Одноэтажное каркасное здание универсального назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНЫХ ПЛИТ ПОКРЫТИЯ

1.1 Конструктивное решение плиты покрытия

Принимаем номинальные размеры плиты 1,5х4м. В продольном направлении длину плиты принимаем 3980 мм. Каркас плиты выполняем из сосновых досок 2-го сорта с расчетным сопротивлением скалыванию вдоль волокон при изгибе Rск=1,6 МПа.

Расчётные характеристики фанеры принимаем по таблице 10/(1): Rфс=12 МПа; Rфш=6,5 МПа; Rфр=14 МПа; Rф.ск=0,8 МПа.

Обшивки плит принимаем из березовой фанеры марки ФБС толщиной 8 мм. Приняв ширину листов фанеры 1500 мм, с учетом обрезки кромок, ширину плиты принимаем 1480 мм, что обеспечивает необходимый зазор между плитами.

Для дощатого каркаса, связывающего верхние и нижние фанерные обшивки в монолитную склеенную коробчатую панель, применяю черновые заготовки по сортаменту пиломатериалов (ГОСТ 24454-80*Е) сечением 50 х 434 мм. После сушки и четырехстороннего фрезерования на склейку идут чистые доски сечением 42 х 3432 мм.

Расчетные размеры панели

Общее число продольных ребер - 4, расстояние в свету между ребрами 452 мм., что менее 50 см. Торцевые и поперечные ребра принимаем высотой 270 мм и толщиной 46 мм. Шаг поперечных ребер 1265 мм. Расстояние менее 1,5 м.

Пароизоляция из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм. Для удержания утеплителя в проектном положении принимаем решетку из брусков 25х25мм, которые крепятся гвоздями к ребрам.

1.2 Сбор нагрузок

Задавшись размерами основных конструктивных элементов плиты можно определить их вес:

вес продольных ребер

Где 500 - плотность сосновых досок 2 сорта

вес поперечных ребер

вес решетки удерживающей утеплитель(25х25)

вес обшивок

Где 700 - плотность ФСФ (береза)

вес утеплителя

Где 200 - плотность утеплителя

Рис. 1.1



Рис. 1.2

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяем в соответствии с разделом 5 2. Город г. Воркута относится к 5 снеговому району s0=3,2кН/м2. По приложению 3 определяем, что =1. k=0,7.

Sн= s0 k= кН/м2

Сбор нагрузок на плиту

Таблица 1.1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кН/м2
1.Постоянная - вес кровли - вес рёбер - вес обшивок - вес утеплителя 2.Временная - снеговая	0,15 0,133 0,14 0,353 2,24	1,3 1,1 1,1 1,2	0,195 0, 146 0,154 0,423 3,2
Итого:	3,01		4,11

2. Определение расчетных усилий

Так как отношение длины плиты к ее ширине больше 2, то плита рассчитывается как однопролетная балка.

Определим значения погонной нагрузки:

Максимальные значения расчетных усилий:

- изгибающий момент М= кНм;

- поперечная сила Q= кН.

Определение геометрических характеристик сечения

Приведенная расчетная ширина фанерных обшивок:

bрас.=.

Материалы, входящие в поперечное сечение плиты, приводим к фанере обшивки. Для вычисления коэффициента приведения модули упругости древесины и фанеры принимаем по п. 3.5. 1: Едр=10000 МПа, Еф=9000 МПа.

Определяем приведенный момент инерции:

14-расстояние до центра тяжести.

Приведенный момент сопротивления:

Wnp=(2Inp)/hn=(262319)/45,2=2757,4см3

Выполним проверку условий прочности:

1.Проверка верхней обшивки на сжатие с учетом устойчивости при общем изгибе плиты

При расстоянии между ребрами в свету с=43,2 см и толщине фанеры ф=10 мм имеем отношение: с/ф = 43,2/1=43,2 <50, тогда



с= < Rcp=12 МПа.

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

Изгибающий момент:

.

Момент сопротивления сечения обшивки с расчетной

шириной 1000 мм:

Wф=1000ф2/6=10012/6=16,67м3

м=М'/ Wф=6,48/16,67=0,38 МПа < =1.26.5=7.8 МПа

mн -коэффициент для учета действия монтажной кратковременной нагрузки;

-расчетное сопротивление изгибу на плоскости листа фанеры поперек волокон наружных слоев.

3. Проверка нижней обшивки на растяжение при общем изгибе плиты.

р=М/ Wпр=9880/2457,4=0,40 МПа < =0,614=8,4 МПа.

mф-коэффициент для учета снижения расчетного сопротивления в местах стыковки листов фанеры «на ус»;

Rф.р - расчетное сопротивление растяжению в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев.

4. Проверка клеевого шва между шпонами фанеры на скалывание.

Статический момент обшивки относительно нейтральной оси:

Sф=bрасфz= 135,04114=1890 см3

5. Проверка продольных ребер на скалывание.

Приведенный статический момент половины сечения относительно нейтральной оси сечения плиты:

Sпрд= bpn(hp2/8) +bрасфz (Eф/Едр)=

Iпрд= bpnhp3/12 +bрасфz (Eф/Едр)=см4

6.Относительный прогиб плиты от нормативной нагрузки.

- предельный прогиб.

3. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНЫХ БАЛОК С ПАРАЛЕЛЬНЫМИ ПОЯСАМИ

3.1 Конструирование балки

Балку проектируем коробчатого сечения. Она состоят из фанерных стенок, дощатых поясов и ребер, склеенных между собой. Балку проектируем двутаврового сечения. Для стенок применяем водостойкую фанеру ФБС по ГОСТ 3916-69 толщиной не менее 10 мм. Для поясов применяем сосновые доски сечением 160х43 и 90х43 (после острожки и калибровки пиломатериалов с сечением 175х50 и 100х50 мм).Высоту сечения балки в середине пролета определяем из условия:

hтр=(1/8…1/12)L - принимаем 1600 мм.

Расчетный пролет балки Lр=15,7м., а полная длинна балки с учетом опорной площадки длиной 200мм равна L=15,9м.

Высоту пояса принимаем 250 мм.

ширину пояса принимаем равной 258.

Стыкование фанеры производим «на ус».

Рис. 3.1

3.2 Сбор нагрузок и определение расчетных усилий

Сбор нагрузок на балку

Таблица 3.1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузкакН/м2
1.Постоянная - вес кровли - вес утеплителя - вес балки - вес плиты 2.Временная - снеговая	0,15 0,353 0,26 0,39 2,24	1,3 1,2 1,1 1,1	0,195 0,423 0,286 0,429 3,2
Итого:	3,393		4,533

Нормативную нагрузку от собственного веса балки вычисляем по формуле:

Ксв = 2,5-для клеефанерных балок

Расчетной схемой балки покрытия является балка на шарнирных опорах нагруженная равномерно распределенной нагрузкой.

Для приведения распределенной нагрузки к погонной умножаем на ширину грузовой площади:

нормативная -

расчетная -

Геометрические характеристики

Inpд=Iд+IфЕф /Ед=4 (25,825,03/12)+ 25,025,0(70,0-12,5)2+(1140,0312000)/(1210000)=8,674106см4

Inpф=Iф+IдЕд /Еф=1140,03/12+4 (25,825,03/12)+ 25,025,0(70,0-12,5)210000/12000=7,200106 см4

Wnp1-1ф=Iпрф/z1=7,200106 /70=1,03105 см3 Wnp1-1д=Iпрд/z1=8,674106 /70=1,239105 см3

Wnp2-2ф=Iпрф/z2=7,200106 /45=1,6105 см3 Wnp2-2д=Iпрд/z2=8,674106 /45=1,928105 см3

Sпр1/2ф= S1/2ф+ S1/2д Ед /Еф=17035+51,62557,50,83=6,4104 см2

Sпр,пф= Sпф+ Sпд Ед /Еф =12557,5+51,62557,50,83=6,3104 см2

Расчет клеефанерной балки

Расчет клеефанерной балки производят с учетом совместной работы дощатых поясов и фанерных стенок без учета податливости соединений.

1. Проверка поясов на действие нормальных напряжений

Расчет клеефанерных балок производят с учетом работы фанерой стенки на нормальные напряжения.

Изгибающий момент определяется по формуле:

M=qn l2/8=18,132162/8=580,22кНм.

Напряжения в нижнем поясе:

р=М/ Wпр=58022/1,239105=4,6Мпа < Rр= 12 МПа

Условие выполняется.

Напряжения в верхнем поясе:

c=М/( Wпр)=58022/(1,2391050,997)=4,6МПа< Rс= 13 МПа

y=0,997. Условие выполняется.

2. Проверка фанерной стенки в опасном сечении на растяжение

Rр.ф.=32 МПа - расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев шпона.

3. Проверка фанерной стенки на действие главных растягивающих напряжений

Проверку выполняем в зоне первого от опоры стыка фанерных стенок.

Для данного сечения:

М'=qx(l-x)/2=(17,090,95/2)(16-0,95)=122,21 кНм;

Q'=120,48 кН.

Нормальные и касательные напряжения, в фанерной стенке на уровне внутренней кромки растянутого пояса:

ст= М'0,5hст/Iпр=122210 45/7,200106=0,76 МПа

Главные растягивающие напряжения по СНиП II-25-80:

=0,5arctg(2/)=35,050

4. Проверка местной устойчивости фанерной стенки

Проверка выполняется для сечения в середине опорной панели балки при условии hст/ст>50.

Вычисляем необходимые геометрические характеристики:

длина опорной панели а=0,95 м (расстояние между опорными ребрами в свету);

расстояние расчетного сечения от оси опоры х2=8 м;

высота фанерной стенки в расчетном сечении hст=0,9м.

hст/ст=1400/10=140>50 =a/hст=1,06

По графикам на рис.18 и 19 прил.5 для фанеры находим kn=30 и k=8.

Изгибающий момент и поперечная сила в этом сечении:

M=qn l2/8=18,132162/8=580,22кНм.

Q=q l/2=18,13216/2=145,056 кН.

Нормальные и касательные напряжения, в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов:

ст= М'0,5hст/Iпр=580220,590/(7,200106)=3,42 МПа

По СНиП II-25-80 формула (48) проверяем выполнение условия устойчивости фанерной стенки:

условие выполняется.

5.Проверка фанерных стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси.

Q=q l/2=18,13216/2=145,05 кН - максимальная поперечная сила;

Snp , Inp - статический момент и момент инерции опорного сечения, приведенный к фанере;

Rф.ср=12 МПа - расчетное сопротивление фанеры срезу перпендикулярно плоскости листа.

Inpф=7,200106 см4

Sпр1/2ф= 6,4104 см2

6. Проверка фанерных стенок в опорном сечении на скалывание по вертикальным швам между поясами и стенкой.

Rск=1,8 МПа - расчетное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа;

hст - суммарная длина вертикальных швов между поясами и стенкой.

7. Проверка прогиба от действия нормативной нагрузки.

Прогиб балки определяем с учетом коэффициента, учитывающего влияние переменности высоты сечения, и коэффициента, учитывающего влияние деформаций сдвига от поперечной силы. При этом вычисляем момент инерции в середине пролета, приведенный к древесине, и учитываем модуль упругости древесины.

3. Конструирование и расчет дощатоклееной армированной колонны двутаврового сечения

Компоновка сечения колонны

Высоту сечения колонны назначаем из условия:

т.к. колонна армированная, принимаем высоту сечения 600мм. Ширину полок определяем из условия:

принимаем ширину полок 160мм.

Высоту сечения полок принимаем :

Толщину стенки принимают из условия , но не менее 80мм.

Таким образом,

примем .

Предельная гибкость для колонн равна 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100.

Расчетные длины колонны:

а) в плоскости рамы ;

б) из плоскости рамы (без дополнительных промежуточных горизонтальных связей) .

Для изготовления колонн используем сосновые доски 2-го сорта толщиной 40 мм. После двухстороннего фрезерования (острожки) толщина досок составит 35мм.

Подсчет нагрузок.

Таблица 3.2

Вид нагрузки	qн, кН/м2	f	q, кН/м2
1.Постоянная - вес кровли - вес утеплителя - вес панели - вес балки - вес колонны 2.Временная - снеговая	0,15 0,353 0,39 0,26 2,44 2,24	1,3 1,2 1,1 1,1 1,1 -	0,195 0,4236 0,429 0,286 2,684 3,2

3.3 Определение нагрузок на колонну

Собственный вес колонны Рс.к.=0,600,1608,5300=2,44 кН

По карте прил. 5 2 г. Воркута относится к 2 ветровому району и, значит нормативное значение ветрового давления принимаем w = 0,3 кН/м2. находим значение коэффициента к = 0,4(СНиП2,01,07-85 табл.6)

По приложению 4 CНиП 2.01.07-85 определяем аэродинамический коэффициент для наветренной и подветренной стороны здания:

- для наветренной стороны с=+0,8

- для подветренной с=-0,6

Коэффициент надежности для ветровой нагрузки =1,4 (п.6.11 CНиП 2.01.07-85). Расчетные значения погонной ветровой нагрузки для активного и пассивного давления ветра:

+=w0kc+b=0,30,41,40,84=0,53 кН/м;

-=w0kc-b=0,30,41,4(-0,4)4= -0,27 кН/м.

Ветровая нагрузка, передаваемая на покрытие вне колонны:

h'оп=0,27+0,1600=0,854м

w+=+h'оп=0,530,1600= 0,69 кН;

w-=-h'оп=-0,270,1600= 0,43 кН.

3.4 Определение расчетных усилий

Рис. 3.2

Рама один раз статически неопределимая система. За неизвестное принимаем продольное усилие в ригеле, которое определяется для каждого вида загружения отдельно.

X=xw+x

От ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля:

xw=0,5(w+- w-)=0,5(0,69-0,43)=0,130 кН.

От ветровой нагрузки, приложенной на стены:

x=(3/16)Н(+--)=(3/16)8,5(0,53-0,27)=0,41 кН.

Х=0,130+0,41=0,541кН.

При дальнейшем расчете стойку рассматриваем как консоль защемленную в фундаменте.

Изгибающие моменты в заделке стоек:

МА=+Н/2+w+Н-хН=0,698,5/2+0,538,5-(0,130+0,41)8,5=29,02кНм;

Мпр=-Н/2+w-Н+хН=0,278,5/2+0,278,5+0,5418,5=25,26кНм.

Продольные силы в заделке стоек:

NA=Nnp=(qcn+qсб+S)0,5Lb+Pск=(0,916+0,143+4)0,5134+5,797=137,3кН

Таким образом, расчетные усилия М=29,02кНм; N=137,3кН.

3.5 Расчет колонны на прочность в плоскости рамы

Рис. 3.3

Расчетная длина колонны в плоскости рамы:

l0=2,2Н=2,28,24=18,128 м.

Площадь сечения колонны:

Момент инерции сечения, с учетом армирования балки: м=0,02; =

h0=h-2a=70мм.

Момент сопротивления сечения:

Гибкость колонны в плоскости рамы:

>70

Коэффициент продольного изгиба определяем по формуле:

Для сосновой древесины второго сорта и при принятых размерах поперечного сечения по табл. 3 1 находим расчетное сопротивление сжатию:

Rc = 15 МПа.

По п. 3.2. 1 находим коэффициенты условий работы:

mн = 1,2; m = 0,93.

Окончательное значение расчетного сопротивления составит:

Rс = 15 1,2 0,93 = 16,74 МПа

Найдем значение коэффициента :

Найдем значение изгибающего момента от действия поперечных и продольных нагрузок

Найдем нормальные напряжения и сравним их с расчетным сопротивлением:

< Rс mн mб mcл=16,74МПа

Прочность обеспечена с большим запасом. Оставляем ранее принятые размеры поперечного сечения.

покрытие плита балка колонна

3.6 Расчет колонны на устойчивость плоской формы деформирования (в плоскости рамы)

По принятой схеме по колоннам установлены вертикальные связи, растянутая зона раскреплена из плоскости деформирования. Расчетная длина колонны из плоскости рамы: ly=Н=8,24м.

Найдем значения гибкости из плоскости рамы:

Для нахождения значения коэффициента м предварительно найдем коэффициент кф по табл. 2 прил 4 1:

кф = 1,75 - 0,75 d = 1,75, т.к. d = 0 из-за того, что момент в верхней части колонны равен нулю.

Проверяем устойчивость:

,

Устойчивость в плоскости рамы обеспечена.

3.7 Расчет колонны на устойчивость из плоскости рамы

Коэффициент продольного изгиба из плоскости рамы определили в предыдущем пункте. Делаем проверку:

с = N/(А) =137,3/(0,9·750) = 2,03МПа <16,74 МПа

Устойчивость колонны из плоскости рамы обеспечена.

Расчет узла защемления колонны в фундаменте.



Рис. 3.3

Расчетное продольное усилие без учета снеговой нагрузки, с учетом коэффициента надежности по нагрузке гf = 0,9:

Определим расчетные усилия:

N=(qcn+qсб)0,5Lb0,9+0,9Pск=(1,153+0,286)0,51640,9+5,270,9=46,18кН

М = 29,02кНм.

Из расчета колонны на прочность в плоскости рамы уже известны

к = 0,35; Rс = 16,64 МПа; Абр = 0,882 м2

Найдем значения коэффициентов , кн и значение МД:

Определим значения относительного эксцентриситета:

, следовательно сечение колонны сжато не по всей площади.

Высота сжатой зоны сечения:

Возникающее растягивающее усилие:



1. Приняв ширину анкерной полосы равной ширине колонны, определим требуемую толщину (Ra=230 МПа для С 235):

конструктивно принимаем да=6 мм

2. Усилие в наклонных тяжах:

Требуемая площадь наклонных тяжей:

Принимаем тяжи диаметром 22 мм, для которых = 2,74 см2. (ГОСТ 7798-70)

3. Конструктивная длина уголка:

0,005 м - зазор между колонной и тяжем.

Нагрузка на уголок:

Изгибающий момент в уголке:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем по ГОСТ 8509-93 равнополочный уголок L90х6: А = 10,61 см2,

Iх = 82,1 см4; = 12,49 см3; Z0=24,3 мм.

= 12,49 см3>=9,21 см3.

Прочность уголка обеспечена.

4. Назначим размеры уширения колонны внизу.

Расчетное сопротивление древесины смятию под углом определим по формуле:

С учетом коэффициента условий работы mн = 1,2; RСМ = 7,46 МПа

Площадь смятия древесины под углом:

Асм = bугbк = 9·16,0= 144 см2.

Напряжения смятия:

Принимаем толщину уширения колонны равной двум толщинам досок после фрезерования = 2 0,035 = 0,07 м, что достаточно для размещения уголка L90х90х6 мм под углом .

высота сечения колонны понизу:

Высоту накладок, учитывая конструктивное решение узла и расположение тяжей по углом , принимаем равной высоте сечения колонны плюс 150 мм.

Принимаем длину накладок:

5. Проверим прочность по скалыванию в плоскости приклейки досок-накладок, на которые опираются уголки.

Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление древесины скалыванию определим по формуле:

, где

lск = 89см = 0,9 м

= 0,125, т.к. скалывание промежуточное.

Напряжения скалывания:

Список используемой литературы

1. Пшенов А.А. Компоновка конструктивной схемы здания проектирование плит покрытия. Мет. Указания. Сарат. гос. техн. унив. 1995. - 25 с.

2. Пшенов А.А. Конструирование и расчёт дощатоклеёных и клеефанерных балок. Мет. Указания. Сарат. гос. техн. унив. 1995. - 25 с.

3. Пшенов А.А. Конструирование расчёт дощатоклеёных колонн. Мет. Указания. Сарат. гос. техн. унив. 1995. - 25 с.

4. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования/ Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1983. - 31 с.

5. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования/ Ю.В. Слицкоухов и др.- М.: Стройиздат, 1991. - 256 с.

6. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.-М.: ОАО «ЦПП», 2009. - 44 с.

7. Калугин А.В. Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций). - М.: Издательство АСВ 2003. - 224 с.

Размещено на Allbest.ru