Проектирование кровли

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные на проектирование

рулонный кровля обшивка настил

Схема поперечника - 4

Пролет , м - 21

Высота рамы до карнизного узла Н, м - 4

Пролетная конструкция - дощатоклееная армированная балка

Материал кровли - рубероид

Шаг рам (арок) в м - 4,5

Порода древесины - сосна

Длина здания, м - 90

Расчетная температура воздуха в

отапливаемом сооружении, С - не тапливаемое сооружение

Район строительства - г. Игарка (V район)

Расчетная схема:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструктивная схема рамы:

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Расчет элементов холодного кровельного настила под рулонную кровлю

Исходные данные. Состав кровли: трехслойный рулонный ковер из стеклорубероида на битумной мастике, защитный косой настил толщиной 16 мм, рабочий разреженный поперечный настил из досок 150 40 (h) мм, уложенный на прогоны, расположенные с шагом 1,5 м, шаг стропильных односкатных балок 4,5 м, уклон кровли 1 10, район строительства - г. Игарка

Схема кровли рисунок 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Холодная рулонная по двойному настилу

Эскизный расчет рабочего настила

Нагрузки на рабочий настил собираем с полосы 1 м при соs б = 1:

нормативная - кН/м;

расчетная - кН/м, где кПа для 5-го района по снегу и б = 5,71є.

Изгибающие моменты:

при 1-ом загружении

(3,444М1,5² )/8 = 0,9686 кН·м;

при 2-ом загружении

(0,24М1,5² )/ 14 + 0,21М2М1,2М1,5=0,795 кН·м.

Требуемые моменты сопротивления рабочего настила

см³/м,

см³/м.

где = 0,95, для КУЭ-2 и = 1,2;

Требуемая суммарная ширина досок разреженного рабочего настила на один погонный метр.

см/м.

Требуемый шаг досок рабочего настила при ширине досок b = 12,5 см

м ? a_max,

что сравниваем с максимально допустимым пролетом для досок защитного настила толщиной 16 мм, вычисленный по формулам при = 12350 кПа и = 15600 кПа

м ;

м; = 0,95 м

м.

При косом защитном настиле максимально допустимый шаг досок рабочего разреженного настила м.

Окончательно принимаем шаг досок 150 Ч 40 (h) рабочего настила равным 0,5 м.

Проверочные расчеты рабочего настила

Нагрузка на 1 м² рабочего настила с учетом собственного веса:

нормативная - кПа;

расчетная - кПа.

Здесь cos б = cos 5,71є = 0,996.

Изгибающие моменты с полосы шириной 1 м:

кН·м;

кН·м.

Геометрические характеристики рабочего настила из досок 150 Ч 40 (h) с шагом а = 0,5 м:

см³/м;

см⁴/м.

Напряжение изгиба при 1-ом загружении

кН/см² = 11,8 МПа < = 12,35 МПа.

То же при 2-ом загружении

кН/см² = 9,93 МПа < = 15,6 МПа.

Проверка жесткости рабочего настила:

< .

Подбор сечения прогона

При шаге балок 4,5 м и жестком в своей плоскости двойном настиле можно применить более экономичные неразрезные дощато-гвоздевые спаренные прогоны из досок на ребро.

Нормальная составляющая нормативной нагрузки на прогон при б = arctg i = arctg 1:10 = 5,71є и шаге а = 1,5 м

кН/м,

где cos б = 0,996;

расчетная нагрузка на прогон

кН/м.

Изгибающий момент в неразрезном дощато-гвоздевом спаренном прогоне при равных пролетах l = 4,5 м при 1-ом загружении в крайнем пролете составит:

кН·м = 1047 кН·см,

то же в среднем пролете - кН·м = 872 кНсм.

Требуемые моменты сопротивления составного прогона в крайнем пролете

см³,

в средних пролетах - см³.

В крайнем пролете принимаем четыре доски толщиной 6 см, в среднем - три доски.

Требуемая высота досок

см;

см.

Принимаем доски шириной 175 Ч 60.

Проверочные расчеты неразрезного прогона

Моменты сопротивления прогона в крайнем и среднем пролетах:

см³; см³.

Проверка прочности прогона при плоском поперечном изгибе:

в крайнем пролете -

кН/см² = 8,55 МПа<=12,35МПа,

в среднем пролете -

кН/см² = 9,5 МПа < = 12,35 МПа.

Жесткость прогона проверим только в крайнем пролете, где относительный прогиб наибольший

=1/542 < = 1/200 при см⁴.

3. Проектирование клеефанерной панели под холодную рулонную кровлю

Исходные данные. Номинальные размеры панели в плане-1,54,5 м; верхняя обшивка из водостойкой фанеры марки ФСФ из берёзы толщиной 12 мм; продольные рёбра из сосны 2-го сорта; район строительства - г. Игарка (5-й район по снегу); уклон кровли- 1:10.

Эскизный расчёт панели

Определим предельное расстояние в свету между рёбрами:

см.

Требуемое число продольных рёбер n_p=b_пан/а+1=1,5:1,248+1=2,2 шт. Принимаем 3 продольных ребра шириной 50 мм. Определим ориентировочную высоту рёбер h_p из условия устойчивости сжатой верхней обшивки при а/=67:1,2=55,8>50, где а=(149-35):2=67 см; k_pf=1250 : 55,8² = 0,4; =0,9 149=134,1 см. Требуемая высота рёбер при =0,9

h_p=M/(k_pff_p,0,dв)=0,91360/(0,41,2134,11,2)=15,85см,

М = l²/8 = 5,524,44² : 8 = 13,6 кНм; =(0,41,2+21,6)1,5 = 5,52 кН/м; l = 4,5 - 0,06 = 4,44 см.

Принимаем 4 ребра из досок: в заготовке - 50175 мм, в чистоте - 46170 мм после острожки.

Поверочные расчеты ребристой панели

Нагрузки определяем в табл. 1.

Таблица 1. Нагрузки на кровельную панель, кПа

Наименование нагрузки	Нормативная величина нагрузки	f	Расчетная величина нагрузки
1 Постоянная от собственного веса: а) трехслойного рулонного ковра б) верхней обшивки из фанеры, в=12мм, =700кг/м3 в) продольных ребер 40145(40,0460,17500:1,5=10,43кг/м2) г) приборов освещения (5 кг/м2)	0,12 0,084 0,1043 0,05	1,3 1,1 1,1 1,2	0,16 0,093 0,1147 0,06
Итого постоянная: 2 Снеговая для г. Игарка (5-й район) S0=2 кПа	0,358 2	1,6	0,428 3,2

Погонные нагрузки на панель (нормальные составляющие):

нормативная - ;

расчётная - ,

где =arctg0,1=5,71^o ;cos=cos5,71^o=0,996.

Изгибающий момент и поперечная сила

кНм;

кН.

Геометрические характеристики приведенного сечения

Коэффициент приведения для древесины n_ф=Е_д/Е_р=10000:9000=1,11.

Коэффициент приведения для фанеры n_д=Е_р/Е_д=9000:10000=0,9.

Приведенная площадь сечения при =0,9b=0,9170=153 см, так как l>6a, 4,44 м>60,679=4,07 м.

.

Приведенный статический момент сечения относительно верхней грани

Координаты нейтральной оси приведенного сечения:

см; h=h_p+_в=17+1,2=18,2 см;

h-=18,2-6,55=11,65 см.

Приведенный к фанере момент инерции



I_dp=183,6(6,55-0,6)²+1,1144,617(11,65-8,5)²+1,1144,617³/12=18306,996см⁴.

Приведенный к древесине момент инерции

/12=

=0,9183,6(6,55-0,6)²+44,617(11,65-8,5)²+44,617³ /12=16486,94 см⁴.

Проверим соотношение:

I_d=I_dp/n_ф=I_dpn_ф=18306,996:1,11=18306,9960,9=16492,79 см⁴.

Момент сопротивления для верхней грани (для фанеры)

=18306,996/6,55=2794,96 см³.

Момент сопротивления для нижней грани (для древесины)

=16486,94/11,65=1415,19 см³.

Проверка прочности верхней обшивки на местный изгиб:

M_M=Pa/8=1,267/8=10,05 кНсм; W_ф=1001,2²=24 см³;

=M_M/W_ф=10,05/24=0,419 кН/см²=4,19 МПа<f_pf,90=6,51,2=7,8 МПа.

Проверка устойчивости сжатой верхней обшивки при общем изгибе при k_pf=0,39:

=M₀/(k_pf)=1330:(0,392794,96)=1,12кН/см²=11,2МПа>f_p,0,d= =120,95=11,4 МПа.

Условие устойчивости сжатой верхней обшивки выполняется.

Окончательные размеры панели приняты по рисунку 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Конструкция ребристой кровельной панели под холодную рулонную кровлю

4. Расчет дощатоклееной армированной балки с двойным армированием

Нагрузки определяем в таблице 2.

Таблица 2. Нагрузки на балку, кПа

Наименование нагрузки	Нормативная величина нагрузки	f	Расчетная величина нагрузки
1 Постоянная от собственного веса: а) трехслойного рулонного ковра б) верхней обшивки из фанеры, в=12мм, =700кг/м3 в) продольных ребер 40145(40,0460,17500:1,5=10,43кг/м2) г) приборов освещения (5 кг/м2)	0,12 0,084 0,1043 0,05	1,3 1,1 1,1 1,2	0,16 0,093 0,1147 0,06
Итого постоянная: 2 Снеговая для г. Игарка (5-й район) S0=2 кПа	0,358 2	1,6	0,428 3,2
Итого:	2,358		3,628

Погонные нагрузки на балку:

полная:

Расчетные нагрузки:

полная:



Расчетные усилия в балке:

максимальный:

максимальный:

Коэффициент устойчивости балки m_в=1:

, что меньше 0,8, m_d=1.

При толщине досок после острожки:

а=50-6=44 мм, m_c=0,95.

Нормальные напряжения при изгибе:

Нормальные напряжения на скалывание:

Ширина балки после острожки:

b=b₃-15=275-15=260 мм.

Принимаем 425 S400 А=9,8 см², =0,01, n=20.

Требуемый момент сопротивления:



Требуемая высота из условия прочности на изгиб:

Из условия прочности на скалывание:

Момент инерции:

Требуемая рабочая высота балки из условия жесткости:

Высота балки: h=h'+a=1,5+0,2=1,7 м.

Окончательно принимаем: h=300,05=1,5 м.

Коэффициент армирования:



Приведенный момент инерции:

Приведенный момент сопротивления:

Приведенный статический момент площадки сечения выше нейтральной оси:

Проверка нормальных напряжений:

Проверка касательных напряжений:



Прочность балки обеспечена.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Дощатоклеенная балка с двойным армированием

5. Расчет двускатной дощатоклеенной армированной балки

При ширине балки b=0,26 м возможный диаметр арматуры найдем из условия b?6,8a, тогда а = d + 5?b/6,8 = 260/6,8 = 38,2 мм, отсюда d ? 33,2 мм.

Принимаем у нижней грани 432 S400 A=16,17 см².

Требуемый момент инерции приведенного сечения из условия жесткости балки:

Требуемый момент инерции по древесине:

Отсюда находим требуемую высоту балки:

Окончательно принимаем:

в середине пролета: h = 0,0540 = 2,0 м;

на опоре: h_оп = 0,0528 = 1,4 м.

Уклон кровли при этом:

i = (h-h_оп)/(0,5L_p)= (2-1,4)/(0,520,9)= 0,1 = 1:10.

Расчетное сечение двускатной балки находится от опор на расстоянии:

Высота расчетного сечения балки:

Рабочая высота армированной балки:

где а = 38,2 мм.

Изгибающий момент в расчетном сечении:

Момент инерции:

Коэффициент армирования:

Момент сопротивления приведенного сечения:

Проверка прочности балки в расчетном сечении по нормальным напряжениям:

Проверка прочности по касательным напряжениям:



Прочность балки обеспечена.

6. Статический расчет поперечной рамы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нагрузка А_g равна реакции ригеля от собственной массы всех конструкций покрытия:

для крайних колонн:

для средних:

Нагрузка от собственной массы колонны высотой Н с сечением b x h для крайних колонн:

где размеры b x h принимаем 160 х 320, их гибкость в плоскости рамы:

Отношение , что удовлетворяет рекомендациям по деревянным клееным колоннам:

для стойки 2 (b x h = 160 x 480):

Нагрузка А_р равна реакции ригеля от снеговой нагрузки на кровле.

На крайние стойки:

на средние стойки:

Вертикальная снеговая нагрузка действующая на скаты кровли и направляемая вверх, при малоуклонных кровлях не учитывают, на эту нагрузку проектируют элементы ограждения и крепления элементов кровли.

Горизонтальные ветровые нагрузки действуют на раму в виде равномерно распределяемых нагрузок Р_а и Р₀, и горизонтально расположенных сосредотачиваемых сил W и W':

где g₀=0,7 кПа - нормальный скоростной напор ветра для г. Игарка;

В - шаг рам, равный 4,5 м;

с₃ - аэродинамический коэффициент, равный 0,5;

n=1,2 - коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

k=0,65 - коэффициент увеличения скоростного напора ветра в зависимости от высоты здания.

Определяем неизвестные в верхних срезах колонн:



Сжимающее усилие в стойках. От веса всех конструкции и собственного веса стоек:

От снеговой нагрузки:

Максимальные изгибающие моменты в стойках от ветровой нагрузки:

Определим невыгодные комбинации усилий:

для расчета стоек, комбинация № 1:

комбинация № 2:

комбинация № 3:

Для расчета заземленной стойкой:

Определим условия сжимающих усилий по трем комбинациям усилий от крайних стоек:

Следовательно, расчетной является комбинация № 2.

Крайняя стойка:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средняя стойка:

Размещено на http://www.allbest.ru/

7. Конструктивный расчет стоек

Расчет крайней левой колонны

Усилия возникающие в колонне: М = 30,17 кНм; N = 146,05 кН.

Стойки сплошного сечения работают на внецентренное сжатие и рассчитываются на прочность:

где - коэффициент, учитывающий увеличение изгибающего момента от продольной силы вследствие деформации стоек.

Гибкость стойки:

где - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон.

Расчетное сжимающее напряжение:

Коэффициент продольного изгиба, определяется в зависимости от гибкости элемента:

где - нормативное значение сопротивления древесины сжатию;

- вероятный минимальный модуль упругости древесины вдоль волокон;

т. к. то

Проверим условие устойчивости:



- расчетное напряжение от изгиба;

- коэффициент устойчивости изгибаемого элемента;

Условие прочности выполняется.

Расчет средней колонны

Усилия возникающие в колонне: М = 17,73 кНм; N = 292,72 кН.

Стойки сплошного сечения работают на внецентренное сжатие и рассчитываются на прочность:

где - коэффициент, учитывающий увеличение изгибающего момента от продольной силы вследствие деформации стоек.

Гибкость стойки:

где - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон.

Расчетное сжимающее напряжение:

Коэффициент продольного изгиба, определяется в зависимости от гибкости элемента:

где - нормативное значение сопротивления древесины сжатию;

- вероятный минимальный модуль упругости древесины вдоль волокон;

т. к. то

Проверим условие устойчивости:



- расчетное напряжение от изгиба;

- коэффициент устойчивости изгибаемого элемента;

Условие прочности выполняется.

Размещено на Allbest.ru