Проектирование несущих и ограждающих конструкций однопролетного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Строительных конструкций и технологий строительства»

КУРСОВАЯ РАБОТА

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ И ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ОДНОПРОЛЕТНОГО ЗДАНИЯ

Выполнил:

ст. гр. ПГС-12 Д.А. Литвинцев

Руководитель: доцент З. И. Гура

Братск 2015



Содержание

Введение

1. Проектирование ограждающей конструкции

1.1 Сбор нагрузок

1.2 Конструктивный расчет

1.2.1 Определение геометрических характеристик

1.2.2 Проверки в соответствии с методом предельных состояний

2. Проектирование несущей конструкции покрытия с опорным узлом

2.1 Сбор нагрузок

2.2 Определение геометрических размеров

2.3 Конструктивный расчет

2.4 Расчет опорного узла

3. Клеедощатая колонна однопролетного зданий

3.1 Предварительный подбор сечения колонны

3.2 Определение нагрузок на колонну

3.3 Определение усилий в колонне

3.4 Расчет колонны

3.4.1 Расчет на прочность по нормальным напряжениям

3.4.2 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования

3.4.3 Расчет на устойчивость из плоскости как центрально-сжатого стержня

3.5 Расчет узла защемления колонны в фундаменте

4. Обеспечение долговечности материалов строительных конструкций

4.1 Древесина

4.1.1 Гниение

4.1.2 Горючесть

4.1.3 Влияние влаги

4.1.4. Способы защиты древесины

Заключение

Список использованных источников

Введение

строительный конструкция несущий покрытие

Дерево в качестве строительного материала применяется с древнейших времен. Этому способствовало наличие лесов, легкость обработки и транспортировки деревянных элементов к месту строительства. Кроме того древесина обладает хорошими конструкционными качествами -- значительной прочностью и упругостью при сравнительно небольшой массе.

Применительно к нашей стране, в которой сосредоточены огромные лесные богатства, технико-экономическая целесообразность деревянного строительства не вызывала сомнений. С давних пор применялись в строительстве деревянные сооружения оборонительного, общественного, хозяйственного, жилищного и других назначений.

К недостаткам деревянных конструкций относится их подверженность увлажнению, биоповреждению (гниению) и возгоранию. Поэтому огромное значение при проектировании деревянных конструкций имеет разработка мер по защите древесины от увлажнения, гниения и возгорания.

Высокая прочность древесины позволяет создавать деревянные конструкции больших размеров для перекрытий зданий, имеющих пролеты до 100 метров и более.

Данный курсовой проект состоит из трех частей:

- проектирование ограждающих конструкций (плиты покрытия с обшивками из плоских листов стеклопластика и ребрами из стеклопластиковых швеллеров);

- расчет дощато-клееной двускатной балки;

- расчет поперечной рамы и конструирование колонны.

Расчет деревянных конструкций производится по двум предельным состояниям:

- на прочность с проверкой устойчивости сжатых и сжато-изогнутых элементов на действие расчетных нагрузок;

- по жесткости с проведением допустимых деформаций и перемещений от действия нормальных нагрузок.

Целью при выполнении данного курсового проекта является обеспечение конструкций устойчивого состояния при эксплуатации. Также необходимо обеспечить защиту от гниения и возгорания, и долговечную эксплуатацию всего промышленного здания.



1. Проектирование ограждающей конструкции

Ограждающие конструкции из пластмасс используют в виде панелей для стен и плит покрытий и перекрытий. В зависимости от вида основной несущей конструкции, назначения и предъявляемых к зданию требований плиты и панели бывают однослойными и многослойными, цельными и с проймами.

Основным преимуществом ограждающих конструкций из пластмасс является их малая масса. Благодаря уменьшению массы ограждающих конструкций снижается нагрузка, передающаяся на несущие конструкции, что уменьшает расход материала. Снижает расход на транспорт и монтаж конструкций, для которых используют механизмы меньшей грузоподъемностью. Все это во многих случаях снижает стоимость здания. Также изготавливаются максимальной заводской готовности, что уменьшает объем работ на месте строительства. Легкость и устойчивость при эксплуатации в агрессивных средах позволяет обеспечить достаточную их долговечность.

В данном курсовом проекте рассчитывается плита покрытия ребристая с обшивками из плоских листов стеклопластика и ребрами из стеклопластиковых швеллеров.

Рисунок 1.1 Эскиз плиты



1.1 Сбор нагрузок

Плита покрытия состоит из нижней и верхней обшивки, толщина которых равна для стеклопластика 3 мм. В качестве утеплителя принимаем поли-стирольный пенопласт (ПС-5ст), высотой 120 мм (), плотностью 25 кг/м.

Продольные и поперечные ребра в виде швеллеров принимаем по сортаменту (№ 19). Высоту плиты принимаем в соответствии с формулой:

; (1.1)

.

Таблица 1.1

Сбор нагрузок на плиту

Вид нагрузки	f	Нагрузка, кН/м2	B, м	Нагрузка на погонный метр кН/м
		qн	qрасч		qн	qрасч
1	2	3	4	5	6	7
1. ПОСТОЯННЫЕ: 1.1. Верхняя обшивка и нижняя обшивка 1.2. Продольные ребра 1.3. Поперечные ребра 1.4. Утеплитель 1.5. Пароизоляция (д=0,0001) 1.6. Заделка стыков (10% от массы плиты)	1,1 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3	0,0960 0,11 0,024 0,0375 0,001 0,026	0,106 0,121 0,0264 0,045 0,0012 0,0338	1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2	0,1152 0,132 0,028 0,045 0,0012 0,0312	0,127 0,145 0,032 0,054 0,0014 0,041
Итого постоянная:		0,286	0,3718		0,3214	0,3594
2. ВРЕМЕННЫЕ 2.1. Снеговая нагрузка	1,4	1,07	1,5	1,2	1,284	1,8
Полная с учетом невыгодного загружения		1,356	1,8718		1,605	2,159

Так как ветровая нагрузка отрицательная, т.е. разгружающая, то далее в расчетах ее не учитываем.

Комментарий к сбору нагрузок.

1) Расчет верхней и нижней обшивки:

, (1.2)

где = 16 кН/м- плотность для стеклопластика;

- толщина верхней обшивки.

;

2) Расчет продольных ребер:

(1.4)

где - площадь ребра (по сортаменту);

- количество ребер (принимаем 4 ребра);

- ширина ребра

;

3) Расчет поперечных ребер:

(1.5)

где - количество ребер (принимаем 12 ребер);

- масса одного ребра (по сортаменту);

- длина плиты.

;

4) Расчет утеплителя:

(1.6)

где S_ут - площадь утеплителя, вычисляется по формуле:

- плотность утеплителя (полистиройный пенопласт-=0,25 кН/м);

5) Расчет снеговой нагрузки:

S^Н = 0,7S_g ??с_е?c_т, (1.7)

S = S₀?г_f, (1.8)

где = 1,8 кН/м² (для ІІІ снегового района);

- понижающий коэффициент, п. 5.5* [1].

Если <25, то =1

- ширина покрытия, м;

k - коэффициент зависящий от высоты здания и типа местности, определяется по табл.6 [1].

Так как скорость ветра не превышает 2 м/с, то =0,85. Коэффициент с_Т, учитывающий кровлю, равен 1.

S^Н = 1,8 ? 1 ? 0,85? 0,7 = 1,07 кН/м²

6) Расчет ветровой нагрузки:

Рисунок 1.2 Схема для расчета ветровой нагрузки

W=W₀ ? k ? c, (1.9)

где W₀ = 0,3 кН/м² (для II ветрового района);

к - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

к = 0,5 (по СниП 2.01.07-85 для h = 5 м);

с = -0, 8 - аэродинамический коэффициент(СНиП 2.01.07-85, приложение4).

Тип местности - В

W = 0,3?0,5?(-0,8) = - 0,12 кН/м²



1.2 Конструктивный расчет

1.2.1 Определение геометрических характеристик

Рис. 1.3 Для определения геометрических характеристик

При определении геометрических характеристик поперечных ребер нет, т. к. они приняты конструктивно.

Определение геометрических характеристик:

, (1.11)

где - расчетная ширина, вычисляется по формуле:

, (1.12)

- ширина плиты покрытия.

.

д_в - толщина верхней обшивки, м;

д_н - толщина нижней обшивки, м;

с_вх - расстояние от середины верхней обшивки до оси “Х”;

- расстояние от середины нижней обшивки до оси “Х”;

n - количество продольных ребер, шт;

I_р - момент сопротивления ребра, м⁴;

F_p - площадь ребра, м²;

Е_р, Е_об - соответственно модуль упругости ребер и обшивок.

, (1.13)

где h₀ - расстояние между центрами обшивок, м.

.

, (1.14)

, (1.15)

, (1.16)



1.2.2 Проверки в соответствии с методом предельных состояний

1) Проверяем нижнюю растянутую обшивку:

(1.17)

где - коэффициент, учитывающий ответственность здания, = 0,9;

- действующий момент, определяется по формуле:

(1.18)

где q-распределенная нагрузка;

l- длина обшивки.

,

Rp= 60 Мпа = 6 * 10⁴ кН/м²

кН/м² ? 60000/0,95=63158 кН/м²

2) Проверяем верхнюю сжатую обшивку:



Рисунок 1.4 К расчету верхней обшивки

а) на местный изгиб:

(1.20)

,

где - расстояние между осями двух соседних ребер плиты, .

,

,

,

Расчетное сопротивление R = 90000кН/м²

кН/м² ? 90000/0,95=94736,84 кН/м²

б) на устойчивость:

(1.21)

где ц_ст - коэффициент устойчивости обшивки зависит от:

; (1.22)

Е=Е_крn_вр; (1.23)

R_с= R_{кр пр}·m·k_т·k_gc;

л=, (1.24)

R = 110000 кН/м²

кН/м²? 110000/0,95=115789,47 кН/м²

Условие выполняется, устойчивость обеспечена.

3) Проверяем ширину сечения продольных ребер на касательные напряжения:

а) в клеевом шве по ширине сечения продольных ребер на скалывание:



(1.25)

кН

см

Расчетное сопротивление определяем по формуле (1.19):

R = 45000

кН/м² ?45000 /0,95 =47368,4 кН/м²

4) Проверка по деформациям плиты:

(1.26)

МПа

м

м? 0,0247 м

В данном разделе были подобраны основные параметры плиты покрытия и материалы, из которых она должна быть изготовлена. Также выполнены проверки этой плиты на прочность и жесткость. Плита покрытия ребристая с обшивками из плоских листов стеклопластика толщиной 3 мм и ребрами из стеклопластиковых швеллеров №18. Плита обеспечивает совместную работу на изгиб всех элементов включая ребра. Также является эффективной с точки зрения массы, теплотехники, прочности и жесткости.



2. Проектирование несущей конструкции покрытия

Дощатоклееные балки обладают рядом преимуществ перед другими составными балками:

1. Они работают как монолитные;

2. Их можно изготовить с поперечным сечением большой высоты;

3. В балках длиной более 6 м отдельные доски стыкуют по длине с помощью зубчатого шипа и, следовательно, балки не будут иметь стыка, ослабляющего сечение;

4. В дощатоклееных балках можно рационально размещать доски различного качества по высоте. Слои из досок первого или второго сортов укладывают в наиболее напряженные зоны балки, а слои из досок второго или третьего сортов -- в менее напряженные места. В дощатоклееных балках можно также использовать маломерные пиломатериалы.

Синтетические клеи для склеивания древесины назначаются в зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации клееных конструкций. В настоящее время наибольшее распространение получили резорциновые и фенолоно-резорциновые клеи (ФР-12, ТУ 6-05-1748-75; ФРФ-50, ТУ 6-05-281-14-77).

Для пролетов 6--24 м в качестве основных несущих конструкций применяют балки, склеиваемые из досок плашмя. Высоту балок принимают в пределах 1/10 - 1/17l. Ширину балок целесообразно брать минимальной и определенной из условия опирания панелей покрытия и обеспечения монтажной жесткости. Уклон граней двускатных балок принимают 0,05 %.

Рисунок 2.1 Эскиз балки



2.1 Сбор нагрузок

При определении нагрузки на балку ввиду малого уклона считаем, что вес на 1 м² горизонтальной проекции покрытия равен весу, приходящемуся на 1 м² поверхности покрытия.

Таблица 2.1

Сбор нагрузок на балку

Вид нагрузки	f	Нагрузка, кН/м2	B, м	Нагрузка на погонный метр кН/м
		qн	qрасч		qн	qрасч
1	2	3	4	5	6	7
1. ПОСТОЯННЫЕ: 1.1. От ограждающей конструкции покрытия 1.2. От собственного веса балки	-- 1,1	0,286 0,132	0,3718 0,1452	4,2 4,2	1,201 0,5544	1,562 0,609
Итого постоянная:		0,418	0,517		1,7554	2,171
2. ВРЕМЕННЫЕ 2.1. Снеговая нагрузка	1,4	1,07	1,5	4,2	4,494	6,3
Итого:		1,488	2,017		6,2494	8,471

Собственный вес балки определяется по формуле:

(2.1)

где м - расчетный пролет;

к_с.в. = 5,9 - коэффициент, учитывающий собственный вес балки, по табл. 1.1 [1].



кН/м²

2.2 Определение геометрических размеров балки

Односкатная Дощато-клееная балка с уклоном верхней грани i=0,05 изготовлена из сосновых досок 2 сорта размером 150Ч40 мм. Доска после фрезерования будет иметь размер 140Ч33 мм. Высота балки была принята ранее в п. 1.1

Корректируем полученные размеры:

h_тр = 30 ? 3,2 = 96 см

h_оп = 0,6?96= 57,6 см,

следовательно h_оп = 18?3,2 =57,6 см.

2.3 Проверка принятого сечения

1) Сечение с максимальными нормальными напряжениями находится на расстоянии х от левой опоры опор:

, (2.2)

.

Изгибающий момент в этом сечении:

кНм =19222 кНсм.

Высота балки в сечении х =5,0735 м:

h_х = h_оп + х?i=57,6 +441?0,05 = 79,65 см.

Момент сопротивления:

см³

Максимальное напряжение:

кН/см²=11,3МПа ? R_и m_у m_сл /г_n=11,4 МПа

где =0,95 - коэффициент надежности по назначению .

2) Проверяем прочность по максимальным касательным напряжениям.

Момент инерции в опорном сечении:

см⁴

Статический момент:

см³

Максимальная поперечная сила:

кН.

Касательные напряжения в опорном сечении:

кН/см² =

=1,08 МПа ? R_ск ? m_сл/г_n = 1,42 МПа.

3) Проверка устойчивости плоской формы деформирования по формуле:

, (2.3)

Связями являются плиты покрытия шириной l_p = 1,2м. Коэффициент ц_м находим по формуле:

, (2.4)

Для этого определяем моменты:

а) в сечении х₁ =4,41+1,2 =5,61 м:

кН?м.

б) в сечении х₂ =4,41-1,2 =3,21 м:

кН?м.

По табл. 2 прил. 4 [2] определяем:

К_ф = 1,75 - 0,75? = 1,75 - 0,75 ? 0,72 = 1,21

Поскольку балка не имеет закреплений из плоскости по растянутой кромке, согласно п. 4.14 [2] коэффициент ц_м следует умножать на дополнительный коэффициент к_жм, определяемый по табл. 2 прил. 4 [2]:

Тогда коэффициент:

4) Проверяем устойчивость:

кН/см² = 3,9 МПа ? R_и? m_у ? m_сл ? m_а/г_n = 11,4 МПа

5) Проверяем жесткость балки по формуле:

, (2.5)

Момент инерции в середине балки:

см⁴

см.

где

Коэффициент с определяем по табл. 3 прил. 4 [2]:

Полный прогиб балки:

см.

Предельный прогиб для l = 15 м по табл. 2.2 с учетом интерполяции:

см,

т.е. f = 5,4 см ? f_u = 5,45 см, следовательно балка запроектирована верно.

6) Расчет опорного узла:



Рисунок 2.2 Опорный узел балки

Определяем ширину опоры:

(2.6)

где R_см = 0,3 кН/см² = 3 МПа - расчетное сопротивление смятию поперек волокон в опорных частях конструкции, табл.3 [2].

см.

Принимаем 2 бруса сечением 125Ч100мм, который является одновременно и горизонтальной связью между колоннами и опорной подушкой.

Требуемая площадь анкерных болтов:



(2.7)

где R = 21 кН/см² = 210 Мпа - расчетное сопротивление стали.

см²

Принимаем 4 болта диаметром 10 мм с площадью по нарезке:

F = 4?2,18 =4,36 см² > F_тр

Двускатная Дощато-клееная балка с уклоном верхних граней i=0,05 изготовленных из сосновых досок 2 сорта размером 140Ч33 мм. Высота на опорах 891 мм. Балка соединяется с колонной при помощи двух обвязочных брусов 125Ч100мм с закреплением 4 болтами диаметром 10 мм. Для склеивания древесины в данном курсовом проекте используют фенолоно-резорциновый клей.



3. Дощатоклееная колонна однопролетного здания

Дощатоклееные колонны для зданий с напольным транспортом и подвесными кранами проектируют, как правило, постоянного по высоте сечения. Колонна рассчитывается на вертикальные постоянные нагрузки от веса покрытия, стенового ограждения и собственного веса.

Поперечная рама, состоящая из двух колонн, защемленных в фундаментах и шарнирно связанных с ригелем (балкой, фермой, аркой), представляет собой однажды статически неопределимую систему

3.1 Предварительный подбор сечения колонны

Предельная гибкость для колонн равна 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда при = 100 и распорках, располагаемых по верху колонн,

; ;

; .

При высоте здания Н = 5 м получим:

h_к = 5,6/13 = 0,431 м;

b_к = 5,6/29 = 0,193 м.

Принимаем, что для изготовления колонн используются доски шириной 225 и длиной 40 мм. После фрезерования толщина досок составит 33 мм. Ширина колонны после фрезерования заготовочных блоков по пласти будет 210 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет:

h_к = 12•33 =429 мм;

b_к =210 мм.

3.2 Определение нагрузок на колонну

Определим действующие на колонну расчетные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Подсчет нагрузок горизонтальной проекции дан в табл. 3.

Таблица 3.1

Горизонтальные нагрузки, действующие на раму

Нагрузка	Нормативная, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке, гf	Расчетная, кН/м2
Постоянная от покрытия (по табл.1.1) Собственный вес дощатоклееной балки	0,286 0,132	-- 1,1	0,3718 0,1452
Итого:	0,515		0,57
Снеговая для ІІІ района Навесные стены (по табл.1.1) Собственный вес колонны, кН 0,21 • 0,429 • 5,6 • 5 Ветровая нагрузка: Wm = w0 • k • c, w0 = 0,3 кН/м2 При Z = 6,362 м; k = 0,554: Wm акт = 0,3 • 0,554 • 0,8 Wm от = 0,3 • 0,554 • 0,5 При Z = 5 м; k = 0,5: Wm акт = 0,3 • 0,5 • 0,8 Wm от = 0,3 • 0,5 • 0,5	1,07 0,286 2,52 1,19 -0,12 0,12 -0,075	- - 1,1 1,4 1,4 1,4 1,4	1,5 0,3718 2,77 0,266 -0,172 0,168 -0,105

Нагрузки на колонну:

От ограждающих конструкций покрытия:

расчетный пролет l = l_св - h_к = 15 - 0,429= 14,571 м

Полная ширина покрытия здания:

, (3.1)

м

где l_св - пролет здания в свету;

_ст - толщина стены;

а_к - вылет карниза.

, (3.2)

От снега:

, (3.3)

От веса ригеля (клеефанерной балки):

, (3.4)

От стен:

G_ст = g_ст (H + h_оп^/) S = 0,3718•(5,6 +0,762) •4,2 = 9,935 кН/м²

Ветровая нагрузка, передаваемая от покрытия, расположенного вне колонны:

W_акт = 0,224 • S • h^/_оп = 0,224 •4,2 •0,762 = 0,717 кН;

h^/_оп = 0,576 + 0,189 =0,762 м;

W_от =0,14 • S • h^/_оп = 0,14 •4,2•0,762 =0,448 кН.

Нагрузки от ветра:

q_акт = 0,193 • S = 0,193 •4,2=0,81 кН/м;

q_от = 0,121 • S = 0,121 •4,2= 0,51 кН/м.

3.3 Определение усилий в колонне

Поперечную раму однопролетного здания, состоящую из двух колонн, жестко защемленных в фундаментах и шарнирно соединенных с ригелем в виде балки, рассчитывают на вертикальные и горизонтальные нагрузки (см. Лист 2). Она является однажды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля (условное допущение) за лишнее неизвестное удобно принять продольное усилие в ригеле, которое определяют по известным правилам строительной механики.

Определение изгибающих моментов (без учета коэффициентов сочетаний):

от ветровой нагрузки: усилие в ригеле

изгибающий момент в уровне верха фундамента:

От внецентренного приложения нагрузки от стен:

эксцентриситет приложения нагрузки от стен:

, (3.6)

изгибающий момент, действующий на стойку рамы:

, (3.7)

усилие в ригеле (усилие растяжения):

, (3.8)

изгибающие моменты в уровне верха фундамента:

;

.

Определение поперечных сил (без учета коэффициентов сочетаний):

от ветровой нагрузки:

;

от внецентренного приложения нагрузки от стен:

.

Определение усилий в колонне с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний.

ПЕРВОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:

Моменты на уровне верха фундаментов:

;

;

.

Для расчета колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения:

ВТОРОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:



ТРЕТЬЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:

изгибающие моменты в уровне верха фундамента:

;

;

поперечная сила:

нормальная сила (продольная сила):

3.4 Расчет колонны

3.4.1 Расчет на прочность по нормальным напряжениям

Расчет производится на действие N и M при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле п. 4.16 СНиП ІІ-25-80:

М = 18,312 кН•м; N = 78,181 кН

Расчетная длина (в плоскости рамы):

l₀ = 2,2 ? Н = 2,2 ? 5,6 = 12,36 м

Площадь сечения колонны:

F_нт F_бр = h_к ? b_к = 0,210 ? 0,429 = 9,01?10^-2 м².

Момент сопротивления:

м³.

Гибкость:

;

.

При древесине третьего сорта и при принятых размерах сечения по табл. 3 СНиП ІІ-25-80 принимаем R_c = 11 МПа. С учетом m_н, m_сл = 1 и коэффициента надежности г_n = 0,95 получим:

МПа.

, (3.9)

, (3.10)

При эпюре моментов треугольного очертания (по СНиП ІІ-25-80*) вводится поправочный коэффициент к о:



.

В данном случае эпюра момента близка к треугольной:

кН? м;

мПа < 13,89 МПа.

Оставляем принятое ранее сечение, исходя из необходимости ограничения гибкости.

3.4.2 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования

Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле СНиП ІІ-25-80. Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн. Тогда

l_р = Н, l₀ = Н.

, (3.11)

Показатель степени n=2 как для элементов, не имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования:

R_и = R_с = 13,89 МПа;

;

;

.

Применительно к эпюре моментов треугольного очертания (см. табл. 2, прил. 4 СНиП ІІ-25-80):

k_ф = 1,75 - 0,75 • d = 1,75 - 0,75 • 0 = 1,75;

d = 0, так как момент в верхней части колонны равен 0:

Следовательно, устойчивость обеспечена.

3.4.3 Расчет на устойчивость из плоскости как центрально-сжатого стержня

ц = 0,352 (см. расчет на устойчивость плоской формы деформирования);

N = 78,19 кН (для второго сочетания нагрузок):

, (3.12)

F_расч = F_нт = F_бр = 9,01 • 10^-2 м²;

R_c = 11/0,95 = 11,57 МПа

МПа < 11,57 МПа.

Устойчивость обеспечена.



3.5 Расчет узла защемления колонны в фундаменте

Принимаем решение узла защемления колонны в фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В25 (R_в > R_с = R_см = 13,89

МПа), из которой выпущены 4 стержня арматуры периодического профиля из стали класса А300 (см. рис. 3.1). Вклеивание арматурных стержней в древесину осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея ЭПЦ-1.

Рисунок 3.1 Конструкция узла защемления колонны

Предварительно принимаем диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диаметр отверстия будет:

d_отв = d_а + 5 = 18+5 = 23 мм

Расстояние между осью арматурного стержня до наружных граней колонны должно быть на менее 2d_а: а = 2•18 = 36 мм. При определении усилий в арматурных стержнях учитываем, что прочность бетона на смятие больше прочности древесины.

Пренебрегая (для упрощения расчета) работой сжатых арматурных стержней, усилия в растянутых арматурных стержнях находим, используя два условия равновесия (рис. 3.2)

: ; (3.13)

: .

При N = 78,2 кН; M_д =35,75 кН•м; R_см = 13,89 МПа; b_к =0,21 м; h_к = 0,431 м получим:

N_а = 0,085кН;

х = 0,64 м.

Требуемая площадь арматурных стержней (МПа) определяется:

, (3.14)

м²

Ставим 2 стержня диаметром 12 мм, для которых:

F_а = 2 • 2,54 = 5,08 см² > 2,88 см²

Определим расчетную несущую способность вклеиваемых стержней на выдергивание по формуле (см. пп. 5.30, 5.31, 5.32 СНиП ІІ-25-80):

, (3.15)

Предварительно принимаем длину заделки стержня 360 мм (20d_a), получим:

МН > N_а = 0,85 МН.

Следовательно, несущая способность соединения достаточна.

Помимо анкерных стержней целесообразна установка дополнительных анкерных стержней по боковым граням колонны для обеспечения более надежного соединения приставки с клеедощатой колонной.



4. Обеспечение долговечности материалов строительных конструкций

Конструкции покрытия состоят из таких материалов, как древесина, фанера, металлические детали крепежа. Наряду с положительными свойствами этих материалов есть и отрицательные. Например, древесина подвержена гниению и возгоранию, а металл - коррозии.

В этом разделе описаны способы защиты материалов от вредного воздействия агрессивных сред.

4.1 Древесина

Дерево в качестве строительного материала применяется с древнейших времен. Легкость обработки и транспортировки деревянных элементов к месту строительства. Кроме того древесина обладает хорошими конструкционными качествами -- значительной прочностью и упругостью при сравнительно небольшой массе.

4.1.1 Гниение

Несмотря на достоверные факты, капитальность деревянных сооружений подвергается сомнению из-за повсеместно наблюдаемых случаев биологического разрушения деревянных элементов, которое происходит вследствие гниения древесины или разрушения древесины насекомыми-вредителями. Наиболее опасно для конструкций гниение--процесс жизнедеятельности грибов.

В результате гниения образуются конечные продукты, получаемый также в результате горения: каждый килограмм древесины превращается в 55% воды и углекислый газ, выделив при этом определенное количество тепловой энергии. В отличие от физико-химического процесса горения, гниение-- процесс биологический, протекающий годы и десятилетия при Т от 0 до 40 С лишь во влажной среде.

Заражение деревянных конструкций спорами грибов возможно повсеместно. При одном созревании тело выделяет десятки миллиардов спор. В природе существует более 1000 разновидностей дереворазрушающих грибов, наиболее распространенные из них: настоящий домовый, пористый, пленчатый, шахтный, щпальный и столбовой грибы.

Наиболее опасны грибы, уничтожающие лигнин или целлюлозу или и то, и другое. При длительном воздействии эти грибы полностью, губят дерево.

Избежать гниения древесины, достаточно исключить хотя бы одно из трех условий, необходимых для жизнедеятельности грибов: температуру от 0 до 40 С, доступ кислорода воздуха и влажность древесины выше 20%. При этом надо иметь в виду, что споры грибов очень жизнеспособны и при многолетнем пребывании в условиях минусовых температур или под водой они не погибают, а лишь временно замирают.

Практически два первых условия при эксплуатации строительных конструкций исключить невозможно. Следовательно, в процессе эксплуатации (а большинство деревянных конструкций рассчитаны на воздушно-сухое состояние древесины) необходима защита конструкций от всевозможных видов увлажнения.

Защита от гниения имеет важнейшее значение для обеспечения долголетней службы деревянных конструкций.

4.1.2 Горючесть

Горение представляет собой реакцию соединения горючих компонентов древесины с кислородом воздуха, сопровождающуюся выделением тепла или дыма, появлением пламени и тления. Возгорание древесины может возникнуть в результате кратковременного нагрева ее до температуры 250 °С или длительного воздействия более низких температур. При горении происходит химическая деструкция (пиролиз) древесины. Вначале в результате повышения температуры из древесины испаряется, влага и пока влага не испарится, температура древесины остается 100 °С. С повышением температуры до 150--210 °С древесина высыхает, изменяет цвет (желтеет), появляются первые признаки химической деструкции -- обугливание ее. Термическое разложение отдельных компонентов древесины происходит при различной температуре: гемицеллюлозы 160--170, целлюлозы 280-- 380, лигнина 200--500 ^СС.

Таким образом, при нагревании древесины до температуры пожаров (800--900 ^СС) происходит ее термическое разложение с образованием смеси газообразных продуктов и твердого остатка в виде угля.

Интенсивность горения зависит от подачи и количества кислорода воздуха, от поверхностной активности и взаимного обогрева горящих поверхностей древесины. Чем больше омываемая воздухом поверхность данного объема древесины и чем интенсивнее движение воздуха (тяга), тем больше скорость горения. Большое значение при этом имеет взаимный обогрев горящих поверхностей. Деревянные элементы, состоящие из отдельных досок с зазорами между ними, быстрее нагреваются до температуры возгорания, чем монолитные, в результате взаимного обогрева. Наиболее огнестойкими являются клееные или массивные элементы из цельной древесины.

Под действием температуры деревянный элемент главным образом благодаря своей низкой теплопроводности значительно медленнее теряет прочность, чем металлический элемент. Чем больше размеры деревянного элемента, тем выше его огнестойкость.

Таким образом, следует выделять различные степени огнестойкости зданий и сооружений, которые определяются пределами огнестойкости основных строительных конструкций и пределами распространения огня по этим конструкциям.

Огнестойкостью называется способность строительных элементов и конструкций сохранять несущую способность, а также сопротивляться образованию сквозных отверстий, прогреву до критических температур и распространению огня. Предел огнестойкости определяется временем (в часах или минутах) от начала огневого стандартного испытания образцов до возникновения одного из предельных состояний элементов и конструкций. Предельное состояние конструкций характеризуется несущей способностью, теплоизолирующей способностью (по повышению температуры на необогреваемой поверхности) и плотностью.

4.1.3 Влага в древесине

Различают два вида влаги, содержащейся в древесине, - связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Кроме свободной и связанной влаги различают влагу, входящую в химический состав веществ, которые образуют древесину (химически связанная влага). Эта влага имеет значение только при химической переработке древесины.

Максимальное количество связанной влаги называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения волокон древесины и составляет 30%. Дальнейшее увеличение влажности может происходить только за счет свободной влаги, т. е. путем заполнения пустот в древесине. При изменении влажности от нуля до предела насыщения клеточных оболочек объем древесины увеличивается (разбухает), а снижение влажности в этих пределах уменьшает его размеры (усушка). Чем плотнее древесина, тем больше ее разбухание и усушка. Соответственно различны разбухание и усушка у поздней, более плотной, и у ранней древесины.

При повышении влажности древесины от нулевой до точки насыщения волокон примерно до 30 % ее прочность, в том числе и длительная, уменьшается, деформативность увеличивается и модуль упругости снижается. В наименьшей степени влажность влияет на ударную прочность древесины и на прочность при растяжении вдоль волокон. В других случаях влияние влажности сравнительно велико и при ее изменении на 1 % прочность меняется на 3--5 %. Повышение влажности древесины свыше точки насыщения волокон не приводит к дальнейшему снижению ее прочности.

Влажность определяют взвешиванием до и после высушивания до постоянного веса в сушильном шкафу образцов небольших размеров. В производстве влажность сортаментов можно определять, не вырезая образцов, с помощью электровлагомера, действие которого основано на изменении электропроводности древесины в зависимости от ее влажности.

4.1.4 Способы защиты древесины

Способы защиты древесины химическими средствами, выбирают в зависимости от условий эксплуатации конструкций, вида химических средств защиты и требуемой глубины проникновения химических веществ, что определяется сроком службы конструкций.

При выборе способа защиты большое значение имеет плотность древесины и ее влажность. Большинство способов предполагает, что влажность древесины должна быть не более 12--15%. Влажную древесину (50-70%) следует пропитывать легкорастворимыми и легкодиффундирующими составами, такими, например, как ББ-32 или КФА.

В зависимости от породы и анатомического строения древесина обладает различной способностью впитывать защитные средства. Иногда для улучшения пропитки применяют специальную подготовку поверхности древесины накалыванием. Глубина накалывания должна соответствовать глубине пропитки, но не превышать для крупных лесоматериалов 20 мм, для пиломатериалов толщиной более 50 мм -- 15 мм и для пиломатериалов толщиной от 25 до 50 мм их толщины. Накалывание производят по всей поверхности лесоматериалов и изделий, за исключением торцов. Размер накола в направлении вдоль волокон древесины 10--20 мм, поперек --2--3 мм.

Наиболее простым способом защиты древесины является поверхностная обработка химическими составами кистью или краскораспылителем в один или три слоя с интервалами после каждого слоя для лучшего впитывания раствора. Такой способ используют для защиты готовых, например клееных, конструкций. Толщина защитного слоя 0,3--1 мм.

Существует 3 вида защиты от гниения:

1. Стерилизация древесины - происходит в процессе искусственной, особенно высокотемпературной, сушки. Прогрев древесины при температуре выше 80⁰С приводит к гибели всех присутствующих в ней спор домовых грибов. Такая древесина гораздо дольше сопротивляется загниванию и должна в первую очередь применяться в конструкциях;

2. Конструктивная защита - обеспечивает такой режим эксплуатации конструкций, при котором ее 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 осуществляется отделением ее от бетонных и каменных конструкций слоями битумной гидроизоляции;

3.Химическая защита - заключается в пропитке или покрытии конструкций ядовитыми для грибов веществами - антисептиками. Наиболее эффективна пропитка под давлением.

Для проектируемого здания следует применить следующие способы защиты конструкций:

- подвергнуть древесину качественной сушке;

- обработать поверхности маслянистыми антисептиками, что защитит древесину и от грибов, и от личинок жуков-точильщиков;

- в местах примыкания деревянных конструкций к бетону (например, колонны к фундаменту) проложить 2 слоя битумной гидроизоляции (рубероида).

Целью защиты от возгорания является повышение предела огнестойкости деревянных конструкций, с тем, чтобы они дольше сопротивлялись возгоранию и в процессе горения не создавали и не распространяли открытого пламени. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты.

1. Конструктивная защита заключается в ликвидации условий, благоприятных для возникновения и расширения пожара. Для предотвращения распространения огня деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из огнестойких конструкций. Обыкновенная штукатурка значительно повышает сопротивление деревянных стен и потолков возгоранию;

2. Химическая защита заключается в противопожарных пропитках и окраске. Для огнезащитной пропитки используют вещества, называемые антипиренами. Эти вещества, введенные в древесину, при опасном нагреве плавятся или разлагаются, покрывая ее огнезащитными пленками или газовыми оболочками. Пропитка древесины антипиренами производится под давлением в автоклавах, обычно с одновременной пропиткой антисептиками. Защитные краски на основе жидкого стекла, суперфосфата и т.д. наносятся на поверхности древесины.

Для проектируемого здания следует применить следующие способы защиты от возгорания:

- предварительно пропитать деревянные конструкции фосфорнокислым аммонием под давлением;

- покрыть поверхность стен и потолка штукатуркой;

- другие поверхности покрыть защитной краской на основе жидкого стекла на 2 слоя.



Заключение

В данном курсовом проекте было выполнено:

- проектирование ограждающих конструкций (плита покрытия ребристая с обшивками из плоских листов стеклопластика и ребрами из стеклопластиковых швеллеров);

- расчет Дощато-клееной двускатной балки;

- расчет поперечной рамы и конструирование колонны.

Все конструкции рассчитаны по двум предельным состояниям:

- на прочность с проверкой устойчивости сжатых и сжато-изогнутых элементов на действие расчетных нагрузок;

- по жесткости с проведением допустимых деформаций и перемещений от действия нормальных нагрузок.

В курсовом проекте обеспечено устойчивое состояние при эксплуатации всех конструкций, также защита от гниения и возгорания. Все конструкции удовлетворяют требованием СНиП и ГОСТ.

В результате выполнения этой курсовой работы были получены навыки проектирования деревянных конструкций.



Список использованных источников

1. Гура З.И. Балки из древесины и водостойкой фанеры. Проектирование: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Братск: БрГТУ, 2015. 120 с.

2. СП II-25-80. Деревянные конструкции/ Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1982. 62 с.

3. СП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР. М.: ЦИТПГосстроя СССР. 1987. 36 с.

4. Зубарев Г.Н., Филимонов Э.В. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для студентов вузов. М.: Высш. школа, 2010. 311 с.

5. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов/ Ю.В. Слицкоухов, В.Д. Буданов, М.М. Гаппоев и др.; Под ред. Ю.В. Слицкоухова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 2012. 543 с.

6. ГОСТ 24454-80Е. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры. М.: Издательство стандартов, 1981. 3 с.

Размещено на Allbest.ru