Расчет производственного здания, конструктивной схемой которого является клеёная деревянная рама

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Компоновка конструктивной схемы и описание основных частей зданий и его каркаса

В данной работе было запроектировано производственное здание, конструктивной схемой которого является клеёная деревянная рама, пролетом 24 метра. Она состоит из двух полурам, соединенных между собой в коньке шарнирным соединением, в опорном узле соединение жесткое с фундаментом. Расчетной схемой является трехшарнирная рама.

Шаг поперечных рам 4,5 метра, количество шагов 11. Тип кровли - рулонная.

Полурамы клеёные, материал сосна.

Длина здания 49.5 метров, ширина 24 метра, полезная высота составляет 4 метра.

Место строительства: I - снеговой район, V- ветровой район.

Фундамент здания может быть монолитным или сборным, размеры подбираются с учетом свойств грунтов на данном участке строительства.

2. Расчет панели покрытия

Рис. 1. Определение геометрических характеристик полурамы

Шаг несущих конструкций 4,5м. Расчетный снеговой покров p=0,8 кН/м2 (I снеговой район).

Размеры панели в плане:

l0 =4,5 м - шаг по заданию

ln l0 0,02 4,5 0,02 4,48 м - длина панели

bn, 1200 мм

bn 1200 20 1180 мм 1,18 м - ширина панели

1 2 8мм - толщина фанеры

hр hn 1 2 149 8 8 133мм

Принимаем hp = 125мм

острожки 2 4мм

Фактическая высота ребра:

р hp 2 остр 125 2 4 117мм

Ширина ребра в плане

40; 44; 50 мм. Принимаем bр 40мм

Фактическая ширина ребра:

bр =bр 2 острожки 40 2 2 32мм

Находим шаг ребер. Расстояние между ребрами в осях.



Рис. 2. Расчётная схема обшивки

Нагрузки на панель. Панели предназначены для укладки по несущим деревянным конструкциям. Подсчет нормативной и расчетной нагрузок приведен в таблице 1.

обшивка фанерный болт сечение

Таблица 1

Геометрические характеристики сечения панели.

Подсчет нагрузки на 1 м2 панели

Нормативная qн 1,243 1,18 1,47кН/м

Расчетная qр 1,575 1,18 1,858кН / м

Расчетные характеристики материалов.

Rф. р 14МПа

Rф.с 12МПа

Rф.ск 0,8МПа

Еф 9000МПа

Rфи 90 6,5МПа

Eдр 10000МПа

bпр 0,9 1,18 1,062м

Геометрические характеристики поперечного сечения клеефанерной панели приводим к фанерной обшивке. Приведенный момент инерции поперечного сечения панели:

Проверка панели на прочность. Максимальный изгибающий момент в середине пролета

Напряжения в растянутой обшивке

При расстоянии между продольными ребрами в свету c1=c-bp=382-32=450 мм и толщине фанеры ф 0,008



Расчет на скалывание по клеевому слою фанерной обшивки (в пределах ширины продольных ребер) производится по формуле

Поперечная сила равна опорной реакции панели

Приведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси

Расчетная ширина клеевого соединения

расч 4 0,032 0,128м

Касательные напряжения будут

где 2501 =0,004 - предельный прогиб в панелях покрытия

Максимальный прогиб панели меньше допустимой величины.

Принятая панель удовлетворяет условиям прочности, жёсткости и устойчивости.

3. Расчет рамы

Определение ветровых нагрузок.

Интенсивность ветровых нагрузок рассчитывается по формуле:

W W0 K B Ce f

W0 нормативное значение ветрового давления принимают в зависимости от ветрового района (W0 0.6 - V район);

К - коэффициент, учитывающий тип местности; В - шаг рам, равный 4.5 м.

С - аэродинамический коэффициент принят согласно СНиП 2.01.07-85; f - коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,4;

W1 0.6 0,4 4.5 0,8 1.4 1,2096кН / м;

W2 0.6 0.4 4.5 ( 0,4160) 1.4 0,622кН / м;

W2 0.6 0,4 4.5 ( 0,4) 1.4 0,6048кН / м;

W4 0.6 0,4 4.5 ( 0,5) 1.4 0,378кН / м.

Определение снеговой нагрузки. (I снеговой район)

- равномерно распределенная по всему пролету

Sсн1 (Sсно ) В 0,8 1 4.5 3,6кП ,

где:

Sсн2 3,6 0.75 2,7кП

Sсн3 3,6 1.25 4,5кПа

Определение постоянной нагрузки.

Собственный вес арки рассчитывается по формуле:

Погонные расчетные нагрузки (при шаге В=4,5м) равны:

- постоянная q (qпп qс.в. ) В (0,775 0,187) 4,5 2,646кНм

- временная (снег) qс.в. qсн.в. 1,1 0,17 1,1 0,187кНм

Таблица 2. Исходные данные для программы «Рама»

Таблица 3

Конструктивный расчет рамы.

Рис. 3. Карнизный узел рамы

Проверка прочности сечений.

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

Сечение 1-2. Расчетные усилия M=195,929 кН м и N=75,03 кН.

Размеры сечения b x h =165х1088 мм. Находим значение коэффициентов к расчетному сопротивлению mб 0,83(при h=1080 мм) и mсл 1,0 (при = 36 мм). Расчетное сопротивление для лиственницы с учетом этих коэффициентов.

Rc, Rи, mб mcл Rc 0,83 1,0 13 10,79мПа.

Длина полурамы (она же является расчетной длиной)

l0 lст l р 4 12,6 16,6м.

Гибкость рамы

Коэффициент продольного изгиба

Площадь брутто сечения

Ab h 16,5 108 1782 см2

Учет переменности высоты сечения по длине ригеля производим путем введения коэффициента К ЖN , значение которого определяем по формуле.

Определяем значение коэффициента



Расчетный момент сопротивления проверяемого сечения

Проверка прочности сечения

Проверка прочности по касательным напряжениям

Сечение 1-1. Расчетные усилия M=195,929 м и M=75,03. Здесь сила N б подсчитана как нормальная сила к биссектрисному сечению. Сечение биссектрисное . Высота сечения.

Площадь и момент сопротивления биссектрисного сечения равны:

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



Средневзвешенная величина коэффициента К ЖN для рамы

При проверке напряжений по биссектрисному сечению, в котором элементы стойки и ригеля соединяются на зубчатый шип, учитывают технологическое ослабление коэффициентом Кт и криволинейность эпюры напряжений коэффициентом. Эти коэффициенты равны: Kт 0,9 - как для элементов переменного сечения; 35,80 0,624 рад - угол между биссектрисой и нормалью к оси стойки 1 0,0534 1 0,05340,624 0,958 35,80 =0,624рад

Проверка прочности сечения:

сопротивление смятию под углом 35,80, к волокнам древесины.

Прочность обеспечена.

Проверим прочность биссектрисного сечения:

1. Прочность сечения в сжатой зоне вдоль оси перпендикулярной биссектрисе под углом 35,80 к волокнам



2. Прочность в растянутой зоне вдоль оси перпендикулярной биссектрисе под углом 35,80 к волокнам:

3. Прочность на сжатие вдоль оси параллельной биссектрисе под углом 90 54,20 к волокнам

Сечение 1-3. Расчетные усилия M=-195,929кН м и N=75,03 кН. Размеры сечения b x h=165x1080 мм. Проверку прочности этого сечения можно не производить, так как при примерно одинаковых усилиях М и N и размерах сечения получен довольно значительный запас прочности

Проверка устойчивости.

Для этого подсчитываем величины:

l0 Lp 1260мм - принимаем равной длине внешней подкрепленной кромке по ригелю:



lp - расстояние между опорными сечениями элемента (расчетная длина l0); KФ - коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке lp, определяемый по [1, прил. 4, табл.2].

Проверка устойчивости с учетом подсчитанных коэффициентов:

Устойчивость обеспечена. При этом в карнизном узле необходимо поставить вертикальные связи, раскрепляющие сжатую и растянутую кромки сечения рамы.

Проверка устойчивости рамы из плоскости:



lу0 = 3000мм -расстояние между связями по длине ригеля рамы.

4. Расчет узлов

Рис. 4. Опорный узел рамы

Опорный узел.

Расчетные усилии в опорном узле:

VA 85,706Н; H А 48,598кН

Из условия смятия подбираем высоту башмака. Проверяем древесину на смятие.

Высоту башмака определяем из условия на смятие стойки поперек волокон под воздействием распора Rсм90 = 3,0 МПа необходимая высота башмака:

В виду того, что высота получается незначительная, принимаем конструктивно hб 120 мм

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

Требуемый момент сопротивления равен:

Тогда толщина пластины опорного узла будет равна:

Принимаем тр 12 мм.

Башмак крепим к фундаменту двумя болтами работающие на срез и растяжение.

Из условия среза в двух плоскостях назначаем диаметр болтов:



Принимаем болты Ш16мм (Fбр 5,01 см2, Fнт 1.408 см2).

Растягивающее усилие в болте находим из условия равновесия башмака под действием распора Н А и реактивных сил под опорой плиты башмака:

Напряжение растяжения в пределах нарезной части болта

Прочность обеспечена. Fнт 1,408

Коньковый узел.



Рис. 5. Коньковый узел рамы

Q=23,439кН

N=54,846кН

F=19,5 см2

Напряжение смятия в коньковом узле

Для крепления накладок в коньковом узле принимаем болты диаметром d=20мм.

Назначаем размеры е1 240 мм, е2 940 мм.

В первом от торца накладке ряду ставим один болт, во втором ряду - три болта.

Накладки принимаем из досок сечением 75х175 мм. Несущая способность одного среза болта:



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

За несущую способность одного среза болта принимаем наименьшую величину. Т=8,07 кН.

Проверяем несущую способность болтов:

Проверяем накладку на изгиб

где

Прочность обеспечена.

Литература

1. Вдовин В.М. «Проектирование клеедощатых и клеефанерных конструкций» Учебное пособие. -2-е изд., испр. - Пенза: ПГУАС, 2007. - 214 с.

2. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. Стройиздат М. - 66 с 1982 г.

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

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

5. Вдовин В.М. «Проектирование клееных деревянных арок и рам» Учебное пособие. Пенза. 1993 г.

Размещено на Allbest.ru