70152

Деревянный каркас одноэтажного производственного здания

Курсовая

Архитектура, проектирование и строительство

Ограждающей конструкцией покрытия является утеплённая клеефанерная плита с одной верхней обшивкой. Размер панели в плане 1518-4180 мм. Обшивка плиты выполнена из фанеры клееной повышенной водостойкости марки ФСФ ГОСТ 3916.2-96, порода древесины шпона фанеры – лиственница.

Русский

2014-10-16

771.5 KB

23 чел.

УО ‹‹Полоцкий государственный университет››

Инженерно-строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

          

КУРСОВой проект

по дисциплине: «Конструкции из дерева и пластмасс»

Тема:

Деревянный каркас одноэтажного производственного здания

Исполнитель:                студент 5 курса группы 08 ПГСз-1

                                       Шереметьев Илья Владимирович

Руководитель проекта:

Коваленко А. А.

                           

Новополоцк 2012

    УО ‹‹Полоцкий государственный университет››

Кафедра строительных конструкций

          

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине: «Конструкции из дерева и пластмасс»

Тема:

Деревянный каркас одноэтажного производственного здания

Исполнитель: ____________________________________Шереметьев И. В.

студент V курса группы 08ПГСз-1

Руководитель: ____________________________________Коваленко А. А.

Новополоцк 2012

!!!Вставить сюда оригинальный лист задания!!!

Содержание

1. Конструирование и расчет ограждающей конструкции покрытия

5-16

1.1 Исходные данные

5

1.2 Компоновка рабочего сечения панели

5-6

1.3 Определение нагрузок на плиту покрытия

7-10

1.4 Определение прочностных характеристик материалов

10

1.5 Определение геометрических характеристик расчетного поперечного сечения

11-13

1.6 Расчет плиты по первой группе предельных состояний

13-16

1.7 Расчет плиты по второй группе предельных состояний

16

2. Конструирование и расчёт трёхшарнирной  клеедеревянной арки кругового очертания

17-30

2.1 Исходные данные

17

2.2 Геометрические характеристики арки

17-18

2.3 Сбор нагрузок

18-21

2.4 Статический расчет арки

22-23

2.5 Конструктивный расчет арки

23-30

2.5.1 Расчет арки на прочность в плоскости действия внутренних усилий

24-25

2.5.2 Расчет арки на устойчивость плоской формы деформирования верхнего пояса

26

2.5.3 Расчет конькового узла

26-30

3. Мероприятия по обеспечению пространственной жёсткости и неизменяемости здания

31

4. Мероприятия по обеспечению долговечности основных несущих и ограждающих конструкций

32

4.1 Защита от гниения

32

4.2 Защита от возгорания

32

Список использованных литературных источников

33

1. Конструирование и расчет ограждающей конструкции покрытия

  1.   Исходные данные

Ограждающей конструкцией покрытия является утеплённая клеефанерная плита с одной верхней обшивкой. Размер панели в плане 15184180 мм. Обшивка плиты выполнена из фанеры клееной повышенной водостойкости марки ФСФ ГОСТ 3916.2-96, порода древесины шпона фанеры – лиственница. Ребра плиты выполнены из еловых досок второго сорта. Клей алкирезорциновый марки ФР-100 (согласно таблице 2.19/1/ для 3 класса условий эксплуатации: конструкция эксплуатируется внутри отапливаемых помещений при температуре до 35°С и относительной влажности воздуха 75-95% (см. таблицу 6.1/2/)).

Утеплитель – плиты теплоизоляционные из минеральной ваты по СТБ 1995-2009 толщиной 70 мм. С целью защиты конструкции плиты от увлажнения во время транспортировки, на заводе-изготовителе на нее наклеивают один слой рубероида.

Тип кровли – мастичная, 2 слоя (согласно таблице 4/5/). Кровельный материал наносится после установки панелей покрытия в проектное положение.

Район строительства – г.п. Лынтупы. Класс условий эксплуатации – 3.

1.2. Компоновка рабочего сечения панели

Ширину панели принимаем равной  ширине фанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания b = 1518 мм (используем фанерную заготовку шириной 1525 мм, минимальная величина припуска 5.5 мм с двух сторон, согласно таблице 1.2/1/). Толщину верхней сжатой обшивки принимаем равной 10 мм. Длины фанерных листов недостаточно на всю длину плиты, поэтому необходимо производить стыкование листов по длине плиты. Принимаем вариант стыка листов обшивки «на ус».

Для дощатого каркаса применяем черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов по СТБ 1713-2007 сечением 32125 мм (таблица 1/3/). После двухстороннего фрезерования на склейку идут чистые доски сечением 32120 мм. Величина припуска принимается по таблице 1.2 /1/ в соответствии с ГОСТ 7307-75* «Детали из древесины и древесных материалов. Припуски на механическую обработку».

Расчетный пролет панели определяется по формуле

ld = 0,99· l = 0.99· 4180 = 4138.2 мм.

Полная высота панели принята h = 10 + 120 = 130 мм, что составляет 4138.2/130 = 1/31.83 пролета, что соответствует рекомендациям, согласно которым высота панели должна составлять 1/40 ÷ 1/30 ее пролета.

Каркас панели состоит из четырех продольных ребер. Шаг продольных рёбер 487 мм, что меньше 500 мм.

Для придания каркасу жесткости продольные ребра соединены на клею с поперечными ребрами, шаг поперечных рёбер 1180 мм, что меньше 1500 мм (по конструктивным требованиям максимальный шаг поперечных ребер 1500 мм).

Схема панели П-1 представлена на рисунке 1.1.

1.3. Определение нагрузок на плиту покрытия

На плиту покрытия действуют следующие нагрузки:

1. постоянные: кровля, собственный вес плиты;

2. временные: снеговая нагрузка, нагрузка от веса человека с грузом.

Сбор нагрузок приведен в таблице 1.1.

     Таблица 1.1                     Нагрузки, действующие на 1 м2 площади покрытия

№ п/п

Наименование нагрузок

Нормативная нагрузка,

кН/м2

Коэффициент надёжности

по нагрузке

Расчётная нагрузка,

кН/м2

Постоянная

1

Кровля мастичная,

m = 4∙10-3 ∙ 1000 = 4 кг/м2 (2 слоя) (см. таблицу 1.1/1/);

0,04

1,3

0,052

2

Утеплитель – плиты минераловатные полужесткие по СТБ 1995-2009; δ = 70 мм; ρ = 200 кг/м3 (согласно номенклатуре плит минераловатных БЕЛТЕП, применяемых для теплоизоляции совмещенных кровель);

0,14

1,2

0,168

3

Пароизоляция – п/э пленка δ = 0,4 мм; m = 0.3 кг/м2 (таблица 1.2/1/);

0,0030

1,2

0,0036

4

Каркас деревянный:

древесина – ель,

= 600 кг/м3 (таблица 6.2/2/);

доски 120х32

0,093

1,1

0,102

5

Обшивка верхняя – фанера марки ФСФ (лиственница),

 = 800 кг/м3 (таблица 6.2/2/, прим. 1); = 10 мм;

0,080

1,1

0,088

ВСЕГО:

gk  = 0,356

gd  = 0,414

Временная

Снеговая

S0 = 0.8 кПа, (таблица 1.7 /1/),

μ1 = 0.482 (таблица 1.9 /1/, схема 2)

0.386

1,6

0.618

Объем древесины каркаса:

V = 4·0.032·0.120·4.18 + 12·0.032·0.120·0.455 + 2·0.025·0.060·4.18 = 0,098 м3.

Масса каркаса:

m = V·ρ = 0,098 · 600 = 58.80 кг.

Нормативная нагрузка от массы деревянных элементов покрытия:

gk4 = =  = 0,093 кН/м2.

Временная нагрузка на 1 м2 от веса снегового покрова.

Для Республики Беларусь с учётом изменения № 1 к СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” /5/ полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия  следует определять по формуле

qs.k. = S0 μ,

(1.1)

где S0 – нормативное  значение веса снегового покрова на 1 м горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с таблицей 1.7 /1/;

μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемой в соответствии с таблицей 1.9 /1/.

Городской поселок Лынтупы находится в II Б районе по весу снегового покрова, согласно рисунку 1.1 /1/.

Схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента  принимаем в соответствии с таблицей 1.9/1/. Для зданий со сводчатыми покрытиями принимаем схему 2, для которой коэффициент 1 находится по формуле

μ1 = cos1.8α;

tgα = , α = 34°, тогда

μ1 = cos(1.8 · 34) = 0,482.

Нормативное значение снеговой нагрузки:

qs.k.= S0 μ1 = 1.2 0,482 = 0.578 кН/м2.

Расчетное значение снеговой нагрузки определяется по формуле

qs.d. = qs.k.γq ,

(1.2)

где γq – коэффициент надежности для снеговой нагрузки. γq = 1,6, так как gk / S0 = 0,321 < 0,8. 

qs.d. = 0.578 1,6 = 0.925 кН/м2.

Линейно распределенная нагрузка, определяемая с учетом ширины плиты, равна:

g k = 0.356 · 1.518 = 0.540 кН/м,                                   q s. k = 0.578 · 1.518 = 0.877 кН/м,

g d = 0.414 · 1.518 = 0.628 кН/м,                                   q s. d = 0.925 · 1.518 = 1.404 кН/м.

Полная нагрузка от суммы постоянной и временной.

Полная нагрузка на плиту определяется с учетом сводчатой формы покрытия.  

Радиус арки находится по формуле

(1.3)

где l – пролет арки, м;

f – стрела подъема арки, м.

Центральный угол дуги полуарки определяем по формуле:

    .

Длина дуги арки:

Согласно рисунку 1.2, снеговая нагрузка распределяется по всей площади сводчатого покрытия. Тогда из соотношения

приведенная линейно распределенная расчетная снеговая нагрузка будет равна

Нормативная приведенная линейно распределенная снеговая нагрузка:

q s. k.1  = 1.109/1.6 = 0.693 кН/м.

Рис. 1.2 Схема приведения снеговой нагрузки

Наиболее нагруженной является плита, расположенная строго горизонтально в коньке.

Полная нагрузка, действующая на плиту, равна

fk = (g + q)k = 0.540 + 0.693 = 1.233 кН/м;

fd = (g + q)d = 0.628 + 1.109 = 1.737 кН/м.

Нагрузка от веса человека с грузом:

Pk = 1 кН;

Pd = 1 · 1.2 = 1.2 кН.

1.4 Определение прочностных характеристик материалов

1.4.1 Расчётные характеристики фанеры

Согласно таблицам 2.12, 2.13 /1/ для фанеры марки ФСФ:

-расчётное сопротивление сжатию фанеры вдоль волокон наружных слоев:

fp.c.0.d · kmod · kt · ks = 17,0 · 0.95 · 1 · 0,9 = 14.54 МПа;

-расчётное сопротивление растяжению фанеры вдоль волокон наружных слоев:

fpt.0.d · kmod · kt · ks = 9,0 ·0.95 · 1 · 0.9 =  7.695 МПа;

-расчётное сопротивление изгибу фанеры вдоль волокон наружных слоев из плоскости листа:  

fp.m.90.d · kmod · kt · ks = 18,0 · 0.95 · 1 · 0,9 = 15.39 МПа;

-расчётное сопротивление скалыванию фанеры:  

fpv.0.d · kmod · kt · ks = 0,6 · 0.95 · 1 · 0,9 = 0.513 МПа;

-модуль упругости фанеры вдоль волокон наружных слоев:

Eр · kmod · kt = 7000 · 0.95 · 1 = 6650 МПа, 

где kmod = 0.95 – коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 6.3 /2/ в зависимости от класса условий эксплуатации и длительности нагружения (кратковременная нагрузка снеговая с полным значением);

kt = 1 – коэффициент, учитывающий температуру окружающего воздуха, принимаемый согласно п.2.1.2.5 /1/;

ks= 0,9  - коэффициент, учітывающий глубокую пропитку антипиренами, принимаемый согласно п.2.1.2.10 /1/.

1.4.2 Расчётные характеристики древесины

Для изготовления каркаса плиты применяется древесина II сорта, порода – ель. Расчетные характеристики определены, согласно таблице 2.4 /1/.

Расчётное сопротивление древесины изгибу:

fm.d · kmod · kt  · ks = 13 · 0.95 · 1 · 0,9 = 11.12 МПа.

Расчётное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон:

fv.0.d · kmod · kt ·ks  = 1,6 · 0.95 · 1 · 0,9 = 1.368 МПа.

Модуль упругости древесины при расчете на устойчивость и прочность по деформированной схеме, согласно п. 6.1.5.1 /2/:

-вдоль волокон:     

                                                            

E0 · kmod · kt = 6500 ·0.95 · 1 = 6175 МПа.

1.5 Определение геометрических характеристик расчетного поперечного сечения

Для удобства ведения последующих расчетов запишем основные размеры плиты в табличной форме.

      Таблица 1.2                   Основные размеры плиты, учитываемые в расчете

Показатели

Значение, мм

Размеры, мм

плиты

высота

h = 130

пролет

L = 4180

расстояние между осями продольных ребер

a = 487

расстояние между продольными ребрами в свету

a1 = 455

ребер

ширина

bw = 32 · 4 = 128

высота

hw = 120

верхней обшивки

ширина

B = 1518

толщина

ht.sup =10

расчетная ширина фанерной обшивки (учитывая концентрацию напряжений в обшивке в зоне соединения ее с ребрами)

bd  = 0,9· b = 0,9·1518 = 1366,

т.к. L ≥ 6a (4180 >6·487 = 2922)

Основные геометрические характеристики расчетного сечения плиты представлены на рисунке 1.3.

Рис. 1.3 Основные геометрические характеристики расчетного сечения плиты

Геометрические характеристики расчетного сечения, приведенные к фанере.

Коэффициент приведения сечения к фанере:

Площадь приведенного сечения:

Статический момент сечения относительно верхней грани обшивки:

Положение нейтральной оси:

Момент инерции относительно нейтральной оси:

Момент сопротивления в крайних сжатых волокнах обшивки:

Геометрические характеристики расчетного сечения, приведенные к древесине.

Коэффициент приведения сечения к древесине:

Площадь приведенного сечения:

Статический момент сечения относительно нижней грани ребер панели:

Положение нейтральной оси:

Момент инерции относительно нейтральной оси:

Момент сопротивления в крайних сжатых волокнах ребер каркаса :

Момент сопротивления в крайних растянутых волокнах ребер каркаса y2 = z0:

1.6 Расчет плиты по первой группе предельных состояний

Рис. 1.4 Расчетная схема плиты. Расчетная схема верхней обшивки

Определим расчетные усилия в сечениях плиты:

-изгибающий момент:

кНм;

-поперечная сила:

кН;

-местный изгибающий момент в верхней обшивке:

где а1 = 455 мм – расстояние между продольными ребрами в свету.

1.6.1 Проверка сжатой верхней обшивки на прочность и устойчивость

Проверку верхней обшивки на сжатие и устойчивость при изгибе производят по формуле

,

где  - коэффициент устойчивости фанеры, который зависит от толщины обшивки  и расстояния между рёбрами в свету а1 и находится из выражения

при   < 50.

.

Условие выполняется, следовательно, прочность и устойчивость верхней сжатой обшивки обеспечена.

1.6.2 Проверка верхней обшивки на местный изгиб между продольными ребрами от сосредоточенного груза

Проверку верхней обшивки на местный изгиб производим по формуле

,

при этом рассматриваем полосу шириной 1 м, момент сопротивления которой определяется по формуле

.

Условие выполняется, следовательно, прочность верхней обшивки на местный изгиб между продольными ребрами от сосредоточенного груза обеспечена.

1.6.3 Проверка на скалывание клеевого шва обшивки

Клеевые швы проверяют между слоями фанеры, ближайшими к ребрам по общей формуле на скалывание при изгибе, в которой учитывается приведенный к фанере момент инерции сечения, а расчетная ширина равна общей ширине ребер.

 f.d    fpv.o.d,

,

где Vd – расчетная поперечная сила, кН;

Ss.d  – статический момент сдвигаемой фанерной обшивки относительно нейтральной оси, м3;

bd  = bw – расчетная ширина сечения, м;

I pd.ef  – момент инерции сечения относительно нейтральной оси, м4.

Условие выполняется.

1.6.4 Проверка прочности продольных ребер при изгибе

Расчет производится по формуле изгиба, в которой принимается момент сопротивления сечения, приведенный к древесине.

.

.

Условие выполняется, следовательно, прочность продольных ребер на изгиб обеспечена.

1.6.5 Проверка продольных ребер на скалывание на уровне нейтральной оси

Продольные ребра проверяются на скалывание на уровне нейтральной оси по формуле на скалывание, в этом случае учитывается момент инерции, приведенный к древесине.

w.d    fv.o.d,

 ,

где

статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси.

 fv.0.d = 1.368 МПа.

1.7 Расчет плиты по второй группе предельных состояний

Проверку панелей по прогибам проводим по общей формуле прогиба свободно опертых балок с учетом модуля упругости древесины, причем относительный прогиб от нормативных нагрузок не должен превышать предельных величин, указанных в нормативных документах.

,

где  U0 /l   — относительный прогиб плиты постоянного сечения высотой (h) без учета деформаций сдвига;

Ulim/l – максимально допустимый относительный прогиб плиты, определяемый по таблице 19 /5/.

При ld = 4.138 м Ulim/l =1/169.

Расчет плиты по первой и второй группе предельных состояний показал, что плита удовлетворяет требованиям норм ТКП 45-5.05-146-2009. Следовательно, изначально принятые геометрические характеристики элементов плиты (фанерная обшивка, клееный деревянный каркас) не требуют коррекции.

2.  Конструирование и расчёт клеедеревянной арки кругового очертания

2.1 Исходные данные

Основной несущей конструкцией каркаса здания является трёхшарнирная клеедеревянная арка кругового очертания.

Пролёт арки 36 м, стрела подъема – 12 м, шаг арок 4.2 м.

Несущие конструкции выполнены из древесины второго сорта породы ель.

Ограждающие конструкции покрытия – клеефанерные плиты с одной верхней обшивкой, покрытие – 2 слоя мастичной кровли.

Район строительства – городской поселок Лынтупы.

2.2 Геометрические характеристики арки

Арка состоит из двух полуарок кругового очертания.

Радиус арки определяется по формуле

,

(2.1)

где l – пролет арки, м;  f – стрела подъема арки, м.

Центральный угол дуги полуарки находим по формуле

,

(2.2)

α = 67°.

Длина оси дуги арки определяется по формуле

,

(2.3)

Геометрические характеристики оси арки представлены на рисунке 2.1.

Для определения расчетных усилий разобьем полуарку на 10 равных участков. Дополнительно для расчета ветровой нагрузки в расчет принимаем еще 2 участка с ординатами 5.0 м и 8.4 м. Принимаем за начало координат левый опорный шарнир арки.

Рис. 2.1 Геометрические характеристики оси арки

2.3 Сбор нагрузок

На арку действуют постоянные нагрузки (вес всех элементов покрытия и собственный вес арки) и временные (вес снега и давление ветра).

Постоянная нагрузка.

Постоянная нагрузка от собственного веса арки считается равномерно распределенной по длине ее пролета. По длине оси арки эта нагрузка распределяется с учетом коэффициента

 

учитывающего разницу между горизонтальной проекцией арки и ее длинной (см. п. 10.3 с. 154 /1/).

Сбор постоянных нагрузок представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1                 Постоянные нагрузки, действующие на арку

Наименование нагрузок

Нормативная

Нагрузка,

кН/м2

Коэффициент

надёжности

по нагрузке

Расчётная

Нагрузка,

кН/м2

Постоянная

Клеефанерная плита и кровля

0.396

0.474

Собственный вес арки

0.116

1,1

0.128

Собственный вес арки:

(2.4)

где g1.k - постоянная нормативная нагрузка от покрытия, кН/м2;

qs.k – полное нормативное значение снеговой нагрузки, кН/м2;

ks.w = 2.67 – коэффициент собственного веса конструкции, определяемый по таблице 1.5 /1/ в зависимости от пролета конструкции;

l – пролёт арки, м.

Постоянная нагрузка, действующая на 1м длины арки:

gk = 0.396 ∙ 4.2 + 0.116 · 4.2 · 0.79 = 2.05 кН/м,

gd = 0.474 ∙ 4.2 + 0.128 · 4.2 · 0.79 = 2.42 кН/м.

Снеговая нагрузка.

Городской поселок Лынтупы находится в IIБ снеговом районе, для которого, согласно таблице 1.7 /1/, нормативное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли равно

S0 = 1.2 кПа.

Возможны следующие варианты распределения снеговой нагрузки, для которых определяются значения коэффициентов 1 и 2 по таблице 1.9/1/:

1 вариант:

1 = cos(1,8  ·) = cos (1.8 · 34) = 0.482,

qs.k.1 = S0  1 = 1.2 0.482 = 0.578 кН/м2,

где α = 34° - угол покрытия, град (см. раздел 1).

2 вариант:

1 = cos(1,8  ·) = cos(1.8 · 34) = 0,482,

2 = 2,4 · sin(1,4·) = 2,4 · sin(1,4 · 34) = 1.772.

qsk.2 = S0  1 = 1.2 0,482 = 0.578 кН/м2;

qsk.3 = S0  2 = 1.2 1.772 = 2.126 кН/м2.

Расчетное значение снеговой нагрузки определяется по формуле

qs.d. = qs.k. γq,

где γq – коэффициент надежности для снеговой нагрузки; γq = 1.6, так как gk / S0 > 0,8. 

Расчетная снеговая нагрузка:

qs.d.1 = 0.578 1.6 = 0.925 кН/м2;

qs.d.2 = 0.578 1.6 = 0.925 кН/м2;

qs.d.3 = 2.126 1.6 = 3.402 кН/м2.

Расчетная погонная снеговая нагрузка, действующая на 1 м арки:

qs.d.1 = 0.925 · 0,79 · 4.2 = 3.07 кН/м;

qs.d.2 = 0.925 · 0.79 · 4.2 = 3.07 кН/м;

qs.d.3 = 3.402 · 0.79 · 4.2 = 11.29 кН/м.

Рис. 2.2. Варианты распределения снеговой нагрузки

Ветровая нагрузка.

Нормативное значение средней ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли  определяем по формуле

,

(2.5)

где  - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района по таблице 1.10/1/;

- коэффициент, учитывающий  изменение ветрового давления по высоте, принимаемый по таблице 1.11/1/;

с – аэродинамический коэффициент, принимаемый по таблице 1.12/1/.

Ветровой район принимается по карте 3 обязательного приложения /5/. Для первого снегового района

w0 = 0,23 кПа.

Коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте для типа местности В

Аэродинамические коэффициенты:

cе1 = +0.4; cе2 = -1 – принимаются в зависимости от отношения f/l; cе = -0.4.

Коэффициент надежности для ветровой нагрузки  принимаем равным 1,4.

Схема действия ветровой нагрузки представлена на рисунке 2.3.

Рис. 2.3. Схема действия ветровой нагрузки

Расчетные значения ветровой нагрузки представлены в таблице 2.2.

   Таблица 2.2                      Определение расчетной ветровой нагрузки

Участки

Нормативное значение ветрового давления ω0, кПа

k

с

Коэффициент надежности по нагрузке γq.w

Расчетное значение ветрового давления, кН/м2

Расчетная нагрузка на погонный метр арки, кН/м

0 - 5 м

0,23

0.50

0,4

1,4

0,193

0,270

5 -8.4 м

0.60

0.4

0.232

0.325

8.4 – 10 м

0.65

-1

-0.628

-0.879

10 - 12 м

0.69

-1

-0.667

-0.934

12 - 10 м

0.69

-1

-0.667

-0.934

10 - 8.4 м

0.65

-1

-0.628

-0.879

8.4 - 5 м

0.60

-0.4

-0.232

-0.325

5 – 0 м

0.50

-0.4

-0.193

-0.270

2.4. Статический расчет арки

Статический расчет арки выполняем в программном комплексе Raduga 2.0.5.

Основная система: статически определимая трехшарнирная арка.

Результаты расчета представлены на рисунках 2.4 – 2.8.

Рис. 2.4  Расчетная схема арки с указанием нумерации стержней и узлов

Рис. 2.5 Наиболее опасный вариант нагружения: собственный вес + снеговая нагрузка по второму  варианту на половине пролета

Рис. 2.6  Эпюра изгибающих моментов

Рис. 2.7 Эпюра продольных сил

Наиболее нагруженный стержень 4, где действуют наибольший изгибающий момент и продольная сила:

Md = -160.56 кНм,

Nd = -90.78 кН.

Рис. 2.8 Внутренние усилия в наиболее нагруженном стержне

2.5  Конструктивный расчет арки

Для изготовления арок принимаем доски сечением 40225 мм из II сорта древесины породы ель.

Оптимальная высота сечения арки находится в пределах

h =.

Принимаем поперечное  сечение арки  215748 мм из 22 слоев толщиной 34 мм (с учетом припусков на механическую обработку, согласно таблицам 1.2, 1.3 /1/).

Площадь сечения арки:

Ainf  = b · h = 34 · 10-3 · 22 · 215 · 10-3 = 0,161 м2;

Момент сопротивления сечения арки:

Wi.d  = b · h2/6 = 215·10-3·(748·10-3)2/6 = 0,0200 м3.  

Согласно пункту 2.1.2 /1/ расчетное сопротивление древесины сжатию и изгибу равно

fm.d · kmod · kt · kh · ks · kδ · kr = 15 · 1,05 · 1 · 0,915 · 0,9 · 0,99 · 1 = 12.84 МПа,

fс.0.d · kmod · kt · kh · ks · kδ · kr = 15 · 1,05 · 1 · 0,915 · 0,9 · 0,99 · 1 = 12.84 МПа,

где kmod =1,05 – коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 2.6 /1/ в зависимости от класса условий эксплуатации и длительности нагружения;

kt = 1 – коэффициент, принимаемый согласно п.2.1.2.5 /1/;

kh = 0,915 при h = 748 мм – коэффициент, учитывающий изменение высоты сечения, принимаемый по таблице 2.7/1/;

ks= 0,9  - коэффициент, принимаемый согласно п.2.1.2.10 /1/.

kδ = 0,99 при δ = 34 мм – коэффициент, учитывающий изменение расчетных сопротивлений древесины в зависимости от толщины слоев в клееных элементах, принимаемый по таблице 2.8/1/;

kr = 1 при r/b = 19500/34 = 573 > 500 – коэффициент, учитывающий изменение расчетных сопротивлений для гнутых элементов, принимаемый по таблице 2.9/1/.

2.5.1. Расчет арки на прочность в плоскости действия внутренних усилий

Расчет арки на прочность выполняем в соответствии с указаниями пункта 7.6.1/2/ как для сжато-изгибаемого элемента (см. п. 10.8.2/2/) по формуле

,

(2.6)

где  - расчетное напряжение сжатия, МПа, определяемое по формуле 2.7;

Md – изгибающий момент от действия поперечной нагрузки, кНм;

fc.o.d – расчетное сопротивление древесины сжатию, МПа;

Wd – расчетный момент сопротивления поперечного сечения, м3;

Ainf – площадь расчетного сечения нетто, м2;

km.c – коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы, вследствие прогиба элемента.

Для шарнирно опертых элементов коэффициент km.c определяется по формуле

,

(2.7)

где kc – коэффициент продольного изгиба, определяемый по формуле 2.8 для λ > λrel.

(2.8)

где С = 3000 для древесины.

- гибкость арки, определяемая по формуле 2.9.

,

(2.9)

где ld = 0,58·S = 0,58 · 45.58 = 26.44 м – расчетная дина арки с углом перелома в ключе не более 10°;

i – радиус инерции сечения арки, м, определяемый по формуле

,

(2.10)

где Id.ef  – расчетный момент инерции сечения, м3.

,

(2.11)

где  - вероятный минимальный модуль упругости древесины вдоль волокон.

,

λ = 122.41 > λrel = 77.

Условие выполняется, следовательно, прочность сечения арки в плоскости действия внутренних усилий обеспечена.

2.5.2 Расчет арки на устойчивость плоской формы деформирования верхнего пояса

Расчет арки на устойчивость плоской формы деформирования следует производить по формуле для сжато-изгибаемых элементов сплошного сечения, согласно п. 7.6.7/2/

(2.12)

где n - показатель степени, учитывающий раскрепление растянутой кромки из плоскости деформирования, n = 1 для элементов, имеющих раскрепление растянутой кромки;

kc – коэффициент продольного изгиба, определяемый по формуле (2.8) для любой гибкости участка элемента расчетной длиной lm из плоскости деформирования;

lm = 3,036 м – расстояние между точками закрепления сжатой кромки арки, равное двойной ширине панели покрытия, так как связи по покрытию устанавливаются через одну плиту;

kinst – коэффициент, определяемый по формуле 2.13;

kmc – коэффициент, определяемый по формуле 2.7;

Asup – площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке lm, м;

Wsup  - максимальный момент сопротивления брутто на участке lm, м3; 

,

(2.13)

где kf = 3/(2 + α) = 3/(2+0.96) = 1.014 при  0 < α < 1 - коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке , определяемый по таблице 7.4 /2/.

kc = 0.2,

kmc = 0.78.

Условие выполняется, следовательно, устойчивость плоской формы деформирования арки обеспечена.

2.5.3. Расчет конькового узла

Для арок пролетом более 24 м коньковый узел выполняется с металлическим валиковым шарниром.

Расчёт производится на действие следующих усилий

-максимальной продольной силы:

-соответствующей поперечной силы:

Внутренние усилия в коньковом узле (№ 9) представлены на рисунке 2.9.

Рис. 2.9 Усилия в стержнях в коньковом узле

Проверка торцевого сечения на смятие выполняется по формуле

cm.0.d  k1·k 2 ·fcm.0.d,

(2.14)

где cm.0.d – расчетное напряжение смятия под опорной плитой, МПа, определяемое по формуле 2.17;

fcm.0.d – расчетное сопротивление смятию древесины вдоль волокон, МПа;

k1 и k2 – коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения напряжений под плитой башмака, определяемые по формулам 2.19, 2.20.

Расчетное сопротивление смятию древесины:

fcm.o.d · kmod · kt · kh · ks · kδ · kr = 15 · 1,05 · 1 · 0,915 · 0,9 · 0,99 · 1 = 12.84 МПа,

Все коэффициенты см. п. 2.5.

,

(2.14)

 

где Ad = hd · b – площадь опорной площадки торца полуарки, м2, определяемая из условия смятия по формуле 2.18;

Fd.0 – расчетное усилие, действующее перпендикулярно торцу полуарки, кН.

(2.15)

, следовательно,

Принимаем , тогда

Схема конькового узла полуарки представлена на рисунке 2.10.

Рис. 2.10. Схема конькового узла полуарки

.

,

(2.16)

,

(2.17)

где

;         

;

;          

.

Тогда

 

Условие выполняется, следовательно, прочность на смятие под опорной плитой обеспечена.

Металлические пластины крепятся к торцам полуарок при помощи болтов диаметром 18 мм. Фасонки выполняются из стальных листов толщиной 8 мм, шириной 180 мм и длиной 390 мм.

Минимальные расстояния между болтами определяются по таблице 4.6 с.278 /1/. Вдоль волокон между осями болтов и до торца элемента принимается расстояние не менее чем

7 · d = 7 · 18 = 126 мм.

Поперек волокон между осями болтов - не менее чем

3,5 · d = 3,5 · 18 = 63 мм,

поперек волокон до кромки элемента -  не менее чем

3 · d = 3 · 18 = 54 мм.

Усилия, действующие на болты:

.

Схема расположения болтов в башмаках арки и усилия, действующие на болты, показаны на рисунке 2.11.

Рис. 2.11. Схема расположения болтов в башмаках арки

Расчётная несущая способность соединения:

,

(2.18)

где  - минимальная несущая способность одного среза нагеля в соединении, кН;

nn – количество нагелей в соединении;

ns – количество швов в соединении для одного нагеля.

Расчётную несущую способность одного среза нагеля в двухсрезном соединении с обоими внешними элементами из стали следует принимать равной меньшему значению из полученных по формулам:

,

(2.29)

,

(2.20)

где  – толщина среднего элемента;

– диаметр нагеля;

– расчётное значение сопротивления изгибу болта, принимаемое по таблице 4.3/1/;

– коэффициент, зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к диаметру нагеля, принимаемый в зависимости от типа нагеля (таблица 9.4 /2/);

= 5 МПа – расчетные сопротивления смятию древесины  для симметричных соединений (таблица 4.2  /1/);

– коэффициент, учитывающий угол между силой и направлением волокон.

– минимальное значение несущей способности одного среза болта диаметром  16 мм.

Находим требуемое количество болтов при ns  =  2 – количество швов в соединении для одного нагеля:

- по внутренним осям

болта,

- по крайним осям

болт.

Расчётная несущая способность соединения:

> ;

> .

Окончательно принимаем в коньковом узле по 2 нагеля диаметром 18 мм по средним осям и по одному нагелю диаметром 18 мм по крайним осям для каждой стороны.

3. Мероприятия по обеспечению пространственной жёсткости и неизменяемости здания

Каркасные деревянные здания с плоскими конструкциями в зависимости от узловых соединений элементов каркаса между собой и фундаментами разделяют на четыре основных типа. Данное здание относится ко второму типу по требуемым связям, так как имеет каркас из плоских трёхшарнирных арок. Поперечная устойчивость здания обеспечена геометрически неизменяемыми конструкциями арок без постановки связей, а продольная не обеспечена.

Рёбра панелей покрытия выполняют роль распорок и являются элементами связей. Способ их крепления к несущим конструкциям каркаса позволяет получить только шарнирные соединения, поэтому в таком каркасе возможны перемещения. Для предотвращения деформаций опорного и конькового шарниров и обеспечения продольной устойчивости в проекте предусматриваем установку скатных связей (СС). Две смежные арки, объединённые посредством таких связей, образуют жёсткий пространственный блок.

Связевые фермы устанавливаем в торцах здания (в осях 1-2 и 17-18) и в центре в осях 8-9, так как максимальное расстояние между связевыми фермами не должно превышать 30 м.

В качестве поясов связевых ферм используются верхние пояса несущих конструкций. В качестве стоек используются продольные ребра плит покрытия. Решетка принимается раскосной из деревянных элементов, так как длина раскоса не превышает 6 м.

Кроме обеспечения пространственной жесткости и геометрической неизменяемости здания, связи обеспечивают также восприятие нагрузок, действующих из плоскости несущих конструкций (давление ветра) и передачу их через другие элементы каркаса на фундаменты, перераспределение нагрузок между элементами каркаса, фиксацию положения и обеспечение устойчивости конструкции во время монтажа.

Рис. 3.1 План покрытия здания с указанием видов и расположения связей:

СС – скатные связи

4. Мероприятия по обеспечению долговечности основных несущих и ограждающих конструкций

4.1 Защита от гниения

Защита деревянных конструкций от гниения имеет важнейшее значение для обеспечения их необходимой долговечности в любых условиях эксплуатации. Защита от гниения достигается путем стерилизации, конструктивной и химической защиты древесины.

Стерилизация древесины происходит естественно в процессе искусственной, особенно высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при температуре выше 80°С приводит к гибели всех присутствующих в ней спор домовых грибов. Такая древесина гораздо дольше сопротивляется загниванию и в первую очередь должна использоваться в конструкциях.  

 Конструктивная защита древесины обеспечивает такой режим эксплуатации конструкций, при котором её влажность не превышает благоприятного для загнивания уровня. Защита древесины закрытых помещений от увлажнения атмосферными осадками достигается полной водонепроницаемостью кровли, выполненной из высококачественных материалов. Защита древесины от увлажнения капиллярной влагой достигается отделением её от бетонных фундаментов слоями битумной либо оклеечной гидроизоляции. Деревянные конструкции опираются на фундаменты выше уровней пола и грунта. Так как здание относится к III классу по условиям эксплуатации, влажность в помещении превышает 75%, поэтому необходимо предусмотреть защиту древесины от увлажнения парами воздуха, которая достигается путем изолирования поверхности древесины водостойкими лакокрасочными материалами: лак ПФ-170, ГОСТ 15907, толщина покрытия 70 мкм. Защита древесины от конденсационной влаги обеспечивается устройством пароизоляции.

Для предохранения древесины от увлажнения в местах контакта с металлом на поверхности, контактирующие с древесиной, наносим мастику типа изол таким образом, чтобы при постановке на место детали плотно прилегали к древесине, а мастика, выдавливаясь, хорошо заполняла зазоры, между металлом и древесиной.

Химическая защита конструкций от загнивания необходима в тех случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Химическая защита таких конструкций достигается путем пропитки или покрытия их антисептиками. Торцы, опорные элементы, места пересечений с опорными стенами, обшивки ограждающих конструкций, связи подвергаются обработке водорастворимыми антисептиками – препарат ХМБ-444, пропитка способом «прогрев-холодная ванна».

4.2 Защита от возгорания

Цель защиты от возгорания: повышение предела огнестойкости. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты.

Конструктивная защита древесины от возгорания заключается в ликвидации условий, благоприятных для возникновения и распространения пожара. Деревянные ограждающие конструкции не имеют сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, не доступное для тушения. В проекте используются массивные клееные конструктивные элементы, имеющие большие пределы огнестойкости, чем дощатые.

Химическая защита деревянных конструкций от возгорания производится в тех случаях, когда от ограждающих деревянных конструкций требуется повышенная степень огнестойкости. Для огнезащитной пропитки древесины применяем вещества, называемые антипиренами. Эти вещества, введённые в древесину, при опасном нагреве плавятся или разлагаются, покрывая её огнезащитными плёнками или газовыми оболочками, препятствующими доступу кислорода к древесине, которая при этом может только медленно разлагаться и тлеть, не создавая открытого пламени и не распространяя огня. Пропитка древесины производится одновременно с пропиткой антисептиками.

Принимаем в качестве огнезащитного средства состав ЛПД-83 (ТУ 21-10-63-88).

Данные мероприятия по обеспечению долговечности несущих конструкций были учтены при расчётах соответствующим коэффициентом ks = 0,9.

Список использованных литературных источников

  1.  Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб.-метод. комплекс для студ. спец. 1-70 02 01 "Промышленное и гражданское строительство"/ Сост. и общ. ред. А.Р. Волик.- Новополоцк: ПГУ, 2005.-300с.
  2.  ТКП 45-5.05-146-2009 (02250) Деревянные конструкции. Строительные нормы проектирования/ Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2009.-63 с.
  3.  СТБ 1713-2007 Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия/ Госстандарт, 2007.-11с.
  4.  СНБ 8.03-112-2000 Кровли для городского строительства/ Минстройархитектуры Республики Беларусь.-Мн.: РУП "Минсктиппроект", 2001.-24с.
  5.  СНиП 2.01.07 – 85*. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР.– М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1986.-36с.

PAGE   \* MERGEFORMAT17


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19004. Принцип наименьшего действия (принцип Гамильтона). Уравнения Лагранжа 1.15 MB
  Лекция 2. Принцип наименьшего действия принцип Гамильтона. Уравнения Лагранжа Самая общая формулировка закона движения системы с степенями свободы дается принципом наименьшего действия или принципом Гамильтона. Согласно этому принципу каждая механическая сист
19005. Принцип относительности Галилея. Функция Лагранжа свободной материальной точки. Функция Лагранжа системы взаимодействующих частиц. Функция Лагранжа в декартовых и обобщённых координатах 275 KB
  Лекция 3. Принцип относительности Галилея. Функция Лагранжа свободной материальной точки. Функция Лагранжа системы взаимодействующих частиц. Функция Лагранжа в декартовых и обобщённых координатах Установим вид функции Лагранжа простейших механических систем и уста...
19006. Примеры нахождения функции Лагранжа, составления уравнений Лагранжа и их использования для описания движения простейших механических систем 1.35 MB
  Лекция 4. Примеры нахождения функции Лагранжа составления уравнений Лагранжа и их использования для описания движения простейших механических систем Рассмотрим применение метода Лагранжа к описанию движения простейших систем. Но сначала повторим основные идеи и р
19007. Интегралы движения. Однородность времени и закон сохранения энергии. Однородность пространства и закон сохранения импульса 328.5 KB
  Лекция 5. Интегралы движения. Однородность времени и закон сохранения энергии. Однородность пространства и закон сохранения импульса. Изотропность пространства и закон сохранения момента импульса Величины и меняются со временем. Однако существуют такие их комбина
19008. Общие свойства одномерного движения. Интегрирование уравнения одномерного движения. Период финитного движения в произвольном потенциале 301 KB
  Лекция 6. Общие свойства одномерного движения. Интегрирование уравнения одномерного движения. Период финитного движения в произвольном потенциале Одномерным называется движение системы с одной степенью свободы: . в самом общем виде функция Лагранжа выглядит так:
19009. Движение двух взаимодействующих частиц. Приведение к задаче о движении в цен-тральном поле. Общие закономерности движения в центральном поле 268 KB
  Лекция 7. Движение двух взаимодействующих частиц. Приведение к задаче о движении в центральном поле. Общие закономерности движения в центральном поле Полное аналитическое решение в общем виде допускает чрезвычайно важная задача о движении системы из взаимодействую
19010. Движение в центральном поле. Финитное и инфинитное движение. Падение на центр 828 KB
  Лекция 8. Движение в центральном поле. Финитное и инфинитное движение. Падение на центр Выберем начло координат в центре поля См. рисунок. В начальный момент времени частица находилась в какото точке имела импульс и следовательно имела относительно центра поля м...
19011. Общие закономерности движения частицы в кулоновском поле притяжения. Эффективный потенциал. Минимальное и максимальное расстояние до центра поля 1.28 MB
  Лекция 9. Общие закономерности движения частицы в кулоновском поле притяжения. Эффективный потенциал. Минимальное и максимальное расстояние до центра поля Рассмотрим движение частицы массы во внешнем поле ; 1 когда Это соответствует полю притяж...
19012. Движение в кулоновском поле притяжения (задача Кеплера). Классификация орбит при финитном и инфинитном движении 281 KB
  Лекция 10. Движение в кулоновском поле притяжения задача Кеплера. Классификация орбит при финитном и инфинитном движении В предыдущей лекции мы выяснили при каких значениях энергии движение будет инфинитным финитным а так же определили условия при которых траект