Проектирование производственного здания с напольным транспортом и отоплением

Размещено на http://www.allbest.ru/

53

Содержание

Введение

1. Расчет клеефанерной панели покрытия

1.1 Выбор конструктивной схемы панели покрытия

1.2 Статический расчёт панели

2. Расчёт полигональной брусчатой фермы на врубках

2.1 Выбор схемы и определение геометрических параметров

2.2 Подсчёт нагрузок

2.3 Определение усилий в стержнях фермы

2.4 Расчёт опорного узла

2.5 Расчёт крайнего раскоса

2.6 Расчёт второго нижнего узла

2.7 Расчёт третьего нижнего узла

2.8 Расчёт растянутого стыка нижнего пояса

2.9 Расчёт среднего нижнего узла

2.10 Расчёт устойчивости пересекающихся раскосов

2.11 Верхние узлы

3. Расчёт дощато-клееной колонны однопролётного здания

3.1 Выбор конструктивной схемы здания

3.2 Предварительный подбор сечения колонн

3.3 Определение нагрузок на колонну

3.4 Определение усилий в колоннах

3.5 Расчёт колонны на прочность и устойчивость

3.6 Расчёт узла защемления колонны в фундаменте

4. Обеспечение пространственной неизменяемости и устойчивости плоских несущих конструкций каркаса здания

5. Защита деревянных конструкций от пожарной опасности и биологического поражения

Литература

Введение

Целью данного курсового проекта является: запроектировать производственное здание, с напольным транстпортом, отапливаемое. Класс здания пос степени ответственности И. Район строительства -III (снеговой район, ветровой район), местность - открытая, которая сохраняется с наветренной стороны на расстоянии 30 м. Пролёт здания =14м; высота здания - =3 м; шаг колонн - =4,6 м; длина здания - =46 м; колличество пролётов =1; вид несущей конструкции покрытия - полигональная деревянная брусчатая ферма на врубках. Уклон кровли -0,1.



1. Расчет клеефанерной панели покрытия

конструкция здание конструктивная схема

1.1 Выбор конструктивной схемы панели перекрытия

Подобрать сечение коробчатой клеефанерной панели утеплённого настила под рулонную кровлю, имеющую уклон 1:10. Панели опираются на основные несущие конструкции, поставленные с шагом 4,6 м. (рис. 1.1. а).

На панель действуют следующие нормативные и расчётные нагрузки:

от собственной массы: =0,7 кН/м²; q=0,8 кН/м²;

от снега =l,0 кН/м²; s =1,4 кН/м²;

от человека с грузом (инструмент) =1,2 кН.

Задаёмся размерами панели: длина =46 м; ширина =l,4 м; высота сечения h=19,4 см; количество продольных рёбер =4, сечение рёбер =416 см, толщина фанерных обшивок =1 см. Расчётная схема панели - однопролётная балка свободно опёртая (рис. 1.1. б), а при расчёте обшивки на местный изгиб - жёстко защемлённая (рис. 1.1. в).

Полные нагрузки, действующие на панель без учёта наклона, поскольку в данном случае он мал и им пренебрегаем:

- нормативные

- расчётные

1.2 Статический расчёт панели

Расчётный пролёт:

- панели

- обшивки

Расчетные усилия

- изгибающий момент

- поперечная сила

- изгибающий момент местный (локальный)

Расчетные сопротивления фанеры - сжатию вдоль наружных волокон = 10 МПа (100 кгс/см ); растяжение вдоль наружных волокон = 13 МПа; изгибу поперек наружных волокон = 6,9 МПа; скалыванию = 0,6 МПа.

Модуль упругости фанеры - = 8500 МПа, древесины - = 10000 МПа, коэффициент приведения сечения к фанере =/ = 10000/8500=1,18.

Геометрические характеристики сечения панели: расчетная ширина обшивок = 0,9= 0,9= 1,26 мм, толшина обшивок = 0,01 м, общая ширина ребер = = 4·0,04 = 0,16 м, высота сечения = 0,194 м, высота сечения ребер = 0,16 м (рис. 1.).

Положение нейтральной оси сечения Z = h/2 = 0,194/2 = 0,097 м.

Статический момент обшивки относительно нейтральной оси:

.

Приведенный к фанере момент инерции сечения панели:

Приведенный момент сопротивления

Момент сопротивления обшивки

Проверка верхней обшивки на сжатие и устойчивости при изгибе:

- пролета а=0,45 м; отношение а/=0,446/0,01= 44,6

- коэффициент устойчивости



- напряжения сжатия

Проверка нижней обшивки на растяжение при изгибе с учетом коэффициента ослабления сечения усовыми соединениями:

- напряжение растяжения

Проверка клеевых соединений фанеры на скалывание:

- напряжение скалывания:

Проверка прогиба панели:

- относительный прогиб

Полная несущая способность панели по прочности нижней обшивки равна:





2. Расчет полигональной брусчатой фермы

Требуется спроектировать и рассчитать полигональную брусчатую ферму на врубках пролётом =14 м, с расстоянием между фермами =4.6м. Покрытие тёплое; кровля - рубероидная.

Нагрузка действующая на 1 м² горизонтальной проекции покрытия составляет:

- от собственной массы = 0,7 кН/м =70 кг/м=0,7 кН/м². ;

от снега = 1 кН/м² =100 кг/м²=1,0 кН/м².

Нагрузка через прогоны передаётся в узлах верхнего пояса фермы (рис. 2)

2.1 Выбор конструктивной схемы и геометрических параметров

Для сопряжения на врубках ферма должна иметь сжатые раскосы и растянутые стойки, поэтому выбираем схему полигональной фермы с восходящими раскосами (рис. 2).

Ферму разбиваем на 6 панелей с таким расчётом, чтобы длина панели не превышала 2,5 м. В нашем случае длина панели получается =1/6=12/6=2 м.

Высота полигональных ферм должна быть не менее (1/6)-; в нашем случае высота фермы, т.е. расстояние между осями поясов в середине пролёта принята:

Для заданной рубероидной кровли уклон верхнего пояса принимаем: =0,1; при этом высота подъёма получается:

Наклону верхнего пояса =0,1, т.е. =0,1, соответствует угол 6° и =cos 6°=0,995.

Определим длины стоек:

Длины раскосов находим как гипотенузы прямоугольных треугольников в панелях.

Длина панелей верхнего пояса будет:

2.2 Подсчет нагрузок

Собственный вес фермы ориентировочно определяем по формуле:

=10 кг на 1 м² горизонтальной проекции покрытия;

- коэффициент собственного веса, который для полигональных ферм из брусьев или брёвен на врубках принимаем от 4 до 5,5. Нами он принят равный 4.

Расчётная узловая нагрузка.

- постоянная - от собственного веса покрытия и фермы:

- временная от снега:

Полная узловая нагрузка

2.3 Определение усилий в стержнях фермы

Усилия в стержнях ферм от единичной узловой нагрузки определяем графически по диаграмме Кремона. Ввиду симметрии фермы строим только одну диаграмму усилий от единичной нагрузки, расположенной в узлах верхнего пояса на левой половине фермы (рис. 3).

По данным диаграммы составляем таблицу усилий (табл. 1).

Из таблицы усилий видно, что при односторонней нагрузке в средних раскосах и возникают растягивающие, а в стойках и сжимающие усилия.

Ввиду того, что в ферме на врубках раскосы не могут работать на растяжение а стойки, выполненные в виде стальных тяжей, не могут работать на сжатие, ставим в средних панелях дополнительные встроенные раскосы и и в середине - стальной тяж.

В такой ферме при односторонней нагрузке слева вместо неработающего раскоса включается в работу на сжатие дополнительный левый раскос , а стойка выключается из работы и вместо неё включается в работу на растяжение средняя стойка .

При загрузке справа ввиду симметрии получается аналогичная картина.

Путём алгебраического сложения усилий, определённых по диограмме , показанной на рисунке, получаются усилияот полного загружения фермы единичной нагрузкой.

Расчётные усилия получаются путём алгебраического сложения усилия от полного загружения фермы единичной нагрузкой, умноженого на узловую постоянную, с усилием от одностороннего загружения фермы единичной нагрузкой, умноженным на временную узловую нагрузку .

Игнорируя, в запас прочности, незначительное влияние полнлй постоянной нагрузки, расчётные усилия в дополнительных раскосах и средней стойке можно определять только от односторонней временной снеговой нагрузки: при этом значительно проще воспользоваться следующими формулами, пригодными для полигональных симметричных ферм с любым уклоном верхнего пояса i и любым отношением пролёта фермы к высоте её в середине /.

Пунктиром показаны элементы фермы, которые приняты выключенными из работы.

Внесем все данные в таблицу, которая приведена ниже.

- расчетное усилие в дополнительных раскосах определяем по формуле:

- расчетное усилие средней стойки определяем по формуле

В нашем случае =6; =0,1; =6

2.4 Расчет опорного узла

В соответствии с сортаментом задаёмся сечением нижнего пояса и крайних раскосов b х h =20x20.

Опорный узел выполнен врубкой с двойным зубом, как показано на рис. 5.

Глубина врезки зуба в нижний пояс в опорных узлах согласно СНиП П-25-80, должна быть не более 1/3 высоты сечения. Принимаем глубину врезки второго зуба:

Практическая возможность получения данных глубины врезки зависит от угла наклона раскоса а и высоты его сечения . В нашем случае:

Что соответствует углу =42°70'. Глубина врезки второго зуба практически возможна, если:

В нашем случае: =6,7 см < 7,8 см.

Глубина врезки первого зуба должyа быть меньше чем второго на 2 см или более; принимаем

Согласно СНиП П-25-80, расчётная несущая способность врубки определяется из двух условий:

1. Из условия смятия нижнего пояса;

2. Из условия скалывания концов нижнего пояса вдоль волокон.

2.4.1 Расчет на смятие

При ортогональном решении врубки, когда площадки смятия расположены перпендикулярно оси раскоса, смятие нижнего пояса происходит под углом а, для которого расчётное сопротивление определяем по формуле:

Несущую способность врубки из условия смятия определяем по формуле (см. СНиП П-25-80):

где, - вертикальная проекция площадки смятия двумя зубьями, равная

где - коэффициент условий работы на смятие, равный 1.

2.4.2 Расчет на скалывание

Расчётное скалывающее усилие, действующее по верхней плоскости на глубине врезки первого торца зуба, будет:

Согласно СНиП П-25-80, длина плоскости скалывания в лобовых врубках должна быть не менее 1,5=1,5-20=30 см, во избежание появления опасных отдирающих напряжений от растяжения поперёк волокон.

Принимаем длину скалывающей поверхности на глубине врезки первого зуба:

при этом расчётное среднее сопротивление древесины скалыванию будет =12 кг/см² =1,2 МПа (см. примечание СНиП П-25-80).

Несущую способность врубки из условия скалывания первым зубом проверяем по формуле:

где - коэффициент условий работы на скалывание с прижатием первым зубом лобовой врубки, принятый 0,8 (СНиП II-25-80).

Расчёт на скалывание по нижней плоскости, на глубине врезки второго зуба, производим на полную расчётную силу скалывания, равную расчётному растягивающему усилию в нижнем поясе:

Врубку с двойным зубом рекомендуется решать так, чтобы точка пересечения оси раскоса с верхней кромкой нижнего пояса была бы вершиной второго зуба (рис. 2.3). При таком решении фактическую длину скалываемой поверхности второго зуба можно определить по формуле:

Т. к. фактическая длина скалывания

то расчётное среднее сопротивление древесины скалыванию определяем по формуле (см. СНиП П-25-80).



где =24 кг/см² - расчётное (максимальное) сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон; (СНиП П-25-80);

=0,25 - коэффициент для одностороннего расположения площадки скалывания;

- расчётная длина плоскости скалывания;

- плечо сил скалывания, равное e=h/2=20/2=10.

Несущую способность врубки из условия скалывания вторым зубом проверяем по формуле:

где - коэффициент условий работы на скалывание с прижимом вторым зубом, принят равный 1,15 (СНиП П-25-80).

При правильном решении опорного узла, когда опорная реакция центрируется в точке пересечения оси раскоса с осью нижнего пояса, проходящей через центр рабочего, наиболее ослабленного сечения, см. рис. 2.3., и когда наибольшая глубина врезки в нижний пояс не превышает 1/3 высоты сечения, расчёта нижнего пояса можно не производить как по растяжению по ослабленному сечению, так и на растяжение с изгибом по ослабленному сечению. В нашем случае это условие выполнено.

В случае нарушения этого требования центрирования узла необходима проверка прочности нижнего пояса в ослабленном сечении на внецентренное растяжение.



2.4.3 Расчет опорной подкладки

Ширину сосновой опорной прокладки определяем из условия прочности её на смятие поперёк волокон:

где - опорная реакция фермы от полной нагрузки.

Принимаем по сортаменту с=16см

2.5 Расчет крайнего раскоса

Длина крайнего раскоса =273 см, а сжимающее усилие =8834 кН. Для гибкости:

Для гибкости:

Коэффициент продольного изгиба определяется:

Проверяем устойчивость крайнего раскоса по формуле:

Принимая верхний пояс такого же сечения 20x20 см, расчёта на устойчивость не производим ввиду очевидной надёжности, так как и длины, и усилия во всех панелях верхнего пояса меньше, чем у крайних раскосов.

2.6 Расчет второго нижнего узла

Задавшись сечением второго раскоса х =20xl5 см; промежуточный нижний узел решаем на лобовой врубке с одним зубом, как показано на рис. 6.

Согласно СНиП П-25-80, глубина лобовых врубок в промежуточных узлах фермы должна быть не более. Принимаем:

это соответствует углу б=46⁰

Проверяем прочность врубки на смятие:

здесь =0,74 кН/см =7,4 МПа; определено по графику (СНиП П-25-80); =1.

Проверяем прочность врубки на скалывание.

Считаем возможным скалывание по косослою, за расчётную длину скалываемой поверхности принимаем:

при этом расчётное (среднее по площади скалывания) сопротивление скалыванию равно:

здесь =0,25 и e=h/2=20/2=10; приняты согласно СНиП П-25-80.

Расчётная площадь скалываемой поверхности:

Напряжение скалывания

где - коэффициент условий работы на скалывание лобовых врубок с прижатием по плоскости скалывания; согласно СНиП П-25-80, для врубок с одним зубом принят равным 1.

Проверяем раскос на устойчивость. Длина раскоса =269 см. Находим наименьшую его гибкость, которая будет в плоскости фермы:

следовательно, коэффициент продольного изгиба определяем по формуле:

Устойчивость раскоса проверяем по формуле:

Принимая стойку в виде одиночных тяжей из круглой стали марки Ст. 3, определяем сечение тяжа из условия растяжения по ослабленному нарезкой месту:

откуда минимальный диаметр стяжа по нарезке получается:

по сортаменту принимаем 1,675 см, чему соответствует нагруженный диаметр тяжа =2 см;

здесь =0,8 принято согласно СНиП П-25-80.

Определяем размер стальной шайбы марки Ст. 0 из условия смятия под ней древесины поперёк волокон:

где, =1;

=40 кг/см² - расчетное сопротивление смятию под шайбами (см. СНиП II-25-80).

Площадь квадратной шайбы с учетом отверстия для тяжа выражается формулой:

Принимаем отверстия

Определяем сторону квадратной шайбы

Принимаем =9 см.

Толщина шайбы определяется из условия изгиба её по формуле:



где, =1700 кг/см² =170 МПа- расчетное сопротивление стали марки Ст.1 изгибу.

Принимаем =1 см.

2.7 Расчет третьего нижнего узла

По производственным соображениям глубину врезки раскоса в нижний пояс принимаем такую же как и во втором нижнем узле, h_Bp =4,7 см.

Оставляя высоту сечения раскоса , как и в раскосе , т.е. h₂ =15 см, ширину сечения принимаем =10 см с таким расчётом, чтобы это сечение могло пройти между двумя досками пересекающегося дополнительного раскоса .

Определяем угол наклона раскоса к нижнему поясу из выражения:

это соответствует углу =

Расчётное сопротивление смятию под углом 45° находим по графику (см. СНиП П-25-80) из которого

Площадь смятия нижнего пояса раскосом составляет:

Проверяем прочность врубки по формуле:

Расчёт на скалывание не производим ввиду очевидной прочности.

Расчет раскоса на продольный с учетом поддерживающего влияния перекрещивающегося с ним другого раскоса ввиду некоторой сложности приведен ниже, в отдельном пункте.

Сечение стального тяжа элемента определяем из условия растяжения по ослабленному нарезкой месту:

по сортаменту подбираем диаметр тяжа d= 1,2см; при этом внутренний диа-метр по нарезке будет 0,973 см, чему соответствует =0,744>0,465 см .

В целях унификации размер стальной шайбы принимаем таким же, как и для первого тяжа, при этом избыточная прочность шайб очевидна без расчета.

2.8 Расчет растянутого стыка нижнего пояса

Места стыков нижнего пояса назначаем с учётом сортамента материала по длине, осуществляя стыки в средних смежных панелях (см. рис. 2.1 и 2.8). В этих панелях нижний пояс фермы принят из 2-х брусьев общим сечением, равным сечению одного бруса остальных панелей нижнего пояса. Таким образом получается раздвинутый стык с длинными накладками.

Соединение элементов в стыке выполняем на стальных цилиндрических нагелях = 2 см (рис. 2.5).

Несущую способность одного среза нагеля определяем по наименьшему значению из трёх условий:

а)из условия смятия крайних элементов, имеющих толщину



б)из условия смятия среднего элемента - бруса нижнего пояса толщинойс=в=20 см - по формуле:

в)из условия изгиба нагеля - по формуле:

В расчёт принимаем = 920кг = 9,2кН.

Определяем требуемое количество двухсрезных нагелей в каждом стыке:

в том числе берём 4 болта того же диаметра.

Нагели расставляем по 2 шт. в каждом вертикальном ряду с расстоянием:

-от кромки доски до оси нагелей:

- между осями нагелей поперек волокон



Расстояние между нагелями вдоль волокон принимаем

при этом длина нахлестки стыка получается:

Проверяем несущую прочность нижнего пояса на растяжение по ослабленному нагелями сечению. Ослабленная площадь сечения:

Несущая способность нижнего пояса проверяем по формуле:

где =0,8 - коэффициент условий работы нижнего пояса на растяжение при наличии ослаблений (СНиП П-25-80).

Таким образом, несущая способность обеспечена.

2.9 Расчет среднего нижнего узла

Дополнительные раскосы и принимаем из двух досок сечением 2(5x15) см с расстоянием между досками в свету, равном толщине пересекающегося раскоса D₃, т.е. 6 см. Соединение раскосов в среднем узле выполняем упором в сосновый вкладыш (рис. 8).

Трапециевидный вкладыш врезан в брусчатую короткую прокладку, находящуюся между двумя элементами нижнего пояса, на глубину =4 см.

Проверяем эту врезку, как врубку, на смятие от усилия в дополнительном раскосе при односторонней снеговой нагрузке на ферме. Горизонтальная составляющая такого усилия:

Площадь смятия вкладыша:

Несущая способность вкладыша на смятие вдоль волокон:

Проверяем прочность соединения из условия скалывания концов прокладки. Длину плоскости скалывания, т.е. длину концов прокладки, принимаем:

При этом расчетное среднее сопротивление скалыванию будет:



Надежность концов прокладки из условия скалывания проверяем по формуле:

где - коэффициент условий работы на скалывание принят 0,85 как для элементов, соединяемых поперечными шпонками, в предложении равномерной передачи усилия (см. СНиП П-25-80), с чем и сравнивается работа одиночного продольного вкладыша.

Затем проверяем прочность трапециевидного вкладыша (а, следовательно, и длину скалывания) при пересечении осей раскосов в центре ослабленного сечения прокладки можно определить по формуле:

где - высота сечения бруса прокладки, равная высоте сечения бруса нижнего пояса h=20 см;

- высота сечения раскоса, равная 15 см;

- глубина врезки вкладыша в прокладку, равная 4 см;

- угол между раскосом и нижним поясом, 42°.

Имея длину скалывания вкладыша:

Следовательно, в расчет принимаем =40 см.

Несущую способность вкладыша на скалывание проверяем по формуле:

где принято 0,12 кг/см², т.к. =40 см не более 2-h=2-20=40 см.

Однако данное соединение будет иметь несущую способность как на смятие, так и на скалывание только в том случае, когда прокладка будет надёжно скреплена болтами с нижним поясом. В нашем случае прокладка скреплена шестью болтами d=l,2 см.

Минимальная несущая способность одного среза болта определяется из условия изгиба его по формуле:

Несущая способность шести двухсрезных болтов составляет:

Верхние два болта ставим от верхней кромки на расстояние 8 см, т.е. ниже плоскости скалывания более, чем на 2 см, с тем чтобы они были вне плоскости скалывания. Остальные болты расставляем по нормам.

В целях унификации элементов фермы сечение среднего тяжа принимаем без расчёта таким же, как у соседних стоек, т.е. 1 см, т.к.

Расчёта вкладыша на смятие под углом =42° не производим ввиду очевидной прочности.

2.10 Расчет устойчивости пересекающихся раскосов

Дополнительные средние раскосы из двух досок сечением 2(5x15) см, с расстоянием между досками в свету 10 см. По длине раскосов поставлены четыре короткие прокладки, причём крайние прокладки скреплены с досками раскоса четырьмя болтами - 1,2 см, а каждая средняя прокладка скреплена двумя болтами того же диаметра (рис. 9)

Расчётное сжимающее усилие в дополнительных раскосах = = 9,05кН, а длина их

Пересекающиеся раскосы и , составляющие из брусьев толщиной =10 см, проходят в просвет между досками дополнительных раскосов, в местах их пересечения, где они скреплены одним болтом =l,2 см.

Расчётные сжимающие усилия у этих раскосов ==1269kH, а длина их ==307 см.

Когда сжат один раскос, то другой, пересекающийся с ним раскос не работает, и наоборот, когда сжат другой, то первый не работает.

Поверяем устойчивость дополнительного раскоса из плоскости фермы, когда пересекающийся с ним раскос не работает.

Дополнительный раскос представляет собой составленный стержень с короткими прокладками, скрепленными податливыми связями.

Расстояние между крайними связями прокладок (свободная длина отдельной ветви) ориентировочно будет:

Так как = 90см >7·, =7·5 = 35см, то гибкость отдельной ветви относительно собственной оси будет:

где - толщина одной доски раскоса.

Коэффициент приведения гибкости составного сечения определяем по формуле:

где -коэффициент податливости соединения, который принимается из табл. СНиП П-25-80; для цилиндрических нагелей при центральном сжатии

где - ширина досок, равная 12 см;

- полная высота поперечного сечения раскоса, 18 см;

- расчётная длина раскоса ==2,89 м;

- расчётное количество срезов связей в одном шве на 1 пог. м. раскоса;

- расчётное количество швов в раскосе, равное 2.

Момент инерции сечения дополнительного раскоса относительно оси у - у (рис.2.7.) будет:

Гибкость всего раскоса относительно оси у - у без учёта податливости соединения будет:

где =2·=2·15·5=150 см²

Приведённую гибкость раскоса с учётом податливости соединения, согласно СНиП П-25-80, определяем по формуле:

что допустимо (см. СНиП П-25-80).

По СНиП П-25-80, расчётную длину дополнительного сжатого раскоса , пересекающегося с неработающим (поддерживающим) раскосом , определяем по формуле:

где - площадь сечения сжатого раскоса

- площадь сечения поддерживающего раскоса:

- гибкость поддерживающего раскоса:

Зная расчётную длину дополнительного раскоса =188 см, определяем расчётную гибкость без учёта податливости связей:



Приведённая расчётная гибкость с учётом податливости связей получается:

Так как =84,275, то коэффициент прогиба составляет:

Проверку устойчивости дополнительного раскоса из плоскости фермы производим по формуле:

Проверяем устойчивость сжатого раскоса из плоскости фермы, когда пересекающийся с ним дополнительный раскос не работает.

Расчётную длину сжатого раскоса D₃ определяем по формуле:

где ,, - длина, гибкость и площадь поперечного сечения сжатого раскоса ;

,, - длина, приведенная гибкость и площадь поперечного сечения поддерживающего элемента, в нашем случае дополнительного раскоса

Гибкость

Гибкость:

Устойчивость раскоса проверяется по формуле:

Для проверки устойчивости пересекающихся раскосов в плоскости фермы, согласно СНиП П-25-80, расчётная длина их принимается равной расстоянию от конца раскоса до точки пересечения раскосов.

В нашем случае расчётная длина дополнительного раскоса

при этом гибкость раскоса относительно оси х-х получается



Так как гибкость =41,6, то коэффициент продольного изгиба определяется

Расчетную площадь сечения раскоса принимаем

т.к. ослабление сечения болтами не превышает 25% от (см.СНиП П-25-80). Проверку устойчивости дополнительного раскоса в плоскости фермы производим по формуле:

Проверку устойчивости в плоскости фермы другого пересекающегося раскоса D₃ не производим ввиду очевидной надёжности.

2.11 Верхние узлы

Крайние верхние узлы проектируем подобно опорным узлам на врубках с двойным зубом; второй и средний узлы - упором раскосов во вкладыш аналогично среднему нижнему узлу (рис. 10.). Расчётов этих узлов не производим ввиду очевидной прочности их.

В коньковом узле стык верхнего пояса перекрываем двумя деревянными накладками толщиной а = 10 см. и длинное не менее 3=3·20=60 см. Эти накладки скрепляем с поясом конструктивно поставленными болтами: по два болта = =1,2 см. с каждой стороны стыка.

3. Расчет дощато-клеефанерной колонны однопролетного здания

3.1 Выбор конструктивной схемы

Здание административного назначения. Будет строиться (III снеговой, III ветровой район) в открытой местности, которая сохраняется с наветренной стороны на расстоянии ЗОН.

Пролёт здания в свету 14 м; высота до низа несущих конструкций покрытия 3м (Н=3м), шаг колонн 4.6 м (В=4.6 м), длина здания 46 м. Покрытие здания с рулонной кровлей по полигональной брусчатой ферме на врубках.

Стеновые панели клеефанерные трёхслойные общее толщиной (с обшивками) 192+2-8=208 мм -210 мм =0,21 м. масса панели 31 кг/м . Расчётная нагрузка от панели 0,346 кН/м площади стены. Колонны проектируются из пиломатериалов хвойных пород (сосна, ель). Древесина 3-го сорта для колонн.

3.2 Предварительный подбор сечения колонн

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

При высоте здания Н=3м получим;



Принимаем, что для изготовления колонн используются доски шириной 225 мм и толщиной 40 мм. После фрезерования (острожки) толщина досок составляет 40·7=33 мм. Ширина колоны после фрезерования (острожки) заготовочных блоков по пласти будет 150 - 15 =135 мм. С учётом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет = 8-33=264 мм; =135 мм.

3.3 Определение нагрузок на колонну

Определим действующие на колонну расчётные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Подсчёт нагрузок горизонтальной проекции дан в табл. 2. Нагрузки на колонну:

-от ограждающих конструкций покрытия:

расчётный пролёт

Полная ширина покрытия здания:

где - пролёт здания в свету;

- толщина стены;

- вылет карниза;

- от веса полигональной фермы

- от снега

Нагрузку на колонну от стен

Определяем горизонтальные нагрузки, действующие на раму с учётом шага В=4,6 м (см. табл. 2).

Нагрузки от ветра:

3.4 Определение усилий в колоннах

Поперечную раму однопролётного здания, состоящую из двух колонн, жёстко защемлённых в фундаментах и шарнирно соединённых с ригелем в виде фермы, рассчитывают на вертикальные и горизонтальные нагрузки (рис. 3.2.). Она является одиножды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жёсткости ригеля (условное допущение) за лишнее неизвестное удобно принять продольное усилие в ригеле, которое определяют по правилам строительной механики.



3.4.1 Определение изгибающих моментов (без учета коэффициента сочетаний)

- от ветровой на грузки на ригеле:

Изгибающий момент в уровне верха фундамента:

От внецентренного приложения нагрузки от стен:

эксцентриситет приложения нагрузки от стен:

- изгибающий момент, действующий на стойку рамы:

- усилие в ригеле (усилие растяжения):

- изгибающие моменты в уровне верха фундамента

3.4.2 Определение поперечных сил (без учета коэффициента сочетаний)

- от ветровой нагрузки

- от внецентренного приложения нагрузки от стен:

3.4.3 Определение усилий в колоннах с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний

Первое сочетание нагрузок:

Моменты на уровне верха фундаментов:

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

М==3.77 кНм; N=72.38 кН.

- Второе сочетание нагрузок (при одной временной нагрузке коэффициент не учитывается):

- Третье сочетание нагрузок (коэффициент ( не учитывается, так как одна временная нагрузка):

- изгибающие моменты в уровне фундамента:

- поперечная сила:

- нормальная сила (продольная сила) определяем при =0,9:

3.5 Расчет колонны на устойчивость

3.5.1 Расчет колонны на прочность по нормальным напряжениям и на устойчивость плоской формы деформации

Расчёт колонны на прочность по нормальным напряжениям и на устойчивость плоской формы деформирования Расчёт производим на действие N и М при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле, приведённой в п. 4.16. СНиП П-25-80. М=3.77 кНм; N=72.38 кН. Расчётная длина (в плоскости рамы):

Площадь сечения колонны:

Гибкость

При древесине третьего сорта и при принятых размерах сечения по табл. 3 СНиП П-25-80: =l 1 МПа. С учётом , т_сл=1 и коэффициента надёжности у_п = 0,95 получим:

Здесь и далее при расчёте на прочность и устойчивость в формулах проверки удобно значения N и Q записывать в МН, а значение М в МН·м.

При эпюре моментов треугольного очертания поправочный коэффициент к о:

случае эпюра моментов близка к треугольной.

Оставляем ранее принятое сечение, исходя из необходимости ограничения гибкости.

Расчёт на устойчивость плоской формы деформирования производиться по формуле (33) СНиП П-25-80. Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной нагруженным стенам) идут только по верху колонн. Тогда = Н; = Н.

В формуле:

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

Приблизительно к эпюре моментов треугольного очертания (см. табл.2 прил. 4 СНиП П-25-80):

=1,75-0,75·d= 1,75; т.к. d=0 (момент в верхней части колонны равен 0).

Следовательно устойчивость обеспечена

3.5.2 Расчет на устойчивость как центрально сжатого стержня

; N=74,44 кН; для второго сочетания нагрузок.

Устойчивость обеспечена.

3.6 Расчет узла защемления колонны в фундаменте

Принимаем решение узла защемления колонны в фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В25 (⁼ 13,89 МПа), из которой выпущены четыре стержня класса А - II (рис. 3.3). вклеивание арматурных стержней в древесину колонны осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея марки ЭПЦ - 1.

Принимаем (предварительно) диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диаметр отверстия будет: ⁼ +5=18+5=23 мм.

Расстояние между осью арматурного стержня до наружных граней колонны должно быть не менее 2 =2·18=36 мм.

При определении усилий в арматурных стержнях учитываем, что прочность бетона на смятие более прочности древесины.

Пренебрегая (для упрощения расчёта) работой сжатых арматурных стержней, усилия в растянутых арматурных стержнях, находим, используя два условия равновесия (рис. 3.4).

При N=26,6 кН

= 13,89 МПа; =0,23 м; =0,1 м, получим

Из второго равенства определим х, а затем, подставив значение х в первое равенство, получим значение N_a. Производя необходимые вычисления, получим значения х=0,0383 м и N_a=0.9310² МН.

Требуемая площадь двух арматурных стержней (R_a=28070,95=295 МПа):

Ставим два стержня d_a=18 мм, для которых А_а=2-2,54=5,08 см > 0,3см . Определим расчётную несущую способность вклеиваемых стержней на выдёргивание по формуле:

Принимаем (предварительно) длину заделки стержня 360 мм (20·d_a), получим:

Следовательно, несущая способность соединения достаточна.

Помимо анкерных стержней целесообразна установка дополнительных стержней по боковым граням колонны для обеспечения более надёжного соединения приставки с дощато-клееной колонной.



4. Обеспечение пространственной неизменяемости и устойчивости плоских несущих конструкций каркаса здания

При проектировании большое внимание следует уделять пространственной жёсткости и устойчивости конструкций, обеспечиваемых устройством и постановкой соответствующих связей жёсткости. Связи выполняют следующие функции: создают жёсткость каркаса; обеспечивают устойчивость элементов конструкций и условия пространственной работы каркаса; воспринимают ветровые нагрузки; обеспечивают надёжные и безопасные условия монтажа элементов здания во время его возведения.

Горизонтальные связи устраивают в плоскости верхних поясов ферм и арок. Данные связи обеспечивают устойчивость верхних сжатых поясов в горизонтальной плоскости. Их устанавливают в первых пролётах от торца здания на расстоянии 20-25 м друг от друга по длине здания. В любом случае таких связей должно быть поставлено по длине здания не менее 3-х. горизонтальные связи в плоскости

ската не ставят при беспрогонном решении покрытия (если покрытие выполнено из жёстких щитов или панелей).

Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устраивают в пролётах, примыкающих к торцам, и служат для восприятия ветровой нагрузки со стороны торца здания и в том случае, когда верх торцовых стоек фахверка примыкает к нижним поясам ферм.

Если торцовые стойки проходят до углов верхнего пояса ферм, то связи по нижнему поясу не ставятся. В этом случае передача усилий от ветровой нагрузки осуществляется на горизонтальные связи по верхнему поясу или непосредственно на жёсткий настил. В каркасных зданиях высотой до 6 м горизонтальные связи устанавливают, как правило, в плоскости верхних поясов несущих конструкций (рис. 4.1). В зданиях большой высоты (п>6м), а также при значительных воротных проёмах горизонтальные связи располагают также в плоскости нижних поясов ферм.

Вертикальные связи соединяют попарно фермы в продольном направлении и служат для удержания конструкции в вертикальном проектном положении как в период монтажа, так и во время эксплуатации.

При высоте здания до 6 м вертикальные связи ставят полураскосные, а при высоте более 6м- крестовые.

Те и другие связи устанавливают через шаг по длине здания.

Вертикальные связи между стойками в плоскости продольных стен воспринимают давление ветра на торец здания и обеспечивает жёсткость каркаса в продольном направлении, а также обеспечивают устойчивость стоек из плоскости рамы. Эти связи устанавливают в первых пролётах от торца здания и далее через 20-25 м по длине здания. Как правило, место расположения данных связей и вертикальных связей совпадают.

Устойчивость здания в продольном направлении может быть обеспечена также установкой жёстких стеновых панелей.

Завершающей частью проектирования каркаса здания на стадии технического проекта является решение торца здания.

Торец здания (фахверк) выполняется при помощи самостоятельных стоек и ригелей. Расстояние между стойками фахверка определяется длиной панели ограждения и размерами проёмов в стенах. Кроме того, стойки торцевого фахверка обычно имеют расстановку, совпадающую с узлами верхнего пояса ферм, если последние доходят по высоте до крыши.

Основные колонны фахверка имеют собственный фундамент, верх колонн должен быть раскреплён так, чтобы нагрузка передавалась на прогоны, жёсткие панели покрытия или в узлы ветровой горизонтальной фермы.

Устойчивость торцевых стоек (колонн) в плоскости торца здания обеспечивается постановкой ригелей или, в случае решетчатой стойки, постановкой горизонтальных решетчатых связей между торцевыми стойками. Конструкция фахверка должна представлять собой жёсткую неизменяемую систему в своей плоскости. Этого можно достигнуть постановкой подкосов в пролётах между торцевыми стойками

Все связи подбираются по предельной гибкости [л]=120, гибкость основных торцевых колонн фахверка не должна превышать [л]=120.



5. Защита деревянных конструкций от пожарной опасности и биологической поражения

5.1 Защита деревянных конструкций от возгорания

При использовании деревянных конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания. С этой целью не рекомендуется применять конструкции из наклеенной древесины в условиях длительного нагрева, если температура окружающего воздуха превышает 50°С и для конструкций клееной древесины 35°С.

Деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из несгораемых материалов. В поперечном направлении здания противопожарные диафрагмы устанавливают вдоль несущих конструкций с шагом не более 6 м. Вентилируемые ограждающие конструкции покрытий также должны расчленяться диафрагмами из несгораемых материалов на отсеки.

Деревянные конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, недоступное для тушения.

В противопожарном отношении предпочтительнее деревянные конструкции массивного прямоугольного сечения с закруглёнными, имеющими большие пределы огнестойкости, чем дощатые или клеефанерные.

Опасны в пожарном отношении металлические накладки, болты и другие детали соединительных и опорных узлов деревянных элементов, т.к. они являясь проводниками тепла, снижают предел огнестойкости деревянных конструкций, поэтому металлические узлы и соединения необходимо тщательно защищать огнезащитными покрытиями.



5.2 Конструктивные и химические меры защиты деревянных конструкций от биовредителей

В строительной практике находит применение как конструкционная, так и химическая защита деревянных конструкций от биологических вредителей. Для борьбы с гниением пригодна конструкционная и химическая защита, а для борьбы с насекомыми - только химическая защита.

Суть конструкционных мероприятий по борьбе с гниением сводиться к тому, чтобы обеспечить воздушно-сухое состояние деревянных элементов здания, что достигается устройством гидро-, пароизоляционных слоев, препятствующих уплотнению древесины грунтовой, атмосферной или конденсационной влагой, или обеспеченном надлежащего режима для удаления из древесины влаги.

Недопустимая влажность древесины может возникнуть в результате атмосферных осадков, капиллярной влаги, поступающей из частей зданий, соприкасающихся с древесиной, а также из-за увлажнения конденсатом.

Конструкционные мероприятия по борьбе с недопустимым увлажнением древесины при эксплуатации:

-предотвращение увлажнения атмосферными осадками, увеличением свесов крыши, надлежащим отводом воды с крыши, устройством достаточно большого (не менее 30 см) разрыва между поверхностью грунта и нижней отметкой расположения деревянных элементов здания;

удаление влаги из сырых помещений (например, подполий);

защита от капиллярной влаги устройством гидроизоляции;

-предотвращение увлажнения древесины бытовой влагой, сводящейся к содержанию в надлежащем состоянии систем водоснабжения и канализации.

Химические средства для защиты древесины от биовредителей называются антисептиками, причём химические средства, предназначенные для защиты древесины от поражения грибами, называются фунгицидами, а от поражения насекомыми - инсектицидами. Защитные средства изготавливаются на основе неорганических (соли) и органических соединений. Как правило для химической защиты древесины используют водные растворы солей. Органические вещества применяют в сочетании с органическими разбавителями или растворителями, а так же с соответствующими добавками, например, пигмента, стабилизатора, эмульгатора и т.д.



Список литературы

1. СНиП П.25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования.- М.: Стройиздат, 1999. - 30 с.

2. СНиП 2.0.07-85. Нагрузки и воздействия. - М.: Стройиздат, 1988. - 36 с.

3. Кочетов В. Т. и др. Сопротивление материалов: учеб, пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 544 с.

4. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб, для техн. вузов / Д. К. Ар-ленинов, Ю. Н. Буслаев и др. - М.: Изд-во АСВ, 2002. - 280 с.

5. Калугин А. В. Деревянные конструкции: учеб, пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2003. - 224 с.

6. Зубарев Г. Н. и др. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб, пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Изд. центр «Академия», 2004. - 304 с.

7. Павлова А. И. Сборник задач по строительным конструкциям: учеб, пособие. - М.: Инфа-М, 2005. - 149 с.

8. СНиП П.23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -М.: Стройиздат, 1988. - 96 с.

9. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб, для вузов / Ю. В. Слиц-коухов, В. Д. Буданов и др.; под ред. Г. Г. Карлсена и Ю. В. Слицкоухова.- 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 543 с.

Размещено на Allbest.ru