 раза.

Деревянные поверхности, подлежащие пропитке, очищаются от пыли и грязи. Не допускается нанесение составов на мокрые, масляные, проолифленные или окрашенные поверхности.

Нанесение состава «КСД-А» производится распылителем. Расход состава «КСД-А» марки I - 400 г/м2.

Составы наносить равномерно, не допуская пропусков. Строго обеспечивать требуемую норму расхода. Расход 400 г/м2 достигается двухкратной обработкой с промежуточной сушкой продолжительностью не менее трех часов.

Работу проводить при влажности воздуха не более 80 процентов и температуре не ниже плюс 5 градусов. Не допускается проведение работ при отрицательной температуре.

Работать следует в резиновых перчатках; при попадании состава на кожу тщательно смыть водой с мылом.

Пропитанные конструкции, изделия пригодны для использования сразу после сушки.

Проникновение состава «КСД-А» в древесину при поверхностной пропитке, как правило, не превышает 1 мм. В связи с этим пропитанная древесина не подлежит механической обработке.

При соблюдении технологии пропитки и норм расхода состав «КСД-А» марки I обеспечивает получение I группы огнезащитной эффективности.

Для окрашивания конструкций используется акриловая краска по дереву, наносимая распылителем.

Окрашивание конструкций производится после того, как окрашиваемая поверхность достигнет влажности не более 20%.

При окрашивании необходимо соблюдать внешние условия нанесения краски. Требуемая температура воздуха и поверхности во время окраски от плюс 5 градусов до плюс 30 градусов (наиболее оптимальный режим - при плюс 18 градусах), относительная влажность воздуха - менее 80 процентов. Необходимо избегать окрашивания в ветреную погоду, а также под воздействием прямых солнечных лучей.


Список литературы



  1. Шишкин В. Е. Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс. Учебное пособие для техникумов. - М., Стройиздат, 1974 г, 219 с.


Нормативная литература:


  1. СНиП II-25-80 (с изм. 1988) «Деревянные конструкции»;

2. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80).









Лист







Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации