статический момент сдвигаемой фанерной обшивки относительно нейтральной оси.

- условие прочности выполняется.

1.5.5 Проверка продольных ребер:

на прочность при изгибе

Проверку прочности ребер производим по формуле,

;

на скалывание вдоль нейтральной оси при изгибе:

Проверку производим по формуле w.d fv.o.d ,

,

статический момент сдвигаемой части приведенного сечения относительно нейтральной оси;

1.6 Расчет плиты по второй группе предельных состояний (проверка на прогиб)

Проверку производим по формуле

;

где U0 -- прогиб балки постоянного сечения высотой (h) без учета деформаций сдвига;

Ulim/l - максимально допустимый предельный прогиб плиты, определяемый по таблице 4.1 [1] .

Проведенные расчеты показали, что плита удовлетворяет требованиям ТКП «Деревянные конструкции» по первой и второй группе предельных состояний. Следовательно, изначально принятые геометрические характеристики элементов плиты (фанерные обшивки, клееный деревянный каркас) не нуждаются в коррекции.

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КЛЕЕДЕРЕВЯННОЙ ТРЕХШАРНИРНОЙ АРКИ КРУГОВОГО ОЧЕРТАНИЯ

2.1 Исходные данные

Основной несущей конструкцией покрытия является трёхшарнирная клееная деревянная арка кругового очертания. Пролёт арки 36 м, стрела подъема 12 м, шаг арок - 4,3 м. Несущие конструкции выполнены из древесины второго сорта. Ограждающие конструкции - клеефанерные плиты с двумя обшивкой, кровля выполнена из «Икопал». Район строительства - город Полесский.

2.2 Геометрические характеристики арки

Арка состоит из двух полуарок кругового очертания.

Радиус арки определяется по формуле

где l - пролет арки;

f - стрела подъема арки.

Центральный угол дуги полуарки определяем по формуле:

Длина дуги арки:

Геометрические характеристики оси арки представлены на рисунке 2.1.

Рис. 2.1 - Геометрические характеристики оси арки.

Для определения расчетных усилий разобьем полуарку на 10 равных участков. Принимаем за начало координат левый опорный шарнир арки.

2.3 Сбор нагрузок

На арку действуют постоянные нагрузки (вес всех элементов покрытия и собственный вес арки) и временные (вес снега и давление ветра).

Нормативное значение от собственного веса арки:

- постоянная нормативная нагрузка;

- снеговая нормативная нагрузка;

- коэффициент собственного веса конструкции;

- пролёт рамы.

Сбор нагрузок представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Постоянные нагрузки, действующие на арку

Расчетное значение снеговой нагрузки на погонный метр получаем умножением нормативного значения на коэффициент надежности

Базовое значение скорости ветра (согласно п.4.2[4]) при

- коэффициент, учитывающий направление ветра;

- сезонный коэффициент;

- основные значения базовой скорости ветра, см. рис. НП.1[4]

Средняя скорость ветра на высоте z на уровнем земли зависит от шероховатости местности, орографии и базового значения скорости.

По табл 4.1 [4] определяем коэффициенты в зависимости от типа местности

Коэффициент местности по формуле (4.5)[3]:

Коэффициент учитывающий тип местности:

Орографический коэффициент по 4.3.3 [4]

Интенсивность турбулентности при коэффициенте турбулентности

Пиковое значение скоростного напора по п. 4.5 [3] (при плотности воздуха )

Коэффициенты наружного давления для зданий и его частей зависят от размера загруженной площади, которая является площадью конструкций, создающей ветровое воздействие в сечений, которое рассчитывается.

Аэродинамические коэффициенты согласно п. 7.2.8 [3]:

Внешнее ветровое давление с наветренной стороны (Зона А) по формуле(5.1)[3]:

Внешнее ветровое давление с подветренной стороны (Зона А) по формуле(5.1)[3]:

Внешнее ветровое давление с подветренной стороны (Зона А) по формуле(5.1)[3]:

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка на раму (зона А):

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка на раму (зона B):

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка на раму (зона C):

2.4 Статический расчёт рамы

Рис. Постоянная загрузка

Рис. Снеговая нагрузка (вариант 1)

Рис. Снеговая нагрузка (вариант 2)

Рис. Снеговая нагрузка (вариант3)

Рис. Ветровая нагрузка

Произведем расчет рамы по следующим сочетаниям нагрузок:

1.Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка по всему пролету;

2.Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на половину пролета;

3.Постоянная нагрузка + снеговая по всему на половину пролета;

4.Постоянная нагрузка с коэффициентом 0,9+снеговая нагрузка по всему пролету с коэффициентом 0,9+ветровая нагрузка с коэффициентом 0,9.

Расчет выполнен в программном комплексе “AUTODESK ROBOT Structural Analysis Professional 2019”. Основная система: статически определимая трехшарнирная арка.

Наиболее неблагоприятное сочетание №4

Рисунок 2.9 -Эпюра М, кНм

Рисунок 2.10 -Эпюра N, кН

Рисунок 2.11 -эпюра Q, кН

Внутренние усилия возникающие в раме:

Максимальное значение изгибающего момента Мmax=490,20 кНм

Максимальное значение продольной силы Nmax=17,11кН.

2.5 Конструктивный расчёт арки

Для изготовления арок принимаем пиломатериал из кедра Красноярского края 2 сорта. Параметры сечения подбираются исходя из конструктивных требований. Рекомендуемые оптимальные параметры находятся по следующим формулам

;

;

где L-величина пролета, R-радиус арки, h,b,t-высота, ширина сечения и толщина пиломатериалов, из которых будет создаваться арка соответственно. По сортаменту пиломатериалов принимаем сечение 32х300мм (с учетом острожки). Тогда высота арки будет состоять из 30 пиломатериалов толщиной 32 и шириной 300 мм, а . Принимаем прямоугольное сечение арки 250х800мм.

Рис. Поперечное сечение арки

Согласно табл. 6.4 /2/ расчетное сопротивление сжатию и изгибу кедра Красноярского края 2 сорта:

Коэффициент условий работы кmod= 0,85;

Коэффициент, учитывающий температурный режим здания kt=1;

Коэффициент, учитывающий породу древесины kХ=0,65;

Коэффициент, учитывающий изменение высоты поперечного сечения:

при h =960 мм , kh= 0,9;

Коэффициент, учитывающий изменение расчетных сопротивлений в зависимости от толщины слоев в клееных элементов: при d = 32мм кд=0,95;

Коэффициент для гнутых элементов

-сжатие и изгиб kr=1;

-растяжение kr=1;

С учетом коэффициентов расчетные сопротивления сжатию и изгибу равны:

1.5.1 Расчет арки на прочность

Для расчета арки выбираем наиболее опасное сечение.

В соответствии с п. 7.6.1 [1] при изгибе с осевым сжатием должно удовлетворяться следующее условие 7.21 [1]:

где -- изгибающий момент от действия поперечной нагрузки;

-- расчетное сопротивление древесины сжатию;

-- расчетный момент сопротивления поперечного сечения;

-- площадь расчетного сечения нетто;

-- коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента.

Согласно п.7.6.2 /2/:

В соответствии с п.7.3.3 [1] гибкость элемента определяется по формуле:

где - радиус инерции сечения;

Полученная гибкость не превышает предельную (таблица 7.7 /2/).

при по формуле 7.6 /1/ - коэффициент продольного изгиба;

В случае, когда эпюра изгибающих моментов не соответствует очертанию, указанному в 7.6.2 /2/, коэффициент  следует умножать на поправочный коэффициент определяемый по формуле

где -- коэффициент, учитывающий очертание эпюры изгибающих моментов, определяется по таблице 7.6 /2/.

;

Тогда, подставляя все найденные значения в формулу 7.21 /2/, получим:

Условие прочности выполняется, следовательно, запроектированная конструкция арки с сечением удовлетворяет требованиям прочности.

2.5.2 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования

Расчёт на устойчивость плоской формы деформирования сжато-изгибаемых элементов следует выполнять по формуле 7.24 [1]:

,

где -- площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке lm;

Wsup-- максимальный момент сопротивления брутто на участке lm;

n = 2-- для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования на участке lm и n = 1 -- для элементов, имеющих такие закрепления;

kс-- коэффициент продольного изгиба, определяемый по формуле 7.6 /2/ для любой гибкости участка элемента расчетной длиной lm из плоскости деформирования;

km,c-- коэффициент, определяемый по формуле 7.22 /2/;

kinst-- коэффициент, определяемый по формуле 7.19 /2/.

Согласно п.7.6.2 /2/:

В соответствии с п.7.3.3 /2/ гибкость элемента определяется по формуле:

где - радиус инерции сечения;

Полученная гибкость не превышает предельную (таблица 7.7 /2/).

при по формуле 7.6 /1/ - коэффициент продольного изгиба;

В случае, когда эпюра изгибающих моментов не соответствует очертанию, указанному в 7.6.2 /2/, коэффициент  следует умножать на поправочный коэффициент определяемый по формуле

где -- коэффициент, учитывающий очертание эпюры изгибающих моментов, определяется по таблице 7.6 /2/.

Покрытие из плит шириной 1,485 м раскрепляет верхнюю кромку арки, для этого устраиваем раскосы через 2 ширины плиты, lm=2,97 м.

где -- расстояние между точками закрепления сжатой кромки от смещения из плоскости изгиба;

b-- ширина поперечного сечения;

h-- максимальная высота поперечного сечения на участке lm;

kf-- коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке lm, определяемый по таблице 7.4 /2/.

Подставим в формулу:

Следовательно, устойчивость обеспечена.

2.5 Конструкция и расчёт конькового узла

Коньковый узел решается с помощью стальных креплений.

Расчёт производится на действие максимальных:

( - горизонтальное усилие, - вертикальное усилие).

Проверка торцевого сечения на смятие:

;

где - расчетное напряжение смятия под углом к волокнам древесины под пластиной конькового шарнира;

и - коэффициенты учитывающие неравномерность распределения напряжений под пластиной конькового шарнира;

- расчетное сопротивление смятию под углом к волокнам древесины под пластиной конькового шарнира.

где - горизонтальная опорная реакция шарнира;

- расчетная площадь пластины конькового шарнира, определяется из условия смятия;

Расчётное напряжение смятия под углом к волокнам древесины:

,

где Ad = площадь опорной площадки торца полурамы.

Ad= bhd =0,30,18=0,054м2

h = 0,3 м; hd = 0,6h = 0,6 0,3 = 0,18 м; lsk = 0,12м;

,

;

;

;

;

k1 = 0,348-0,0640,2+0,1070,22+0,322+0,0560,2-0,0440,220,11-

-0,2420,0310,2+0,0650,220,11 = 0,482;

k2 = 0,87-0,080,556-0,272,68+0,040,110,556-0,060,20,5562,68-

-0,082,682 =-0,45;

cm..d k1k2fcm..d

kh = 0,8; k = 1,05; kmod = 1,2; kx = 1;

0,77 МПа < 0,482 0,45 8,32 = 1,8 Мпа - проверка на смятие выполняется.

Для крепления рамы к плиточному шарниру используем стальные болты диаметром - 20 мм. Для данных болтов расстояние между осями болтов и до торца элемента вдоль волокон - ; поперек волокон между осями болтов - ; поперек волокон до кромки - , e1 = 165 мм и e2 = 140 мм.

Определим усилие, действующее на болты:

кН;

кН;

Расчётная несущая способность соединения:

.

Расчётную несущую способность одного среза нагеля в двухсрезном соединении с обоими внешними элементами из стали следует принимать равной меньшему значению из полученных по формулам:

;

где - толщина среднего элемента;

- диаметр болта;

-расчётное значение сопротивления изгибу болта,

коэффициент, зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к диаметру нагеля /1,табл.4.3/;

-коэффициент, зависящий от типа нагеля/1,табл.4.3/;

-расчетные сопротивления смятию древесины в глухом нагельном гнезде для симметричных соединений/1,табл.4.2/;

- коэффициент, учитывающий угол между усилием и направлением волокон древесин:

кН

Находим требуемое количество болтов при ns=2 - количество швов в соединении для одного нагеля:

- по крайним осям

болт,

- по внутренним осям

болтов.

Принимаем nn =3 болта 20 мм.

3. Мероприятия по обеспечению пространственной жесткости и неизменяемости здания

Данное здание относится ко второму типу по требуемым связям, так как имеет каркас из плоских трёхшарнирных рам. Поперечная устойчивость здания обеспечена геометрически неизменяемыми конструкциями рам без постановки связей, а продольная не обеспечена.

Рёбра панелей выполняют роль распорок и являются элементами связей. Способ их крепления к несущим конструкциям каркаса позволил получить шарнирные соединения, поэтому в таком каркасе возможны перемещения. Для предотвращения этих перемещений и обеспечения продольной устойчивости выполняю раздельные деревянные связи в покрытии (скатные связи - СС), образующие раскосную решетку. Две смежные рамы, объединённые посредством таких связей, образуют жёсткий пространственный блок.

Такие блоки создаём в торцевых отсеках и в среднем. Необходимость устройства жёстких пространственных блоков по длине здания вызвана податливостью соединения в местах прикрепления элементов связей к несущим конструкциям и, как следствие, возможностью выхода последних из силовой плоскости. Торцевые жёсткие блоки, кроме того, воспринимают ветровые нагрузки, действующие на торцы здания.

проектирование деревянный каркас одноэтажное здание

4. Мероприятия по обеспечению долговечности основных несущих и ограждающих конструкций

Класс условий эксплуатации -3, конструкции эксплуатируются внутри отапливаемого здания при температуре до 35?С и относительной влажности воздуха до 60% включительно.

В качестве несущих конструкций спроектированы клеедеревянные арки круглого очертания. В качестве ограждающих - плиты ФСФ с двумя обшивками.

В проектируемом здании предусмотрены следующие способы защиты от увлажнения древесины:

- защита древесины от увлажнения атмосферными осадками достигается полной водонепроницаемостью кровли;

- древесина отделена от бетонных фундаментов битумной гидроизоляцией;

- деревянные конструкции опираются на фундаменты выше уровней пола и грунта;

- в местах контакта с металлом нанесена мастика У-30м, таким образом, что полностью заполняет зазоры между металлом и древесиной.

В качестве огнезащитного средства применен состав ЛПД-83 (ТУ 21-10-63-88).

Химическая защита конструкций от загнивания обеспечена пропиткой препаратом ХМБ-444, расход 8 - 15кг/м3.

Данные мероприятия по обеспечению долговечности несущих конструкций были учтены при расчётах соответствующим коэффициентом ks = 0,9.

Список использованных литературных источников

1. Конструкции из дерева и пластмасс: Учебн.-метод. комплекс для студ. спец.1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / Сост. И общ. Ред. А.Р.Волик. - Новополоцк: ПГУ. 2005. -300 с.

2. ТКП 45-5.05-146-2009. Деревянные Конструкции. Строительные нормы проектирования.- Минск: Минстройархитектуры, 2009. - 63 с.

3. ТКП EN 1991-1-3-2009 Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-3. Общие воздействия. Снеговые нагрузки.- Минск: Минстройархитектуры, 2009. -40 с.

4. ТКП EN 1991-1-4-2009 Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия.- Минск: Минстройархитектуры, 2010. -117 с.

5. Справочное пособие для выполнения курсового и дипломного проектирования по курсу «Конструкции из дерева и пластмасс» для студ.спец. 70 02 01 / Сост. А.Р. Волик. - Новополоцк: ПГУ, 2003. - С. 1 - 14, 32 - 52.

6. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебник под ред. Г.Г. Карлсена, Ю.В. Слицкоухова и др.; 5-ое изд., перераб. - М.: Стройиздат, 1986.-543 с

7. Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для вузов/ Г.Н. Зубарев.-2-е изд., перераб. и доп.- М.:Высш. шк., 1990.-

Размещено на Allbest.ru