Разработка проекта одноэтажного производственного здания с деревянным каркасом

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Исходные данные для проектирования находим по трехзначному шифру, который определяем по номеру зачетной книжки.

Номер зачетной книжки - 1511231.

Сумма второй и пятой цифр номера зачетной книжки: 5+2, принимаем первую цифру шифра - 7. Вторая и третья цифры равны соответственно двум последним в номере зачетной книжки. Итак, шифр - 731

Исходные данные для проектирования по шифру 731:

- схема несущих конструкций - двухшарнирная рама промышленного здания, стойка составного сечения, ригель - трапецевидная ферма из бревен или брусьев;

- пролет здания - l = 19 м;

- высота- Hк = 10 м;

- шаг рам - B = 5м;

- район строительства - г. Архангельск (по СП 20.13330.2016 нормативное значение снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли - Sg = 2 кПа, нормативная ветровая нагрузка - W0 = 0,3 кПа);

- тепловой режим здания - неотапливаемый (шаг прогонов - 1170 мм).

Рис. 1

1. Компоновка конструктивной схемы здания

Район строительства - г. Архангельск, по СП 20.13330.2016 нормативное значение снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли - Sg = 2 кПа, нормативная ветровая нагрузка - W0 = 0,3 кПа.

Здание одноэтажное.

Количество пролетов - 1.

Длина здания 11 шагов по 5 м - 55 м.

Высота помещения - 10 м.

Гидрогеологические условия строительства: рельеф спокойный, уровень грунтовых вод ниже отметки заложения фундамента.

Проектируемое здание относится к зданиям с нормальным уровнем ответственности (КС-2, гn = 1) согласно ГОСТ 27751-2014.

1.1 Покрытие

С учетом неотапливаемого режима здания в проекте предусмотрено покрытие по прогонам. В состав покрытия в прогонном решении входят:

- гидроизоляция из 2 слоев изопласта;

- защитный настил из досок 16х100 мм;

- рабочий настил из досок 25х100 мм с зазором 100 мм из древесины 2-ого сорта, воспринимающий внешние нагрузки и передающий их на прогоны;

- прогоны прогоны из спаренных досок, располагаемые в направлении продольных осей здания, передающие нагрузку на основную несущую конструкцию покрытия. Прогоны принимаем неразрезного типа с шагом bп = 1,17 м.

1.2 Ригель

По заданию ригель - трапециевидная ферма.

Верхний пояс фермы и сжатые элементы решётки выполнены из брусьев. Нижний пояс и растянутые элементы решётки - металлические.

Расчетный пролет фермы l = 18,6 м.

Высота фермы l/7 = 18,6/7 = 2,65 м.

Уклон верхнего пояса i = 0,1.

Строительный подьем l/200 = 18,6/200 = 0,095 м, принимаем 0,1 м.

Рисунок 1.1 - Схема фермы

1.3 Колонна

Колонна составного поперечного сечения, выполнена из досок.

Высота поперечного сечения колонны в первом приближении:

hк = (1/16 ... 1/12) * Hк = (1/16 ... 1/12) * 10000 = (625... 833) мм

Принимаем сечение высотой hк = 693 мм из 21 досок толщиной 33 мм.

Ширина поперечного сечения колонны в первом приближении:

bк = hк/4 ... hк/2 = 693/4 ... 693/2 = 174... 347 мм,

Ширина поперечного сечения колонны из условия устойчивости из плоскости рамы без установки промежуточных распорок

bк ? l0 /(0,289 * лпр) = 9700 /(0,289 * 120) = 279,7 мм

где l0 -расчетная длина колонны с учетом фундамента.

Принимаем bк = 300 мм

Поперечное сечение колонны изображено на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Сечение колонны

1.4 Фахверк

Торцевые стойки проходят до покрытия и передают нагрузку на горизонтальную жесткую диафрагму покрытия. Конструкция торцевого фахверка представляет собой жёсткую неизменяемую систему в своей плоскости. Фахверк рассчитывается как сжато-изогнутый элемент, шарнирно закреплённый по концам. Схему размещения фахверка смотри на схеме каркаса рисунок 1.5.

1.5 Связи каркаса

Пространственная жесткость здания обеспечивается вертикальными связями между стойками ферм СВ1 в осях 1-2, 11-12 и СВ2 в осях 3-4, 5-6, 7-8, 9-10, обспечивающими устойчивость ферм.

Для восприятия ветровой нагрузки, действующей вдоль здания в плоскости покрытия, устанавливают горизонтальные связи в торцевых частях здания в осях 1-2, 11-12 (СГ1) и в осях 6-7 (СГ2).

По коньку устанавливаются распорки Р1 в осях в осях 2-11 и Р2 в осях 1-2 и 11-12 для обеспечения усойчивости ферм.

Стойки фахверка СФ1 и СФ2 рассчитывается как сжато-изогнутый элемент, шарнирно закреплённый по концам.

Колонны каркасса К1, К2, К3, К4, К5 в плоскости рам жестко защемлены в фундаменте и шарнирно с фермой, из плоскости рам имеют шарнирное закрепление на обеих концах. Устойчивость колонн обеспечивается поперечной рамой в поперечном направлении и связями СВ3 в осях 1-2, 11-12, СВ4 в осях6-7 и брусом БО1 в осях 1-12 по оголовкам колонн в продольном направлении.

1.6 Стеновое ограждение

Стеновые панели с асбестоцементной обшивкой в торцах здания примыкают к стойкам фахверка и опираются непосредственно на фундамент.

Размеры стеновых панелей торцевых рядовых 3,5х1,8 м (ПС1 - 24 шт), 4х1,2 м (ПС2 - 4 шт), 4х1,8 м (ПС3 - 30 шт), доборных: 4х0,65 м (ПС4 - 2 шт), 3,5х0,8 м (ПС5 - 4 шт), 4х1,5 м (ПС6 - 4 шт)

Размеры стеновых панелей продольных 5х1,2 м (ПС7 - 66 шт), 5х1,8 м (ПС8 - 66 шт), 5х0.8 (ПС9 - 22 шт).



Рисунок 1.3 - Схема расположения элементов каркаса здания



Рисунок 1.4 - Разрез 1-1

Рисунок 1.5 - Разрез 2-2

2. Расчет и конструирование ограждающих конструкций кровли

2.1 Расчет двойного перекресного настила под неутепленную рулонную кровлю

Конструирование настила

Настил выполнен из двух слоев сколоченных досок. Первый слой - доска толщиной 25 мм уложена с промежутками размером с ширину доски, второй - доска 16 мм, уложенная без зазоров.

Рисунок 2.1 - Схема к расчету двойного перекрестного настила: 1 - защитный настил; 2 - рабочий настил; 3 - прогон

Сбор нагрузок на настил

Настил воспринимает два вида нагрузок: нагрузка от собственного веса и снегова нагрузка.

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, кПа:

S0 = ce*ct**Sg

где се - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, для пологих (с уклонами до 12 % или с f/l 0,05) покрытий однопролетных и многопролетных зданий, проектируемых на местности типа А или В и имеющих характерный размер в планеlcне более 100 м коэффициентсепринимают по формуле, но не менее 0,5:

ce=(1,4-0,4*k0,5)*(0,8+0,002*lc)=(1,2-0,4*0,90,5)*(0,8+0,002*30,7)=0,88.

где k - коэффициент, принимается в зависимости от высоты здания и типа местности,

lc = 2*b-b2/l = 2*19-192/55 = 31,5 м - ширина покрытия

b = 19 м -наименьший размер покрытия в плане,

l = 55 м -наибольший размер покрытия в плане.

ct= 1 - термический коэффициент;

= 1 - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;

Sg = 2кПа - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли принимается по данным таблицы 10.1 СП 20.13330.2016.

S0= 0,88*1*1*2=1,76кПа.

Таблица 2.1 - Сбор нагрузок на настил

Наименование	Нормативная нагрузка g, кПа	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка gр, кПа
Постоянные нагрузки
Слой изопласта К qк1 = 5 кг/м2 (ТУ 5774-005-05766480-95)	qк1 * g* гn/ 1000 = =5 * 9,81/ 1000 = 0,049	1,3	0,064
Слой изопласта П qк2 = 5.5 кг/м2 (ТУ 5774-005-05766480-95)	qк2 * g* гn/ 1000 = 5.5 * 9,81 / 1000 = 0,054	1,3	0,070
Защитный настил из досок 16х100	qнз *с *g* гn/ 1000 = 16* 500 * 9,81 / 1000 =0,078	1,1	0,086
Рабочий настил из досок 25х100 с зазором 100 мм	qнр *с* g* гn/ 1000 = 25* 500 * 9,81 * 0,50/ 1000 =0,061	1,1	0,067
ИТОГО:	qн.пост= 0,243		qр.пост = 0,288
Временные нагрузки
Снеговая	1,76	1,4	2,46
ВСЕГО	qн= 2		qр= 2,75

Нагрузка от 2 людей с инструментами:

P = 1 * 1,2 * 2 = 2,4 кН.

Расчет настила

Расчет на прочность

Расчет изгибаемых элементов на прочность по нормальным напряжениям следует производить по формуле

у = Mmax / W ? Rи

где Mmax- расчетный изгибающий момент;

Rи= 13МПа - расчетное сопротивление изгибу для древесины;

W - момент сопротивления поперечного сечения элемента.

Расчет проводим для наихудшего загружения из двух:

Нагрузка от собственного веса и снега (рисунок 2.2),

Нагрузка от собственного веса и веса людей с инструментами (рисунок 2.3).



Рисунок 2.2 - Расчетная схема настила (нагрузка от собственного веса и снега)

q = qр * cos б = 2,75 * cos5,7є = 2,3кН

M = q * bп2 / 8 = 2,3 * 1,172 / 8 = 0,39кН *м.

Рисунок 2.3 - Расчетная схема настила (нагрузка от собственного веса и веса людей с инструментами)

qсв = qр.пост= 0,288 * 1 = 0,288 кН/м;

Р = 2,4 кН.

M = 0,07 * qсв * bп2 + 0,21 * Р * bп = 0,07 * 0,288* 1,172 + 0,21 * 2,4 * 1,17= 0,617кН*м.

Принимаем Mmax = 0,678 кН*м.

W = b * h2 * n / 6 = 10 * 2,52 * (1000/(100+100)) / 6 = 52,1см3.

у = Mmax / W = 0,678 * 1000 / 52,1= 13,0 кгс/cм2 ? 13МПа

Прочность двойного перекрестного настила достаточна.

Расчет настила по деформациям

Расчет настила по деформациям выполнен в виде расчета на прогиб от действия нагрузок.

Расчет на прогиб (нормативное значение собственного веса и снеговой нагрузки)

Расчет изгибаемых элементовна прогиб производим по формуле

f / bп = 2,13 * qн * bп3 / (384 * E *I) < 1/150,

E = 11000 МПа - модуль упругости древесины вдоль волокон,

I - момент инерции поперечного сечения элемента:

I = b * h3 * n / 12 = 10 * 2,53 * (1000/(100+100)) / 12= 65,1cм4

f / bп = 2,13 * 2,88* 1,173 * 105 / (384 * 11000 * 65,1) = 1/280< 1/150.

Прогиб двойного перекрестного настила не больше нормативного.

2.2 Расчет прогона

Конструирование прогона

Проектируем неразрезной прогон покрытия, собранный из двух досок «на ребро» сечением 50 х 200 мм каждая, соединенных между собой по всей длине гвоздями из древесины 2-ого сорта. В крайних пролетах и над вторыми опорами наибольшие изгибающие моменты, прогон в них усиливается третьей доской.

Концы стыкуемых досок соединяют гвоздями к неразрезной доске. Число гвоздей по расчету. Кроме расчетных гвоздей в стыках по всей длине прогона забивают гвозди для обеспечения совместной работы досок примерно через 50 см. Гвозди забиваются попарно навстречу друг другу, пробивают прогоны насквозь, концы их загибаются. Стыки досок расположены на расстоянии lст от опор и соединены на гвоздях К4х120 ГОСТ4028-63*

Рисунок 2.4 - Конструкция неразрезного прогона: 1 - ригель, 2 - доски прогона 50 х 200, 3 - гвозди К4х120 ГОСТ4028-63*

Сбор нагрузок на прогон

Рисунок 2.5 - Расчетная схема неразрезного прогона

Расчет схема прогона рассмотрена в виде многопролетной статически неопределимой балки (Рисунок 2.5).

Расстояние от опоры до стыка:

lст = 0,2 * B = 0,2 * 5= 1м.

Расстояние от опоры до ряда гвоздей у стыка:

хгв = lст - 0,1 = 1 - 0,1 = 0,9м.

Нормативная нагрузка на прогон:

qн =qн * bп+ 2 * b * h * с = 2 * 1,17 + 2 * 0,05* 0,2 * 500 * 9,81 / 1000 = 2,44 кН/м.

Расчетная нагрузка на прогон:

q =qр* bп+ 2 * b * h * с * г = 2,75 * 1,17+ 2 * 0,05* 0,2 * 500 * 9,81 *1,1 / 1000 = 3,33кН/м.

Максимальный изгибающий момент:

M = q * B2 / 12 = 3.33* 52 / 12 = 6,94 кН*м.

Поперечная сила в стыке:

Q = M / (2* хгв) =6,94/ (2 * 0,8) = 4,34кН.

Расчет прогона Расчет прочности прогона

Расчет изгибаемых элементов на прочность по нормальным напряжениям:

у = M / W ? Rи

где M- максимальный изгибающий момент;

Rи= 13 МПа - расчетное сопротивление изгибу для древесины;

W - момент сопротивления поперечного сечения элемента:

W = 2 * b * h2 / 6 = 2 * 5 * 202 / 6 = 666,7см3.

у = M / W = 6,94* 1000 / 666,7= 10,41МПа<13 МПа

Расчет прогибов прогона

Сечение из трех досок в крайних пролетах:

I = b * h3 * n / 12 = 5 * 203* 3/ 12= 10000 cм4

f / (B - 0,5) = 2,5 *qн * (В - 0,5)3* 105/ (384 * E * I) = 2,5 * 2,85* (5 - 0,5)3* 105/ (384 * 11000 * 10000) = 1/0015< 1/200.

Сечение из двух досок в средних пролетах:

I = b * h3 * n / 12 = 5 * 203* 2/ 12= 6667 cм4

f / B = qн * В3 / (384 * E * I) = 2,85* 53 * 105 / (384 * 11000 * 6667) =1/002< 1/200.

Прогон имеет необходимую прочность, его прогиб не превышает допускаемой величины. Проверка прочности гвоздевого стыка. Расчетная длина защемления 1 гвоздя в доске:

aр = b - 1,5 * d = 50 - 1,5 * 4 = 44 мм.

Несущая способность 1 гвоздя из условия его изгиба:

Tи = 2,5 * d2 + 0,01 * ap2 = 2,5 * 0,42 + 0,01 * 442 = 0,59кН< 4 * d2 = 4 * 0,42 = 0,64кН =>

Tи = 0,59кН

Несущая способность на смятие 1 окологвоздевого гнезда:

Tc = 0,35 * b * d = 0,35 * 5 * 0,4= 0,70кН

В расчет принимаем меньшее значение, при котором происходит разрушение соединения.

Требуемое количество гвоздей:

nтр = Q /T= 4,34 / 0,59 = 7,35 шт

Расстояние от оси забивки гвоздей до стыка не менее S1 = 15 * d = 15 * 4= 60 мм. Окончательно принимаем S1 = 100 мм.

Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке гвоздей S2 ? 4 * d= 4 * 4= 16 мм. При nтр = 8 шт найдем: S2 = h / (nтр + 1) = 200 / (8+ 1) = 22мм >16мм. Окончательно принимаем S2 = 22 мм.

Расстояние от оси забивки гвоздей до кромки элемента следует принимать не менее S3=3 * d = 3 * 4 =12 мм.Расстояние от осей гвоздей до кромки элемента S3 = (h - (nтр - 1) * S2) / 2 = (200 - (8- 1) * 22) / 2 = 23 мм.

Рисунок 2.6 - Расстановка гвоздей в стыке

3. Проектирование стропильной фермы

3.1 Статический расчет

фундамент стропильный ветровой

Рисунок 3.1 - Схема нагрузок на ферму

Собственный вес фермы:

- нормативный:

qфн=(qн+pн)/(1000/ (kсв * l) -1) = (24,3 + 0,05 * 0,2 * 500 / 1,17 + 263,8)/(1000/(3,5*19)-1) = 20,8кгс/м2

- расчетный: qфр=1,1 * 20,8=22,9кгс/м2

Расчётная нагрузка на 1м горизонтальной проекции верхнего пояса фермы:

- от собственного веса покрытия:

qp=(gкрp+qфp) * B=(28,8 + 0,05 * 0,2 * 500 * 1,1 / 1,17 + 22,9) * 5=282кгс/м

- от снега:рснр=рсн * В=246 * 5=1230кгс/м

Все нагрузки считаем приложенными к узлам верхнего пояса фермы.

Нагрузка на ферму в узлах Б, В, В':

- от собственного веса:

G = qp* L / 4 = 282 * 19 / 4 = 1339 кгс.

- от снега: P = pснр * L / 4 = 1230 * 19 / 4 = 5843 кгс.

Суммарная

F = G + P = 1339 + 5843 = 7182 кгс.

Нагрузка на ферму в узлеA:

G/2=670 кгс;

P/2=2922кгс.

Суммарная F/2 = 3591 кгс.

Определим усилия в стержнях фермы от единичных нагрузок.

Определим усилия в стержнях фермы от единичных нагрузок.

Опорная реакция RA = (1+1+1+0,5+0,5)/ 2 = 2;

Узел А:

?Fx = АД * sin 89є = 0

?Fy = АД * cos 89є + АБ + RA = 0

АД = 0

АБ = - RA = - 2

Узел Б:

?Fx = - БВ * sin 84є - БД *sin 71є = 0

?Fy = БВ * cos 84є - БД *cos 71є - 0,5 - АБ = 0

БВ= - БД * sin 71є / sin 84є

- БД * sin 71є * cos 84є / sin 84є- БД * cos 71є - 0,5 - АБ = 0

БВ= - БД * sin 71є / sin 84є

- БД * (sin 71є * cos 84є / sin 84є+ cos 71є) - 0,5 - АБ = 0

БВ= - БД * sin 71є / sin 84є = - 3,40 * 0,940 / 0,995 = - 3,21

БД= (0,5 + АБ) / (sin 71є * cos 84є / sin 84є+ cos 71є) = 1,5 / (0,940* 0,105 / 0,995 + 0,342) = -3,40

Узел В:

?Fx = БВ - ВГ = 0

?Fy = - 1 - ВД = 0

ВГ = БВ = - 3,21

ВД = - 1

Узел Д:

?Fx = - ДД' - ДГ * sin 61є + БД * sin 71є = 0

?Fy = ВД + ДГ * cos 61є + БД * cos 71є = 0

ДД' =- ДГ * sin 61є + БД * sin 71є = 0,33 * 0,866 + 3,4* 0,940 = 3,48

ДГ = (- ВД - БД* cos 71є) / cos 61є = (1- 3,40 * 0,342) / 0,5 = - 0,33

Занесем полученые результаты в таблицу

Таблица 3.2 - Расчетные усилия в стержнях

Элементы фермы и опорные реакции	Стержни	Усилия от единичной нагрузки	Усилия от нагрузки F = 7182кгс	Обозначение усилия
Верхний пояс	БВ	-3,21	-23054	О1
	ВГ	-3,21	-23054	О2
Нижний пояс	БД	3,40	24418	U1
	ДД'	3,48	24993	U2
Раскос	ДГ	-0,33	2370	D1
Стойка	ВД	-1	-7182	V1
Опорные реакции		2	14364	RA

3.2 Подбор сечений элементов фермы

Верхний пояс

Верхний пояс рассчитываем как сжато-изогнутый стержень на действие продольного усилия О1=О2 и местную поперечную нагрузку:

qп = (qкрр + рсн + 2 * qфр / 3) * B = (28,8 + 0,05 * 0,2 * 500 * 1,1 / 1,17 + 246 + 2 * 22,9/ 3) * 5 = 1473,8 кгс/м.

При подборе сечения пояса принимаем изгибающий момент:

Mрасч = 0,65 * Mq = 0,65 * qп * lБВ2 / 8 = 0,65 * 1473,8 * 4,6732 / 8 = 2614,9 кгс*м.

Задаемся высотой сечения пояса h=33,0 см из 10 досок толщиной 3,3 см после острожки и шириной b=17,5 см.

Проверяем принятое сечение.

Геометрические характеристики:

Fбр=b * h = 17,5 * 33,0=577,5 см2;

Wбр=b * h2/6=17,5 * 33,02/6=3176 см3;

r =0,289 * h=0,289 * 33,0=9,54см;

гибкость элемента в плоскости фермы

л=l/r =467,3/ 9,54=49,0

ц = 0,808

Коэффициент, изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле

о = 1 - О1 / (ц * Rc * Fбр) = 1 - 23054 / (0,808 * 225 * 577,5) = 0,78.

При hсм / h = 0,5высота площадки смятия hсм = 0,5* 33,0 = 16,5 см.

Эксцентриситет продольных сил:

e = (h - hсм) / 2 = (33,0 - 16,5) / 2 = 8,25 см.

Cмятие происходит под углом б = 5,71? к направлению волокон

Rсмб = Rсм / (1 + (Rсм / Rс90 - 1) * sin3б) = Rсм / (1 + (225/ 27- 1) * 0,1003) = 223кгс/см2

Минимальная длина площадок смятия торцов элементов:

hсм мин = O1 / (b * Rсмб) = 23045 / (17,5 * 223) = 5,91 см <16,5см.

Изгибающий момент определяемый из расчета по деформированной схеме

Мд = Мрасч / о = 2614,9 * 100 / 0,78 = 335244 кгс*см.

у = О1 / Fбр + Мд / Wбр = 23054 / 577,5 + 335244 / 3176= 145,5 кгс/cм2<225 кгс/cм2

Окончательно принимаем верхний пояс высотой сечения h=33,0 см из 10 досок толщиной 3,3 см после острожки и шириной b=17,5 см.

Рисунок 3.2 - Схема поперечного сечения верхнего пояса

Нижний пояс

Расчитаем требуемая площадь сечения пояса:

Fтр=U2/R=24993/2300=10,87cм2

Принимаем 2 L80х6 с F = 2 * 9,38 = 18,76 см2 (собственный вес g = 7,36 кг/м, Wx= 9,80 см3, r = 2,47 см)

Проверяем принятое сечение с учетом изгиба стержня от собственного веса

M = g * l2 / 8 = 0,00736 * 4652 / 8 = 1989 кгс*см

у = U2/F + M / Wx = 24993/18,76 + 1989 / 9,80=1535 кгс/см2<2300 кгс/см2

Гибкость стержня

л=l/r =465/ 2,47=188<400

Совместная работа уголков обеспечивается планкам, установленными по длине через 80*r = 80*2,47=198 см

Рисунок 3.3 - Схема поперечного сечения нижнего пояса

Стойка

Расчётное усилие V1=-7182кгс.

Расчётная длина l=2,186м.

Задаемся гибкостью л=185, тогда высота сечения стойки:

hмин = l / (0,289 * л) = 2,186 / (0,289 * 185) = 40,9 мм

Принимаем сечение стойки 175 х 99 мм

Проверка принятого сеченияна устойчивость в плоскости фермы:

л=l/r =218,6/ (0,289 * 9,9) =76,4;

ц = 0,514

у = V1 / (ц * F)=-7182/ (0,514 * 130)=108 кгс/см2<130 кгс/см2

Рисунок 3.4 - Схема поперечного сечениястойки

Раскос

Расчетное усилие D1= 2370кгс.

Расчётная длина l=5,352м.

Задаемся гибкостью л=120, тогда высота сечения стойки:

hмин = l / (0,289 * л) = 5,352 / (0,289 * 120) = 154,3 мм

Принимаем сечение раскоса175 х 165 мм

Проверка принятого сеченияна устойчивость в плоскости фермы:

л=l/r =535,2/ (0,289 * 16,5) =112,2;

ц = 0,238

у = D1 / (ц * F)=2370/ (0,238 * 130)=77 кгс/см2<130 кгс/см2



Рисунок 3.5 - Схема поперечного сечения раскоса

3.3 Проектирование узлов фермы

Карнизный узел

Торцовый швеллер подбираем по изгибу от равномерно-распределенной нагрузки:

q = O1 / b = 23054 / 17,5 = 1317 кгс/см.

Изгибающий момент:

M = q * b2 / 8 = 1317 * 17,52 / 8 = 50416 кгс*см.

Требуемый момент сопротивления:

Wтр = M / R = 50416 / 3400 = 14,8см3.

Принимаем швеллер № 16а с Wy= 16,4см3>14,8см3.

Горизонтальный лист проверяем на изгиб от опорного реактивного давления стойки, принятой сечением b * h =17,5*9,9см.

Реактивное давление на лист:

q1 = RA / (b * h) = 14364 / (17,5 * 9,9) = 82,9 кгс/см2

Давление верхнего пояса на лист:

q2 = qп * lБВ / (2 * b * 15) = 1317 * 4,673/ (2 * 17,5 * 15) = 11,7кгс/см2.

Расчетное давление на правый участок листа:

qп = q1 - q2 = 82,9-11,7 = 71,2кгс/см2.

Изгибающий момент в плите, опертой на три канта с отношением сторон 15 / 17,5 =0,86в полосе шириной 1 см:

Mл = б *qп * а2 = 0,103 * 71,2 * 17,52 = 2245 кгс*см.

Требуемая толщина листа

дтр =(6 * Mл / (1 * Rи))0,5 = (6 * 2245 / 3400)0,5 = 1,99 см.

П

ринимаем горизонтальный лист толщиной дл = 20 мм.

Для прикрепления швеллера к фасонке ручной сваркой электродами Э-42 при катете швов kш = 6 мм с каждой стороны необходима следующая длина швов:

lтр = O1 / (2 * 0,85 * 0,9 * kш * Ryсв) + 1 = 23054/ (2 * 0,85 * 0,9 * 0,6 * 1800) + 1 = 14,95 см

Для крепления нижнего пояса к фасонке длина швов катетом по обушку kшоб = 6 мм по перу kшп= 4 мм определяется по металлу шва и по границе сплавления:

на обушке

lтр = U1/(2* 0,85 * 0,9 * kшоб * Ryсв) * 2 / 3+ 1 = 24418/ (2 * 0,85 * 0,9 * 6* 180) * 2 /3 + 1 = 10,9см

lтр = U1 / (2 * 0,85 * 0,9 * kшоб * Ryсв) * 2 / 3+ 1 =24418/ (2 * 0,85 * 0,9 * 6* 170) * 2 /3 + 1 = 11,4 см

на пере lтр = U1 / (2 * 0,85 * 0,9 * kшп * Ryсв) * 2 / 3+ 1 = 24418 / (2 * 0,85 * 0,9 * 4* 180) * 1 /3 + 1 = 8,4см

lтр = U1 / (2 * 0,85 * 0,9 * kшп * Ryсв) * 2 / 3+ 1 = 24418/ (2 * 0,85 * 0,9 * 4* 170) * 1 /3 + 1 = 8,8 см

Рисунок 3.6 - Карнизный узел

Промежуточный узел верхнего пояса

Расчетные усилия: О1 = О2 = - 23054 кгс, V1= - 7182кгс. Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются лобовым упором через площадки смятия с hсм = 16,5см. Глубина прорези для создания эксцентриситета е = 8,25см равна 2 * е = 16,5см. Стык перекрывается с двух сторон накладками сечением 99* 75 мм на болтах d = 12 мм.

Усилия от стойки передаются на верхний пояс через площадку смятия под торцом стойки. Расчетное сопротивление древесины местному смятию поперек волокон находим по формуле:Rсм90 = Rс90* (1 + 8 / (lсм + 1,2) = 27 * (1 + 8 / (9,9 + 1,2) = 46,5 кгс/см2.

Длина подбалки находится из условия смятия древесины элементов верхнего пояса поперек волокон в опорных сечениях:lб =V1 / (b * Rсм90) = 7182 / (17,5 * 46,5) = 8,8 см.

Принимаем длину подбалки 10 смиз условия постановки с каждой стороны пары глухарей d= 5 мм:

lб = 2 * 10 * d = 2 * 10 * 0,5 = 10 см меньше 11,2 см,

принимаем lб=12, d=6 мм

Толщину подбалки находим из условия изгиба:

qb = V1 / b = 7182 / 17,5 = 410,4кгс/см.

Изгибающий момент консоли:

Mб = qb * (lб / 2) / 2 = 410,4 * (12 / 2)2 / 2 = 7387,2 кгс*см.

Требуемая толщина подбалки:

hб.тр = (6 * Mб / (b * Rи))0,5 =(6 * 7387,2/ (17,5 * 130))0,5 = 4,41 см; принимаем hб=6см.

Рисунок 3.7 - Промежуточный узел верхнего пояса

Промежуточный узел нижнего пояса

Расчетные усилия: U1=24418кгс, U2=24993кгс, D1= - 2370 кгс,V1= 7182 кгс.

Для крепления к узлу уголков нижнего пояса необходимая длина сварных швов определена при расчете карнизного узла.

Усилие сжатия от раскоса D1 передается на металлические диафрагмы узла. Давление на вертикальную диафрагму:

q2 =D1 * cosб3 / F = 2370 * cos60/ (16 * 17,5) = 4,2кгс/см2.

Изгибающий момент в диафрагме как пластинке, опертой по трем сторонам, при 16/17,5=0,91 и б=0,107:Mл = б *q2 * а2 = 0,107* 4,2* 17,52 = 137,6кгс*см.

Толщина вертикальной диафрагмы дтр2 = (6 * 137,6/ 3400)0,5 = 0,49см, принимаем д2=6 мм.

Горизонтальную диафрагму рассчитываем на давление от стойки:

q1 = V1 / F = 7182 / (17,5 * 9,9) = 41,5 кгс/см2

Рассчитываем участок 1, опертый по трем сторонам. При соотношении сторон 9,9/17,5=0,57 коэффициент б=0,070и М1=0,037 * 19,6 * 160 =1122,9 кгс.

Требуемая толщина листа: дтр1 = (6 * 1122,9 / 3400)0,5 = 1,41см, принимаем д1=16 мм.

Вертикальное ребро, поддерживающее горизонтальную диафрагму, рассчитываем как балку на двух опорах, нагруженную сосредоточенной силой V1. Принимаем толщину ребра др = 12 мм, тогда требуемая высота его

bтр = (6 * V1 * b /(4 * др *R)0.5 = (6 * 7182* 17,5 / (0,4 *12 * 3400)0.5 = 5,9 см, принимаем b = 6см.



Рисунок 3.8 - Промежуточный узел нижнего пояса

Коньковый узел

На строительную плащадку фермы доставляются в виде полуферм, они соединяются между собой парными деревянными накладками сечением 99*75 мм на болтах d = 12 мм и металлическими фланцами на болтах d = 12 мм. Необходимый эксцентриситет обеспечивается прорезью 120 мм.

Усилие в раскосе D1= - 2370 кгс передается парными накладками из швеллеров №8 на фланцы через швы на торцах швеллеров.

Швы воспринимают усилие на срез D1 * sinб3 = 2370 * 0,500 = 1185 кгс и на сжатие D1 * cosб3 = 2370 * 0,866 = 2052,4 кгс.

Напряжения в швах катетомkш = 4 мм и общей длиной в одном швеллере lш = 4 * 2 + 6,5 = 14,5 см проверяем по формулам:

у1 = 1185/ (2 * 0,85 * 0,09 * 4* 14,5) = 133,5 кгс/см2;

у2 = 2052,4/ (2 * 0,85 * 0,09 * 4* 14,5) = 231,3 кгс/см2.

Суммарные напряжения (у12 + у12)0,5 = (133,52 +231,32)0,5= 267,1кгс/см2< 1500 кгс/см2.

Усилие от раскоса на швеллеры передается через распорку из швеллера № 8.

Напряжение изгиба в распорке:

M / Wy = D1 * b / (4 * Wy) = 2370* 17,5 / (4 * 4,75) = 2183<3400кгс/см2.

Проверяем сварные швы, прикрепляющие распорку к швеллерам, длиной 2 * (4 * 2+6,5) = 29 см:

D1 / (m * Fш) = 2370 / (0,85 *0,9 * 0,4 * 29) = 267,1 кгс/см2< 1500 кгс/см2.

Для уменьшения свободной длины нижнего пояса и его провисания предусматриваем подвеску из арматурной стали d = 10 мм.

Рисунок 3.9 - Коньковый узел

Опорный узел

Опирание фермы на колонны осуществляется через обвязочные брусья, выполняющие роль горизонтальных распорок вертикальных связей жесткости между колоннами. Высоту обвязочного бруса подбираем по предельной гибкости л=200 при расчетной длине 450см hоб = 450 / (0,289 * 200) = 7,79 см; принимаем hоб= 10см.

Ширину обвязочного бруса назначаем равной bоб =15см.

Необходимая длина горизонтального опорного листа находится из условия местного смятия обвязочного бруса поперек волокон при

Rсм90 = Rс90* (1 + 8 / (lсм + 1,2) = 27 * (1 + 8 / (17,5 + 1,2) = 38,6кгс/см2.

lоп = RA / (bоб * Rсм90) = 14364 / (15 * 38,6) = 24,8 см по конструктивным требованиям принимаем lоп=32см.

Толщину опорного листа находим из условия изгиба консольных участков длиной 7,25 см от реактивного давленияq = 14364 / (15 * 32) = 29,9кгс/см2

Изгибающий момент в консоли шириной 1 см: Mоп = 29,9 * 7,252/2 = 785,8кгс*см

Требуемая толщина листа: дтр = (6 * 785,8 / 2300)0,5 = 1,431см, принимаем доп=16 мм.

Проверяем опорную стойку на продольное сжатие.

Гибкость л = 217 / (0,289 * h) = 182 / (0,289 * 9,9) = 75,84

ц = 0,522.

Напряжения: у = RA / (ц * F) = 14364 / (0,522* 9,9 * 17,5) = 158,8 кгс/см2<225 кгс/см2.

Рисунок 3.10 - Опорный узел

4. Проектирование колонны

4.1 Сбор нагрузок на колонну

Вертикальные нагрузки от ригеля, приложенные по оси колонны:

- постоянная, включая собственный вес колонны:

Nп =1205 * 2 +9,60 * 0,2 * 0,693 * 500 * 1,1 =3141кгс;

- временная (снеговая):Ns = 246 * 5 * 9,5=11685кгс.

Нормативное значение ветровой нагрузки wследует определять как сумму средней wm и пульсационной wp составляющих:

w=wm+wp.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm зависит от эквивалентной высоты ze (при hdze=h=9,2м, где d - размер здания в направлении, перпендикулярном направлению ветра (поперечный размер); h - высота здания):

wm=w0*k(ze)*c,

где w0=0,3кПа - нормативное значение ветрового давления;

k(ze) = k10 * (ze/ 10)2* = 1 * (9,2/ 10)2*0,15= 0,98 - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze (где для типа местности А: k10=1, б = 0,15, 10 = 0,76);

с - аэродинамический коэффициент (для наветренной стены с=0,8, для подветреннойс=-0,5). Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp:

wp = wm * (ze) * v,

где (ze)=10*(ze/10)-=0,76*(9,2/10)-0,15=0,77 - коэффициент пульсации давления ветра;

v = 0,68 - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.

Нормативная средняя составляющая ветровой нагрузки на наветренную стену:

wm = 30 * 0,98*0,8 = 23 кгс/м2

Нормативная пульсационная составляющая ветровой нагрузки на наветренную стену:

wp =23 * 0,77* 0,68= 12 кгс/м2

Нормативное значение ветровой нагрузкина наветренную стенуw = 23 + 12 = 36 кгс/м2.

Расчетное значение ветровой нагрузки на наветренную стенуwр = w * гf= 36 * 1,4 = 50 кгс/м2

Интенсивность ветровой нагрузки с наветренной стороны:

q = wр* В= 50 * 5= 250 кгс/м.

Сосредоточенная ветровая нагрузка на уровне низа ригеля:

W1=q * h1=250 * 2,2=550кгс.



Рисунок 4.1 - Схема ветровой нагрузки на поперечную раму

4.2 Вычисление усилий в расчетных сечениях

Изгибающий момент у основания колонны:

М0 = W1* H + q * H2 / 2 = 550 * 9,7+ 250 * 9,7 * 9,7/ 2 = 17096,25 кгс*м = 1709625 кгс*см.

Поперечная сила у основания левой колонны:

Q0=W1+q * H = 550+ 250 * 9,7=2975кгс.

Продольная сжимающая нагрузка:

N0=Nп+ Ns= 3141+11685=14826кгс.

4.3 Расчет колонны по прочности и устойчивости

Сечение колонныпринимаем из 21 досок сечением 200*33 мм.



Рисунок 4.2 - Поперечное сечение стойки

Выполним расчет на прочность внецентренно-сжатых элементов по нормальным напряжениям:

ус = N / Fрасч + MД / Wрасч ? Rс * mб * mсл

где Fpaсч - площадь расчетного сечения нетто:

Fрасч = b * h;

Wpaсч - расчетный момент сопротивления поперечного сечения:

Wрасч = b * h2 / 6;

MД - изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме:

MД = М / о;

где М - изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продольной силы;

- коэффициент, изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента:

о = 1- N / (ц * Rc * Fбр);

- коэффициент продольного изгиба :

при гибкости элемента 70

ц = 1- а * (л / 100)2,

при гибкости элемента > 70

ц = А/ л2,

где коэффициент а=0,8 для древесины и а=1,0 для фанеры;

коэффициент А=3000 для древесины и А = 2500 для фанеры и древесины из однонаправленного шпона;

где л - гибкость:

л = l0 / (0,289 * h).

l0 - расчетная длина:

l0 = м * l

гдем =2,2-коэффициентпри одном защемленном конце;

mб - коэффициент для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см указанный в таблице 9 СП64.13330.2017;

mсл - коэффициент для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов, в зависимости от толщины слоев,указанный в таблице 10 СП64.13330.2017.

l0 =2,2* 970 = 2134 см.

л = 2134 / (0,289 * 69,3) = 106,6

ц = 1- 0,8 * (106,6/ 100)2 = 0,091

о = 1- 17154 / (0,8 * 250 * 924) = 0,907

Mд =1709625 / 0,907 = 1884922кгс*см

Fрасч= 20 * 69,3= 1386см2;

Wрасч = 20 * 69,32 / 6 = 16008 см3;

ус = 17154 / 1386 + 1884922 / 16008 = 130,1 кгс/см2 ? 250 * 0,93* 1= 233 кгс/см2.

Расчет на устойчивость центрально-сжатой колонны постоянного сечения (из плоскости изгиба):

у = N / ( * Fрасч) ? Rc,

где - коэффициент продольного изгиба при гибкости =l0/ (0,289 * b) =1 * 970/ (0,289 * 20) = 167,8<250,

=0,223;

у = 17154/ (0,223* 924) = 83,25кгс/см2<Rc= 250 кгс/см2,

4.4 Расчет прикрепления колонны к фундаменту

Расчет анкеров производим по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом надежности по нагрузке f = 0,9 и ветровой нагрузки без учета снеговой.

Выполним расчет анкерных болтов

Nрасч = Nп* 0,9 = 3141 * 0,9 =2827кгс;

Мрасч = 1709625кгс*см

Коэффициент приведения сечения:

 = 1- (N / (* Rc * F * mн)) = 1- (2827/ (0,091 * 250 * 924 * 1,2)) = 0,89.

Расчетный эксцентриситет:

е0=М / ( * N)=1709625/ (0,907* 2827)=667см.

е0 = 667см > h / 6 = 69,3/ 6 = 11,55 см.

Высота сжатой зоны:

х = h * (h +1) / (12 * е0) = 69,3 * (69,3+1) / (12 * 667) = 0,6см

Принимаем размер от грани колонны до центра анкерного болта а = 5 см.

Тогда h0 = h - a = 69,3-5 =64,3см.

Анкерные болты устанавливаются с двух сторон потому, что при инверсии ветровой нагрузки происходит взаимоперемещение сжатой и растянутой зон.

Усилие в анкере:

Nа = N * (е0- h / 2 + x / 3) / (h0 - x / 3) = 2827 * (667-69,3/ 2 -0,2/3) / (64,3 -0,2/ 3) =27829кгс.

Площадь сечения одного анкерного болта:

Fa = Nа / (2 * Rba) = 27829/ (2 * 2300) = 6,05см2

Принимаем фундаментные болты 1.1 М42х1000 09Г2СГОСТ24379.1-2012с F = 11,2 см2.

Проверим прочность стыка колонны с фундаментом

Прочность сечения колонны в месте соединения с фундаментом рассчитывается по предельным возможным значениям осевых усилий:

N1 = b * h * Rсм * 2 * (1 + Ta / A) - Ta = 20 * 64,3 * 225 * 1,2 * 2 * (1 + 51520/ 50400) - 51520 = 1352792кгс;

Ta = Fa * Rba = 11,2 * 2 * 2300 = 51520кгс*см;

А = 20 * Fa * Rсм= 20 * 11,2 * 225 = 50400кгс;

N2 = b * h * Rсм/ 2 = 20 * 64,3 * 225 * 1,2 / 2 = 173610кгс.

N = 1643 кгс<N1 = 1352792 кгс и N2 = 173610кгс, прочность сечения обеспечена.

Расчет траверс

Число нагелей nн в соединении:

nн = Nа / (nш * Т) ? 2,

где N - расчетное усилие;

Т - наименьшая расчетная несущая способность, кН, из приведенных:

- несущая способность в 1 шве сплачивания на смятие в средних элементах

Тср = 0,5 * c * d,

- несущая способность на изгиб нагеля из стали

Тизг = 2,2 * d2 + 0,025 * a2, но не более 3,1 * d2,

(с и а - толщина средних и крайних элементов; d- диаметр нагеля; все размеры в см.)

пш- число расчетных швов одного нагеля.

Принимается диаметр болта d=2,7 см, с = 20 см, а = 1,6 см.

Тизг = 2,2 * 2,72 + 0,025 * 1,62 = 16,10кН,

Тизг = 3,1 * 2,72 = 22,6 кН,

Тср = 0,5 * 20 * 2,7 = 27,0 кН,

Т = 16,10кН = 1610 кгс.

nн =27829/ (2 * 1610) =8,6; принимается9 болов.

Проверяем траверсы на растяжение по ослабленному болтами сечению:

р = N / (nш * Fнт) ? Ry

где Fнт = b * a- n * d * a= 10 * 1,6- 2 * 2,7 * 1,6 = 10,6см2 - площадь ослабленного сечения,

b - ширина траверсы,

а - толщина траверсы,

n - количество болтов в ослабленном сечении.

р =27829/ (2 * 10,6) = 1312,68кгс/см2< Ry = 2300 кгс/см2

Рисунок 4.3 - Схема крепления колонны с фундаментом

Литература

1. СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Москва.Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. 2017.

2. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Москва. Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. 2016.

3. СП 28.13330.2017 Защита строительных конструкций от коррозии. Москва. Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. 2017.

4. СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Москва. Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. 2017.

5. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учебное пособие для вузов. Под редакцией профессора Иванова В.А. Киев. Вища школа, 1981.

6. Строительные конструкции. Учебное пособие. Малбиев С.А., Телоян А.Л., Лопатин А.Н. Иваново. 2008.

Размещено на Allbest.ru