Проект одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Компоновка конструктивного остова здания

2. Проектирование ребристой панели

2.1 Выбор конструкции и назначение основных размеров

2.2 Определение геометрических характеристик

2.3 Подсчет нагрузок

2.4 Определение расчетных усилий

2.5 Проверка несущей способности панели

3. Проектирование рамы из прямолинейных клееных элементов

3.1 Выбор конструктивной схемы рамы

3.2 Статический расчет рамы

3.3 Конструктивный расчет рамы

3.4 Расчет узлов рамы

Список использованной литературы

1. Компоновка конструктивного остова здания.

Необходимо разработать проект одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций (надземная часть). Здание предназначено для использования в качестве выставочного зала. Предусматривается, что строительство будет производиться в IV снеговом районе и II ветровом районе. Ширина здания в осях 24 м., длина здания 40 м., шаг поперечных рам 5 м., полезная высота 4,5 м. В качестве покрытия будет использоваться плоская металлическая кровля. Материал, из которого изготовляются несущие конструкции сосна. Рама трех шарнирная клеедощатая. В качестве ограждающих конструкций будут использоваться трехслойные плиты с заполнителем из минеральной ваты.

ребристый панель рама здание

2. Проектирование ребристой панели

Требуется запроектировать утепленную панель покрытия общественного здания. Панели укладываются непосредственно на несущие конструкции, устанавливаемые с шагом 5,0 м. Принимаем размеры панели в плане 2500x5000 мм. Верхняя и нижняя обшивки приняты из листа OSB толщиной 12 мм. Утеплитель - минераловатные плиты с объемной массой 100 кг/м³.

2.1 Выбор конструкции и назначение основных размеров

Поперечное сечение панели и основные его размеры показаны на рис.1

Рис.1 Поперечное сечение панели.

Общую высоту панели назначаем в пределах с учетом стандартного размера высоты обрамляющего элемента (швеллера) и с соблюдением условия, что . Принимаем h=193 мм, что составляет примерно .

Количество рёбер в коробчатом сечении панели и толщина верхней сжатой обшивки определяется, главным образом, из условия работы обшивки на местный изгиб под монтажной нагрузкой Р=1,2*1,0=1,2 кН. В этом случае верхняя обшивка рассматривается как балка, защемлённая в местах приклеивания её к рёбрам.

Рис.2 Расчётная схема обшивки.

Из расчётной схемы имеем:

Для рёбер принимаем доски , после стружки, в чистом виде остаётся. Количество рёбер - 7 штук

2.2 Определение геометрических характеристик

При определении геометрических характеристик учитывают то, что модули упругости древесины, стеклотекстолита и фанеры различны.

Приведённая ширина панели



Приведённые площади обшивок и рёбер

Определим центр тяжести сечения

Приведённый момент инерции сечения

Приведённые моменты сопротивления

2.3 Подсчет нагрузок

Постоянные и временные нагрузки, действующие на панель, представлены в табл. 1. Постоянные нагрузки подсчитывались по фактическому весу каждого элемента панели, исходя из их объёма и плотности материала, из которого они сделаны.

Таблица 1Сбор нагрузок на 1 п м покрытия

№	Вид нагрузки	Нормативная кН/м		Расчётная кН/м
	Постоянные нагрузки
1	верхняя обшивка (стеклотекстолит)	0,192	1,1	0,211
2	нижняя обшивка (фанера)	0,192	1,1	0,211
3	рёбра из досок	0,319	1,1	0,351
4	Утеплитель из минераловатных плит	0,359	1,2	0,430
	Итого	1,062		1,204
	Временные нагрузки
6	снег	4,286		6,0
	Всего	5,348		7,204

Погонные нагрузки, действующие на панель:

- нормативная

- расчётная

2.4 Определение расчётных усилий

Панель работает как свободнолежащая балка на двух опорах, поэтому максимальный изгибающий момент и поперечная сила будут равны:



За расчётный пролёт принята величина

где - ширина опорной части панели.

2.5 Проверка несущей способности панели

а) Проверка устойчивости сжатой обшивки производится по формуле

где

Устойчивость верхней обшивки обеспечена.

б) Проверка прочности растянутой обшивки выполняется по формуле

Прочность нижней обшивки обеспечена.

в) Проверка прочности рёбер



Прочность рёбер обеспечена.

г) Проверка скалывающих напряжений в рёбрах производится по формуле

Прочность рёбер на скалывание достаточна.

д) Проверка скалывающих напряжений в клеевых швах выполняют по формуле

Прочность клеевых швов достаточна.

е) Проверка прогибов производится по формуле

Максимальный прогиб панели меньше допустимой величины.

Вывод: Принятая панель удовлетворяет условиям прочности, жёсткости и устойчивости.

3. Проектирование рамы из прямолинейных клееных элементов

3.1 Выбор конструктивной схемы рамы

Схему рамы принимаем в соответствии с типовыми П - образными рамами. Уклон ригеля 1:12.

Высота поперечного сечения ригеля в карнизном узле принимается в пределах:

h=(1/15-1/35)L=1200мм. Высота сечения ригеля в коньке назначается в пределах: h_к=480мм. Высота сечения стоек у опор рам: h_оп=600мм..

Подсчет основных геометрических размеров производим по следующим формулам:

;

;

;

Расчетный пролет рамы:

3.2 Статический расчет рамы

Подсчет нагрузок.

Постоянная нагрузка на раму:

Собственный вес рамы считаем по формуле:



где и - соответственно постоянная (вес покрытия) и временная (снег) нагрузки, действующие на раму. - коэффициент собственного веса, ;

,

Снеговые нагрузки подсчитаны согласно [4]: при согласно п. 6.1 прил. 3, схемы 1 СНиП ;

,-равномерно распределенная по всему пролету, где коэффициент принимаемый в зависимости от угла наклона полуригеля если , то принимаем 1.

- равномерно распределённая на левой половине пролета.

,- равномерно распределённая на левой половине пролета.

, - равномерно распределённая на правой половине пролета.

Ветровые нагрузки подсчитаны также согласно [4]: нормативное значение ветровой нагрузки по формуле: ;

где V - нормативное значение ветрового давления принимают в зависимости от ветрового района ( район); -коэффициент надежности равный 1,4;

B-шаг рам; К- коэффициент зависит от места расположения места строительства равный 0,4; С_е -коэффициент аэродинамичности.

Ce=0,8;

Ce=-0,09

Ce=-0,4

Ce=-0,4 кПа

Таблица 2. Нагрузки, действующие на раму

№ п/п	Вид нагрузки	,	гf	,
1	Постоянная Кровля (3 слоя рубероида)	0,12	1,3	0,148
2	Панель покрытия	0,44	-	0,48
3	Собственный вес рамы Итого:	0,29	1,1	0,32
		0,85		0,95
	Временная Снег Итого:	1,68	-	2,4
		2,53		3,35

Погонные расчетные нагрузки на раму:

- постоянная: ;

- снеговая:;

- полная:

Определение усилий в раме.

Определение усилий M, Q и N в раме производим с помощью ЭВМ.

Работа по данной программе потребует введения необходимых исходных данных, которые сведены в таблице 3.

Таблица 3 Исходные данные для расчета рамы на ЭВМ.

L, м	H, м	Кол-во сечений	Координаты т. К	Нагрузки
				Снеговая	Ветровая	Постоянная
		по стойке	по ригелю	Xк	Yк	На весь пролёт	На 1/2 пролёта	С уступом	W1	W2	W3	W4
24	10,28	3	5	0,3	4,5	12	12	15	9	0,672	-0,189	-0,336	-0,336	4

3.3 Конструктивный расчет рамы

Проверка прочности сечений.

Наиболее напряженным участком рамы является карнизный узел. При этом опасными являются сечения 1-1, 1-2 и 1-3 (рис. 4), поскольку в этих сечениях действуют наибольшие усилия M и N.

Рис. 4: Карнизный узел рамы

Сечение 1-2. Расчетные усилия M=423,94 кНм и N=189,08 кН. Размеры сечения . Находим значения коэффициентов к расчетному сопротивлению при (h=1200см) и при (=35мм). Расчетное сопротивление для пихты с учетом этих коэффициентов:

Длина полурамы (она же является и расчетной длиной):.

Гибкость рамы:

Коэффициент продольного изгиба:

Площадь брутто сечения:

Учет переменности высоты сечения по длине ригеля производим путем введения коэффициента , значение которого определяем по СНиП II-25-80 прил. 4, табл. 1.:

Определяем значение коэффициента:

Расчетный момент сопротивления проверяемого сечения:

Проверка прочности сечения производим по формуле:

(29%)

(59%)

Прочность сечения обеспечена.

Сечение 1-1. Расчетные усилия M=423,94 кНм и N=189,08кН. Сечение биссектрисное. Высота сечения:

Площадь и момент сопротивления биссектрисного сечения равно:



Коэффициенты по стойке и ригелю, учитывающие переменную жесткость рамы, равны:

Средневзвешенная величина коэффициента для рамы:

Коэффициент:

При проверке напряжений по биссекирисному сечению, в котором элементы стойки и ригеля соединяются на зубчатый шип, учитывают технологическое ослабление коэффициентом и криволинейность эпюры напряжений коэффициентом . Эти коэффициенты равны:

- как для элементов поперечного сечения

где - угол между биссектрисой и нормалью к оси стойки.

Проверка прочности сечения

где при (h=162 см); (2,2%)

- расчетное сопротивление смятию под углом к волокном древесины. Прочность обеспечена.

Проверим прочность биссектрисного сечения:

1. Прочность сечения в сжатой зоне вдоль оси перпендикулярной биссектрисе под углом б=36⁰ к волокнам

(6%)

2. Прочность в растяженной зоне вдоль оси перпендикулярной биссектрисе под углом б=36⁰ к волокнам

(24%)

3. Прочность на сжатие вдоль оси параллельной биссектрисе под углом

в=90-36=54⁰ к волокнам

(84%)

где R_смб, R_смб,- расчетные сопротивления древесины смятию под углами, б=42⁰,

в=90-42=48⁰, К₁=0,67, К₂=1,25, К₃=4 - коэффициенты, принимаемые по графикам рис. 14 [3]

Сечение 1-3. Расчетные усилия M=423,94кНм и N=189,08 кН.

Размеры сечения .

Проверка прочности этого сечения не производится, так как при одинаковых усилиях M и N и размерах сечения получен значительный запас прочности (см. расчет сечения 1-2).

Проверка устойчивости.

Устойчивость плоскостей формы деформирования трехшарнирной рамы, закрепленной по верхнему контуру (связями), проверяется по формуле [3,25].

Для этого подсчитываем величины:

- принимается равной длине внешней подкрепленной кромки по стойке или ригелю (принято по ригелю).

;

;

;

Согласно п. 4.18 СНиП II-25-80 т.к. m=4

Проверка устойчивости по формуле [3,25] с учетом подсчитанных коэффициентов:

(55 %)

Устойчивость обеспечена.

Проверка устойчивости рамы из плоскости производится по [3,37]:

где: при гибкости

где l_0y=3000 мм - расстояние между связями по длине ригеля рамы.

3.4 Расчет узлов рамы

Опорный узел.

Расчетные усилия в узле V_a=193,87 кН, H_a=93,841 кН.

Проверяем древесину на сжатие в башмаке по формуле:

Высоту башмака определяем из условия смятия стойки поперек волокон под воздействием распора H=93,841 кН. При R_см90=3x1,2=3,6МПа необходимая высота башмака:

Принимаем: h_б=(0,3-0,5)h=360мм

Вертикальную пластину башмака, воспринимающую распор рассчитываем на изгиб как балку, частично защемленную на опорах. Для нее:

;

Принимаем: д=12мм

Башмак крепим к фундаменту двумя болтами, работающими на срез и растяжение.

Срезывающие усилия на болт:

Из условия восприятия этого усилия необходимо поставить болт, диаметр которого:

Принимаем болты диаметром d_т=22 мм (F_тр=3,8 см², F_нт=2,64 см²) Растягивающее усилие в болте находим из условия равновесия башмака под действием распора H_а и реактивных сил под опорой плиты башмака:

где: - изгибающий момент, называемый распором H_а.

Напряжения растяжения пределах нарезки:



Рис. 5: Опорный узел рамы

Коньковый узел.

Конструкция конькового узла рамы представлена на рис. 6. Болты, присоединяющие накладки к арке, рассчитываются на поперечную силу от одностороннего загружения снеговой нагрузкой: , а торец рамы площадью: рассчитывается на смятие под углом б=24⁰ к волокнам на действие силы

Напряжение смятия в коньковом узле:

где:

Прочность обеспечена.

Для крепления накладок в коньковом узле принимаем болты диаметром d=18мм.

Из условия расстановки болтов в накладке назначаем размеры e₁=260 мм, e₂=100мм.

В первом от торца накладки ряду ставим два болта, во втором - три болта.

Несущая способность одного среза болта по [1, табл. 17]:

где = 0,6 - коэффициент, учитывающий передачу усилия болтом под углом б=90⁰ к волокнам древесины.

За несущую способность одного среза болта принимаем наименьшую величину Т=5,39 кН.

Проверяем по [3, формуле 30] несущую способность болтов:

Изгибающий момент в накладке:

Проверяем накладку на изгиб по формуле:



Прочность обеспечена (ввиду явного большого запаса прочности накладки, ослабление ее болтами не учитывалось).

Рис. 6: Коньковый узел рамы.

Список использованной литературы

1. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования. Под редакцией Ю.В. Слицкоухова. Стройиздат Н., 1991г. - 256 с.

2. Проектирование и расчет деревянных конструкций. Под редакцией И.М. Гриня. Киев, 1988 - 240 с.

3. Проектирование клеедощатых и клеефанерных конструкций. Вдовин В.М. Учебное пособие. Пенза, 2007 - 214 с.

4. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. Стройиздат М., 1986 - 66 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия Госстрой СССР - М., ЦНТП Госстроя СССР, 1988 - 36 с.

Размещено на Allbest.ru