Склад для хранения древесного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования РФ

Хакасский Технический институт филиал - КГТУ

Кафедра ПГС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

«Склад для хранения древесного сырья»

Разработал: ст.гр.30-2

Ламанский А.Г.

Абакан 2004г

Содержание

1. Разработка конструктивно-компоновочной схемы здания

1.1 Основные элементы конструируемого здания

1.2 Пространственная жесткость сооружения в поперечном и продольном направлении

1.3 Связи, их схемы и конструкции

2. Расчет ограждающих конструкций

2.1 Выбор конструктивной схемы

2.2 Сбор нагрузок

2.3 Статический расчет

2.4 Проверка сечений элементов по I-ой группе предельных состояний

2.5 Проверка сечений элементов по II-ой группе предельных состояний

3. Расчет несущих конструкций (арки)

3.1 Геометрический расчет

3.2 Сбор нагрузок

3.3 Статический расчет

3.4 Подбор и проверка сечений элементов арки

3.5 Конструкция и расчет узлов арки

4. Статический расчет связей

5. Обеспечение долговечности конструкций

6. Монтаж конструкций

Список литературы

Исходные данные

Тип здания - А тельфер - 50кН

Пролет - 15м

Высота - 4,4м

Несущ. констр. - 5,6м (8шагов)

Район строительства - Новороссийск

Тепловой режим - холод

Рис. 1

1. Разработка конструктивно-компоновочной схемы здания

1.1 Основные элементы проектируемого здания

Несущими конструкциями здания являются трехшарнирные клееные арки из прямолинейных элементов, пролетом 15м. Высота арок 4,4м. В качестве ограждающих конструкций покрытия применены асбестоцементные волнистые листы, которые уложены по брусчатым разрезным прогонам. Шаг несущих конструкций 5,6м.

1.2 Пространственная жесткость сооружения в поперечном и продольном направлении

Соединение несущих и ограждающих конструкций образует пространственную конструкцию, которая должна обеспечить надежное восприятие внешних сил любого направления при наиневыгоднейшем сочетании их в соответствии с условием эксплуатации. При этом передача усилий от одних частей сооружения на другие вплоть до его основания должна проходить без какого-либо нарушения пространственной неизменяемости, устойчивости, жесткости и прочности всей пространственной конструкции в целом и отдельных ее частей.

Прогоны устанавливаются на арку с шагом от 1 до 3м. Нейтральные оси прогонов сечения получают при этом такой же уклон к горизонту, как и покрытие. Прогоны соединяются по длине на опорах при помощи дощатых накладок или косого прируба. От скольжения по скату прогоны удерживаются отрезками толстых досок, прибиваемыми к опорам гвоздями или металлическими уголками. Они просты в изготовлении, но требуют большого расхода древесины.

1.3 Связи, их схемы и конструкции

Соединение несущих конструкций (арки) и ограждающей конструкции обеспечивает надежное восприятие внешних сил любого направления при наиневыгоднейшем сочетании нагрузок, в связи с этим нет необходимости устанавливать дополнительные связи. Продольные вертикальные и наклонные связи устанавливают в коньковом шарнире трехшарнирной арки, а также в арке, если ее внутренняя сжатая кромка не обеспечена от потери устойчивости без устройства продольных связей. Дополнительные связи нет необходимости устанавливать, поскольку прогоны, расположенные на арке через 1,25м будут создавать прочную связь, которая обеспечит надежное восприятие от действия внешних сил.

2. Расчет ограждающих конструкций

2.1 Выбор конструктивной схемы

Рис. 2. Конструктивная схема

2.2 Сбор нагрузок

Таблица 1 Сбор нагрузок на покрытие

Составляющие нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент над-ти по нагрузке,	Расчетная нагрузка,
Постоянная: асбестоцементная кровля	0,2	1,3	0,26
Итого:	0,2	--	0,26
Снеговая нагрузка: , то см.п. 5,7 (1)	0,42	1,6	0,672

Снеговая нагрузка

Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S следует определить по формуле 5[1]:

,

где - нормативное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли; - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Так как г. Новороссийск по карте 1 прил.5 относится к I снеговому району, то согласно табл.4[1], ; согласно 3[1], =0,84 при = 30,4⁰. .

2.3 Прогоны. Статический расчет

Расчетная схема прогона - Разрезная балка

Рис. 3. Расчетная схема прогона

Нагрузка от покрытия:

Ориентировочная нагрузка от собственного веса:

Снеговая нагрузка (табл.1):

Составляющие нормативная и расчетная нагрузки:

Составляющие изгибающего момента определяем по формуле 54[2]:

2.4 Проверка сечений элементов по первой группе предельных состояний

Прогон рассчитываем на косой изгиб, от нормальной и скатной нагрузок.

формула 5,8 [5]

Составляющие изгибающего момента:

Принимаем сечение .

Момент сопротивления:



Условие выполняется, следовательно, прочность обеспечивается.

2.5 Проверка сечений элементов по второй группе предельных состояний

Составляющие нормативные нагрузки:

Моменты инерции:

Относительный прогиб:

формула 5.9 [5]

Условие выполняется.

3. Расчет несущих конструкций арки

3.1 Геометрический расчет

Рис. 4. Трехшарнирная арка из прямоугольных элементов

Таблица 2 Геометрический расчет

№ п/п	Xn	Yn
1	0	0	30,4
2	1,88	1,1	30,4
3	3,75	2,2	30,4
4	5,63	3,3	30,4
5	7,5	4,4	30,4

3.2 Сбор нагрузок

Таблица 3 Сбор нагрузок на арку

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент над-ти по нагр.,	Расчетная нагрузка,
Постоянная:
асбестоцементная кровля	0,25	1,3	0,325
вес прогонов	0,0905	1,1	0,0996
собственный вес арки	0,12	1,1	0,13
Итого:	0,47	--	0,5546
Снеговая	0,42	1,4	0,588
Полная	0,89	--	1,1426

Вес прогонов:

Нагрузка от каркаса

Собственный вес системы определяем при (см. табл.7.1. [2]) по ф. 4[2]:

Коэффициент надежности по снеговой нагрузке вычисляем по п.5.7. [1]:

следовательно, .

Постоянная нагрузка на 1м погонный системы:

Снеговая нагрузка на 1м погонный системы:

Ветровая нагрузка определяется по формуле 6[2]:

,

где - нормативное значение ветрового давления, так как Новороссийск относится к V ветровому району, согласно прил.5 карты №3[1], и табл.5 [1]; - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (см. п. 6.5.)[1]; - аэродинамический коэффициент (см. п. 6.6.[1]), п. 6.11. [1].

Ветровая нагрузка на 1м погонный арки:

Расчетная ветровая нагрузка на арку:

3.3 Статический расчет

Определение усилий в элементах системы.

1). Постоянная

Рис. 5. Расчетная схема по постоянной нагрузке



Определяем опорные реакции:

Определение продольных усилий:

Определение поперечных усилий:



Определение изгибающих моментов:

2). Снеговая нагрузка (с обеих сторон):

Определение опорных реакций:

Рис. 6. Расчетная схема от снеговой нагрузки

Определение продольных усилий:

Определение поперечных усилий:

Определение изгибающих моментов:

3). Снеговая нагрузка (слева):



Рис. 7. Расчетная схема от снеговой нагрузки слева

Определение продольных усилий:

Определение поперечных усилий

Определение изгибающих моментов:



4). Нагрузка от тельфера:

Рис. 8. Расчетная схема от тельфера

Определение продольных усилий:

Определение поперечных усилий:

Определение изгибающих моментов:

5). Нагрузка от ветра:

Рис. 9. Расчетная схема от ветра

Проверка:

Определение продольных усилий:

Определение поперечных усилий:



Определение изгибающих моментов:

Таблица 4 Сводная таблица моментов, [кНм]:

№ п/п		М от пост.	М от снега	М от тельф.	М от ветра	Расчетные моменты
			слева	справа	на всей		слева	справа	пост+ снег	наиб. М+	наиб. М-
		1	2	3	4	5	6	7
1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	0,9	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
2	1	16,487	17,427	17,427	17,458	0	4,111	-10,006	1,4	1,4,6
	0,9		15,6843	15,6843	15,7122	0	3,6999	-9,0054	33,945	35,899
3	1	21,866	23,155	23,155	23,154	0	5,6	-13,341	1,4	1,4,6
	0,9		20,8395	20,8395	20,8386	0	5,04	-12,007	45,02	47,7446
4	1	16,427	17,37	17,37	17,396	0	4,289	-10,006	1,4	1,4,6
	0,9		15,633	15,633	15,6564	0	3,8601	-9,0054	33,823	35,9435
5	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	0,9	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Таблица 5 Сводная таблица поперечных сил, [кН]

№ п/п		Q от пост.	Q от снега	Q от тельф.	Q от ветра	Расчетные моменты
			слева	справа	на всей		слева	справа	пост+ снег	наиб. Q+	наиб. Q-
1	1	9,921	10,563	0,06	10,505	-0,26	2,546	6,134	1,2	1,2,7	-
	0,9		9,5067	0,05	9,4545	-0,234	2,2914	5,5206	20,484	24,9483	-
2	1	4,893	7,406	0,06	5,18	-0,26	1,287	3,067	1,2	1,2,7	-
	0,9		6,6654	0,05	4,662	-0,234	1,1583	2,7603	12,299	14,3187	-
3	1	-0,109	4,265	0,06	-0,115	-0,26	0,03	0	1,2	1,2,6	-
	0,9		3,8385	0,05	-1,035	-0,234	0,018	0	4,156	3,7475	-
4	1	-5,137	1,108	0,06	-5,439	-0,26	-1,232	-3,067	1,4	-	1,4,5,7
	0,9		0,9972	0,05	-4,8951	-0,234	-1,1088	-2,7603	-10,576	-	-13,026
5	1	-10,14	-2,033	0,06	-10,745	-0,26	-2,491	-6,133	1,4	-	1,4,5,7
	0,9		-1,829	0,05	-9,6705	-0,234	-2,2419	-5,5206	-20,884	-	-25,564

Таблица 6 Сводная таблица продольных сил,[кН]

№ п/п		N от пост.	N от снега	N от тельф.	N от ветра	Расчетные моменты
			слева	справа	на всей		слева	справа	пост+ снег	наиб. N+	наиб. N-
		1	2	3	4	5	6	7		-
1	1	-28,993	-18,497	-12,2	-23,97	-30,699	5,632	0,507	1,4	-	1,4,5,7
	0,9		-16,647	-10,98	-21,57	-27,63	5,0715	0,4563	-52,963	-	-77,74
2	1	-26,011	-15,34	-12,2	-19,98	-27,542	5,632	0,507	1,4	-	1,4,5,7
	0,9		-13,806	-10,98	-17,98	-24,79	5,0715	0,4563	-45,991	-	-68,235
3	1	-23,045	-12,2	-12,2	-16,02	-24,401	5,632	0,507	1,4	-	1,4,5,7
	0,9		-10,98	-10,98	-14,42	-21,961	5,0715	0,4563	-39,065	-	-58,97
4	1	-20,064	-9,042	-12,2	-12,03	-21,244	5,632	0,507	1,3	-	1,3,5,7
	0,9		-8,1378	-10,98	-10,83	-19,12	5,0715	0,4563	-32,264	-	-49,71
5	1	-17,097	-5,9	-12,2	-8,06	-18,103	5,632	0,507	1,3	-	1,3,5,7
	0,9		-5,31	-10,98	-7,254	-16,293	5,0715	0,4563	-29,297	-	-43,914

3.4 Подбор и проверка сечений элементов арки

Расчет на прочность сжато-изгибаемых элементов производим по формуле:

R_c=15 мПа - расчетное сопротивление древесины сжатию.

М_D=M_max=47,7446 кНм - при сочетании нагрузок 1,4,6.

N=N_соот=-32,394 кН - при сочетании нагрузок 1,4,6.

Принимаем арку прямоугольного сечения из сосновых досок 2-го сорта толщиной 33 мм (после острожки), высотой h=3318=59,40 см, что составляет h/l=1/25, см. табл. 7.1 [2].

Ширину сечения принимаем наименьшую, требуемую по условиям монтажа в=22,5-2=20,5см и получаемую из досок шириной 225мм с учетом острожки 20мм.

Геометрические характеристики поперечного сечения:

F=20,559,40=1217,7cм²

I=20,559,40 ³ / 12=358040,331 см⁴

W=20,559,40 ² / 6=12055,23 см³

S=20,559,40 ² / 8=9041,4225 см³

Для уменьшения изгибающего момента, в верхнем поясе системы создаем внецентренное приложение силы, в результате чего в опорном и коньковом узлах возникают разрушающие отрицательные моменты. Задаемся эксцентриситетом .

Для шарнирно-опертых элементов при эпюрах изгибаемых моментов параболического и прямоугольного очертания, M_D определяется по формуле:

Разгружающий момент в узлах M_N=32,394•0,1=3,2394 кНм.

Гибкость в плоскости действия изгибающего момента при

Тогда коэффициенты:

Расчетный изгибающий момент

Сжато-изгибаемые элементы прямоугольного поперечного сечения рассчитывают на устойчивость плоской формы деформирования по формуле 26 [2]:



где см. формулу 17 [2].

При расчете на устойчивость:

N=N_max=-77,74 кН (при сочетании нагрузок 1,4,5,7).

M_соот=М_D=0 (при сочетании нагрузок 1,4,5,7).

R_c=15 мПа.

Рассмотрим 2 сечения во 2-ой и 3-ей точках:

N₂=-68,235 кН, М₂=23,1938 кНм (при сочетании нагрузок 1,4,5,7);

N₃=-58,97 кН, М₃ =30,6976 кНм (при сочетании нагрузок 1,4,5,7).

к_ф=1,13 табл. 2.4 [2];

Проверка на устойчивость во 2-ой точке:

к_н=0,81+0,731(1-0,81)=0,949;

М_N=68,235•0,1=6,8235 кНм;

Проверка на устойчивость в 3-ей точке:

к_н=0,81+0,768(1-0,81)=0,956; М_N=58,97•0,1=5,897 кНм;

Касательное напряжение во 2-ой точке:

Касательное напряжение в 3-ей точке:

3.5 Конструкция и расчет узлов арки

Опорный узел

Расчетные усилия в опорном узле:

N=-77,74кН; Q=24,9483кН см. табл.5,6.

Сварной башмак состоит из опорного листа с размерами в_л • h_л=м и фасонок с размерами в_ф h_ф=0,20,2м. Опорный лист крепится к фундаменту двумя анкерными болтами диаметром 20мм.

Площадь смятия: .

R_см=15мПа.

- смятие торца полуарки не произойдет.

Определяем число симметричных двухсрезных болтов крепления полуарки к фасонкам, необходимых для восприятия поперечной силы Q при угле смятия =90⁰ и коэффициенте к=0,55 (по табл. 19/3/). Принимаем болты диаметром d=20мм=0,02м, класса 4,6.

Несущая способность болта в одном срезе: по изгибу болта:

По смятию древесины:

Требуемое число болтов:

Принимаем 2 болта.

Определяем толщину фасонки из условия смятия металла

,

где фактическая сила, которая приходится на 1 болт в 1 срезе;

т. к. болтов в соединении меньше 5 штук.

Принимаем толщину фасонок 3 мм.

Определяем толщину опорного листа:

Равномерная нагрузка от лобового упора _D=1,05мПа;

Реактивное давление фундамента



Изгибающий момент:

Требуемая толщина листа:

Принимаем толщину опорного листа 12 мм.

Коньковый узел

Максимальное сжимающее усилие: N=-43,914кН. Верхние концы сжатого пояса подвержены сминающему действию продольной силы и стыкуются простым лобовым упором.

Размер площадки назначаем из расчета на обеспечение приложения силы, сжимающей пояс, с таким же эксцентриситетом е=0,1м, как и в опорном узле. Для этого, в верхней части сечения устраиваем зазор.

Площадка смятия в узле: F_см=0,2050,36=0,0738м².

Смятие в коньковом узле происходит под углом =30,4⁰ к волокнам, и расчетное сопротивление древесины смятию будет:

R_см=15мПа; R_см=3мПа; sin30,4⁰=0,46.

При несимметричном нагружении снегом лишь одного из скатов покрытия, в коньковом узле возникает поперечная сила, которая воспринимается парными деревянными накладками на болтах. Поперечная сила в узле при несимметричной снеговой нагрузке будет:

Накладки принимаем сечением 60200 мм. Учитывая кососимметричную схему работы накладок и прикладывая к ним поперечную силу в точке перегиба их оси, определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие накладки к поясу:

Для крепления накладок принимаем болты диаметром 16мм.

Несущая способность болта на один рабочий шов, при направлении передаваемого усилия считая в запас, под углом 90⁰ к волокнам будет (см. табл. 19 [3]) из условия изгиба болта:

к=0,6 см. табл. 6.1. [4].



Из условия смятия накладки:

Из условия смятия среднего элемента:

Минимальная несущая способность: Т_min=3,84 кН.

Необходимое число болтов в ближайшем к узлу ряду:

, принимаем 2 болта.

Число болтов в дальнем от узла ряду , принимаем 1 болт.

Расстановка болтов согласно п.5.18 [3].

Изгибающий момент в накладках:

Момент сопротивления накладки, ослабленной двумя отверстиями диаметром 16мм:

Напряжение в накладках:

где R_и=13мПа (см. табл. 3 [3]).

4. Статический расчет связей

Подбор сечения связей

Рис. 10. Связь между прогонами и основными несущими элементами: 1 - арка; 2 - прогоны

Прогоны расположены на арке через 1,25м, и они будут создавать надежную связь, которая обеспечит надежное восприятие внешних сил любого направления при ненаивыгоднейшем сочетании нагрузок. Но по конструктивным соображениям связи устанавливаем в крайних и среднем шагах.

5. Обеспечение долговечности конструкций

Для обеспечения долговечности конструкций необходимо соблюдение следующих требований:

1. Производственный процесс должен осуществляться специально обученными квалифицированными инженерно-техническими персоналом и рабочими.

2. При изготовлении конструкций должны использоваться материалы свойства, и качество которых, полностью удовлетворяют требованиям соответствующих стандартов (ГОСТов), технических условий (ТУ), а также дополнительным требованиям, указанным в технической документации на клееные конструкции.

3. Весь процесс изготовления конструкций должен сопровождаться постоянным контролем, осуществляемым на каждой операции. Контролю подлежат такие характеристики, как свойства материалов и компонентов (в особенности клеев), качество обработки и точность сборки, величина давления при запрессовке, температуре и влажности воздуха в цехе и т.д. Конечная продукция - конструкция целиком или ее часть (элемент) - также подлежит контролю путем внешнего осмотра и механических испытаний отдельных конструкций.

4. При изготовлении конструкций должны быть соблюдены правила техники безопасности и охраны труда, относящиеся к работам с синтетическими клеями, к обслуживанию станков и прессового оборудования.

5. После завершения отделки деревянных элементов произвести обработку препаратом ББК-3 - смесь борной кислоты и буры, хорошо растворяется в воде, для людей практически безвреден. Препарат обладает действием антисептика и антипирена. В местах доработки деревянных элементов и сверления отверстий, то эти поверхности следует обрабатывать заново. Деревозащитное средство не проникает сквозь кору и лыко, следовательно, и то и другое должно быть тщательно удалено. Трещины появившиеся позднее, в результате высыхания, также следует, затем обработать.

6. Стальные опорные башмаки должны иметь минимальную площадь контакта с древесиной для возможности ее проветривания. Поверхность древесины изолировать от металла двумя слоями рубероида.

7. Для защиты деревянных конструкций от дереворазрушающих насекомых применять диметилтрихлороксиэтилфосфонат технический (хлорофос).

жесткость здание нагрузка арка

6. Монтаж конструкции

Перед установкой несущих конструкций в проектное положение производят их сборку, которую осуществляют на заводе-изготовителе или на строительной площадке, где конструкция может быть собрана полностью или частично. При частичной сборке операция окончательной сборки в проектное положение (например, соединение двух полуарок). Выбор места полной или частичной сборки конструкции определяется главным образом возможностью транспортирования конструкции или ее наибольшего элемента. Сборку конструкции, доставленной к месту строительства в виде отдельных деталей, производят на горизонтальной ровной площадке в последовательности, указанной в рабочих чертежах. Перед сборкой должны быть выявлены и устранены дефекты, которые могут возникнуть в элементах при их транспортировании. собранные конструкции хранят в вертикальном положении, предохраняя их от грунтовой и атмосферной влаги (путем применения подкладок, устройства навесов и т.д.).

Подъем конструкции после сборки и при монтаже должны производиться с помощью траверс и стяжек, обеспечивающих целостность конструкции. Перед подъемом все соединения (болты, винты, стяжки, упоры и т.д.) должны быть плотно подогнаны и затянуты. До начала монтажа должны быть выверены опорные площадки, на которые будет установлена конструкция. Несущие деревянные конструкции по мере их установки в проектное положение должны быть сразу же закреплены постоянными связями и ограждающими конструкциями (прогонами, настилами), показанными в проекте. Первая конструкция после установки закрепляется временными растяжками или другими приспособлениями. Трехшарнирные арки удобнее монтировать, устанавливая в проектное положение отдельно две половины конструкции (полуарки) и соединяя их после установки в ключевом (коньковом) узле. Для временного крепления верхней части полуарки при больших пролетах используют монтажную башню, с которой после выверки положения конструкции производят окончательную сборку ключевого узла. После выверки и закрепления собранной арки башню перемещают вдоль оси здания на следующую стоянку и монтируют следующую арку. Арки небольшого пролета можно монтировать полностью собранными.

Литература

1. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия /Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988, 36с.

2. Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник /И.М. Гринь, В.В. Фурсов, Д.М. Бабушкин и др.: Под ред. И.М. Гриня. -К.: Будивэльник, 1988,240с.: ил.

3. СНиП 2.25-80 Деревянные конструкции. Нормы и проектирование.

4. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования. Учеб. пособие для вузов /Ю.В. Слицкоухов, И.М. Гуськов, М.К. Ермоленко и др.; Под ред. Ю.В. Слицкоухова. - М.: Стройиздат, 1991, 256с.: ил.

5. Зубарев Г.Н., Лялин И.М. Конструкции из дерева и пластмасс. Учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Высш. школа, 1980, 311с.: ил.

6. Строительное материаловедение: Учеб. Пособие для строит. Спец. вузов/И.А. Рыбьев. - М.: Высш. шк., 2003. - 701 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru