Деревянные конструкции покрытия одноэтажного здания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ростовский государственный строительный университет»

Институт: Промышленного и гражданского строительства

Кафедра: Металлических, деревянных и пластмассовых конструкций

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: Конструкции из дерева и пластмасс

Тема: "Деревянные конструкции покрытия одноэтажного здания"

Выполнил:

студент П-488

Луптаков Р.И.

Руководитель проекта:

ассистент Муро Г. Э.

г. Ростов-на-Дону

2014 г.

Запроектировать деревянные конструкции гаража сельхозмашин при следующих условиях: пролет — 30 м, длина здания -48 м, район строительства — г. Астрахань, по весу снегаI, древесина — акация, покрытие утепленное, материал кровли — кровельная сталь, условия эксплуатации — нормальные.

1. Одиночный дощатый настил

Исходные данные. Здание II класса по ответственности, коэффициент надежности по назначению ?_n=1, отапливаемое, с температурно-влажностными условиями эксплуатации по группе А1. Район строительства по снеговой нагрузке — I.

Настил одиночный из досок древесины акации влажностью до 12% по ГОСТ 2445–80*Е располагаем по прогонам, которые поставлены по скату крыши с шагом 1,5 м. Утеплитель — фибролитовые плиты толщиной 100 мм, плотностью 500 кг/м³ (ГОСТ 8928−81), уложенные на слой пароизоляции из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм. Кровля принята из кровельной стали.

Конструктивная схема настила. Настил рассчитываем, как двухпролетную неразрезную балку. Пролеты настила равны 1,5 м, т. е. расстоянию между осями прогонов.

Нагрузки. Расчет выполняется на два сочетания нагрузок: 1) на равномерно распределенную постоянную и снеговую нагрузки (на прочность и изгиб); 2) на собственный вес и монтажную нагрузку Р=1 кН (только на прочность).

Величины нагрузок на настил по первому сочетанию приведены в табл. 1

Таблица 1. Нагрузки

Коэффициент надежности по нагрузке ?_f для снеговой нагрузки определяем по формуле

; ?_f=1,4

Нормальная составляющая действующей нагрузки на полосу настила шириной 1 м равна

кН

кН/м,

Где; - нормативная и расчетная нагрузки.

Максимальный изгибающий момент на средней опоре

кН*м

Напряжение ?_H=M₁/Wи_.

Момент сопротивления

см³,

где R_u=Rm_n=13*1.5=19,5 МПа=1,95 кН/см².

Учитывая класс ответственности здания ?_n, получаем R_u=1,95/1=1,92 кН/см²; m_n=1.5; ?_n=1.

Толщина досок см при ширине полосы настила 100 см. Согласно сортаменту назначаем ?=19 мм.

Проверяем относительный прогиб настила по формуле

Здесь I=100*1,9³/12=57,16 см⁴; Е=10³ кН/см²; [f/l]=1/150 — предельный прогиб настила.

При расчете настила на второе сочетание расчетных нагрузок монтажную нагрузку передаем на две доски шириной по 1,5 см, т. е. 0,15*2=0,3 м. Расчетное значение монтажной нагрузки Р=1*1,2=1,2 кН

Нагрузка от собственного веса настила согласно таблице 1

q=0.4872*0.3=0.1462 кН/м.

Максимальный изгибающий момент в пролете под монтажной нагрузкой найдем по формуле

кН*м

Напряжение изгиба при принятом сечении настила

кН/см²=21,94 МПаum_пm_н/?_n=13*1.5*1.2/1=23,4 МПа. Здесь W=30*1,9²/6=18,05 см³,

Где m_n — коэффициент породы; m_n — коэффициент, учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки.

2. Неразрезной спаренный прогон из досок

Парные дощатые прогоны пролетом 6 м располагаются с шагом 1,5 м; лесоматериал — акация. Данные по вышележащей нагрузке и кровли указаны выше. Конструктивная схема прогона. Прогон рассчитываем как многопролетную неразрезную шарнирно опертую балку. Пролеты прогона принимаем равными по всей длине шагу несущих конструкций по 6 м. Нагрузка от покрытия (кН/м) приведена в таблице 1 и составляет на 1 пог. м прогона

q^H=0.663*1.5=1; q=0.768*1.5=1,15

Предварительно задаемся значением собственного веса прогона (кН/м): =0,1344; =0,148

Снеговая нагрузка (кН/м)

S^H=0,348*1.5=0,522; S=0,731

Нормальная составляющая действующей нагрузки на грузовую полосу шириной 1,5 м (кН/м):

;

;

Расчетный изгибающий опорный момент определяем по формуле

М=q_xl²/12=2,031*6²/12=6,093 кН*м

По сортаменту пиломатериалов хвойных пород задаемся сечением из двух досок размером 40×175 мм при W_x=408,333 см³.

Напряжение изгиба

кН/см²=14,92 МПаu=13*1,5/1=19,5 МПа.

Крайние пролеты прогона усиливаем третьей доской того же сечения.

Относительный прогиб в крайнем пролете прогона

где I — момент инерции сечения прогона в крайнем пролете, равный 4*3*17,5³/12=5359,375 см⁴.

Произведем расчет гвоздевого стыка прогонов. Принимаем гвозди диаметром 4 мм и длиной 100 мм. По длине доски соединяем гвоздями в шахматном порядке через 500 мм.

Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины S₁=15d=15*0.4=6 см. Толщины элементов прогона a=4 см; a₁=4 — 1.5*0.4=3.4 см; Х_гв=0,21*l — 15d=0.21*600−15*0.4=120 см.

Расчетное несущая способность гвоздя в несимметричном односрезном соединении определяем по формулам

кН;

кН;

кН,

где k_н=0,38 при a₁/c=3.8/4,4=0.85 (прил. 9 «Расчет констр. Из дерева и пластмасс» Улицкая)

Количество гвоздей n_гв в конце каждой доски на полустыке равно

шт.

3. Расчет сегментной клеедеревянной фермы

Исходные данные. Пролет фермы 30 м, шаг несущих конструкций 6 м. Класс здания по ответственности 2; ?_n=1. Температурно-влажностные условия эксплуатации А1. Кровля утепленная.

Нагрузки. Нагрузки на ферму приведены в таблице 2.

Таблица 2. Значения нагрузок на ферму

кН/м

Нормативная снеговая нагрузка

0,8634=1,803 кН/м

кН/м, ?₂=1,8, при f/l=4,3/30=1/7

Коэффициент надежности для снеговой нагрузки ?_f=1.4; при

4. Геометрический расчет фермы

Радиус кривизны верхнего пояса фермы

Половина центрального угла дуги верхнего пояса

; ?₀=32^°=0,5585 рад.

Длина дуги верхнего пояса

м

Длина дуги панели

м; ?_n=64°/6=10°40'

Длина хорды панели

м

Стрела выгиба панели

м

Длина панели нижнего пояса l/5=30/5=6 м.

Длина раскосов

Таблица 3. Значение углов наклона элементов фермы

5. Определение усилий от равномерно распределенной нагрузки

Применяем метод вырезания узлов.

1. Равномерно распределенную снеговую нагрузку s'=10 кН/м, расположенную на половине пролета, приводим к сосредоточенным силам P_i в узлах фермы:

кН;

12.342 кН;

кН;

кН.

2. Опорные реакции:

кН;

кН.

Проверка:

кН;

кН.

3. Усилия в элементах фермы

Узел 1:

кН.

кН.

Узел 2:

кН;

кН.

Узел 7

кН;

кН.

Узел 3:

кН;

кН.

Узел 8:

кН;

кН.

Узел 4:

Узел 9:

кН;

кН.

Узел 5:

кН

Узел 10

Узел 6

Результаты вычислений заносим в таблицу 4. В панелях верхнего пояса возникают кроме продольных N изгибающие моменты М.

6. Вычисляем слагаемые изгибающих моментов

в панели 1−2:

кН*м;

кН*м

кН*м

в панели 2−3:

кН*м;

кН*м

кН*м

в панели 3−4:

кН*м;

кН*м

кН*м

в панели 4−5:

кН*м

в панели 5−6:

кН*м

в панели 6−11:

кН*м

Определение усилий от треугольной односторонней снеговой нагрузки s?=5.262 кН*м

1. Треугольную нагрузку, расположенную на левой половине пролета, проводим к сосредоточенным силам P_i в узлах фермы:

P₁=11.5 kH; P₂=17.47 kH; P₃=9.31 kH; P₄=1.2 kH;

2. Опорные реакции

R_A=0.208*5.262*30=32.84 kH

R_B=0.042*5.262*30=6.64 kH

Проверка

?R=?P=39.48 kH

3. Усилия в элементах фермы:

Аналогично усилиям от распределенной нагрузки:

Узел 1 N₁=-49.375 kH

И₁=44,53 kH

Узел 2 N₂=-42 kH

D₁=-8.38 kH

Узел 7 D₂=10.32 kH

И₂=33,231 kH

Узел 3 N₃=-28.63 kH

D₃=-9.38 kH

Узел 8 D₄=9.89 kH

И₃=22,86 kH

Узел 4 N₄=-14.934 kH

D₅=-8.88 kH

Узел 9 D₆=8.42 kH

И₄=13,55 kH

Узел 5 N₅=-2.96 kH

D₇=-11.08 kH

Узел 10 D₈=9 kH

И₅=1,42 kH

Узел 6 N₆=1.654 kH.

Определяем максимальные значения М в панелях верхнего пояса.

В панели 1−2

s₂«/s₁"=0.684 (см. приложение 13)

кН*м;

кН*м В панели 2−3

s₃«/s₂"=0.3481 (см. приложение 13)

кН*м;

кН*м В панели 3−4

кН*м В панели 4−5

кН*м В панели 5−6

кН*м В панели 6−11

кН*м Усилия в элементах фермы

7. Подбор сечений элементов фермы

Ширину сечения верхнего пояса и элементов решетки принимаем равными. Подбираем ширину b из условия предельной гибкости Для самого длинного раскоса 3−6 :

С учетом конструктивных требований к опиранию панелей b_min=165мм., принимаем доски шириной 175 мм.

Верхний пояс:

Расчетной является панель 3−4 при снеговой нагрузке S'

(N=-227,623 кН, M=39,38 кНм)

Принимаем древесину (акация) 1 сорта, доски сечением 33×165(после острожки) с расчетным сопротивлением

Требуемая высота сечения:

Количество досок в клееном элементе при толщине досок

принимаем 10 слоев:

Гибкость:

=20,31 МПа < R_c=24 МПа

Проверка устойчивости из плоскости верхнего пояса фермы при сжатии силой N=-247,515 кН и шаге связей l_c=3м:

Т.о. окончательно принимаем сечение верхнего пояса 140×330мм 10слоев

Раскосы:

Раскос D₃, N=-39.265 кН, l=4.422 м. Высоту сечения определяем из условия предельной гибкости:

по условиям конструирования принимаем

окончательно принимаем сечение раскоса 165*165 мм 5слоев

Раскос D₂, N=36.922 кН, Раскос — растянут, крепится в узле болтами d=27мм, т.о.

Расчетное сопротивление растяжению для древесины 1 сорта

R=0,8*12*1.5=14.4МПа=1,44кН/см2

окончательно принимаем сечение растянутого раскоса 165*165мм 5 слоев

Нижний пояс:

Нижний пояс принимаем из спаренных стальных уголков:

R_y=210 МПа=21кН/см², N=229,88 кН

Принимаем 2L70×70х5 ,

2А=2*6,86=13,72 см², r=2,16 см

8. Расчет и конструирование узлов

Опорный узел

1) Проверка торца верхнего пояса на смятие при действии максимальной продольной силы в опорной панели N=247,515 кН, площадь смятия А=363 см², тогда

Стержень верхнего пояса крепится в узле одним конструктивным болтом d=16мм

2)Упорная плита рассчитывается приближенно как балка таврового сечения длиной l=140 мм, шириной 70 мм с ребром 60*8 мм.

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

А=0,8*7,0+0,8*6,0=10,4 см²

S=0.8*7.0*6.4+0.8*6.0*3.0=50.24 см³

z=S/A=4.83 см

I_x=44.23

W=I_x/z=9.16>6.753

3)Опорная плита. Реакция на левой опоре от первого сочетания нагрузок:

Принимаем опорную плиту размером. А=200×250 мм.

Изгибающий момент на консольной части плиты и требуемый момент сопротивления с учетом пластичности (на ширине 1 см.)

Необходимая толщина плиты (на ширине 1 см.)

принимаем

4) Расчетное растягивающее усилие нижнего пояса N=229.88 кН. Его сечение принято из 2L70*70*5. Уголки привариваются к стальным вертикальным фасонкам. Усилия:

по обушку

по перу

Длины сварных швов, при катете шва k_f=6 мм.

(min)

(min)

Принимаем l_об=20 см, l_п=10

5)Узловой болт, воспринимающий равнодействующую усилий в раскосах, рассчитываем на изгиб от момента

Равнодействующую усилий D определяем графически.

Требуемый момент сопротивления равен .

Принимаем болт d=27 мм.

9. Конструктивные меры защиты древесины от гниения

Основными конструктивными мерами против гниения древесины являются: применение здорового и сухого леса, правильное расположение тепло-, водои пароизоляционных материалов, отвод атмосферных вод, устройство продухов для вентиляции и т. п. В деревянных покрытиях зданий не следует устраивать внутренних водостоков, фонарей и ендов. Несущие конструкции из дерева следует располагать внутри или вне теплых ограждающих конструкций. Все элементы несущих конструкций и конструкций крыш (особенно утепленных) должны быть доступны для осмотра во всех частях и хорошо проветриваться. Деревянные конструкции должны опираться на фундаменты выше уровней пола и грунта. Защита древесины от увлажнения парами воздуха достигается тем, что в помещениях с влажностью более 75% и выделением водяных паров поверхность ее изолируется водостойкими лакокрасочными материалами.

Образование конденсата в наружных многослойных стенах и бесчер-дачных покрытиях в значительной степени зависит от порядка расположения в толще ограждения парои теплоизоляционных слоев. Обычно слой гидроизоляции должен быть расположен в начале теплового потока, т. е. со стороны преобладания положительных температур. Теплоизолирующий слой нужно располагать с холодной стороны ограждения.

В случае, если пароизоляция должна быть расположена в конце теплового потока (в многослойных бесчердачных конструкциях кровельных покрытий с гидроизоляционным ковром), под кровельным материалом необходимо устройство осушающих продухов.

Для защиты деревянных конструкций от периодической конденсации следует избегать глухой заделки опорных узлов ферм в каменные или бетонные стены; их надо устанавливать в открытые гнезда. При устройстве стальных опорных узлов или соприкасании дерева с полосовыми стальными элементами между деревом и сталью необходимо прокладывать слой пароизоляции, а заделываемую в металлический башмак древесину надежно антисептировать.

В случае опирания деревянных элементов на каменные или бетонные опоры необходимо устройство креозотированных прокладок на слое пароизоляции.

10. Химические меры защиты древесины от гниения

Химическая защита древесины необходима в случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Эта защита носит название антисептической обработки или антисептирования. Антисептиками являются вещества, отличающиеся наибольшей токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам, длительное время сохраняющие пи свойства и по возможности глубоко проникающие в толщу древесины.

Антисептики разделяются на две основные группы: водорастворимые (неорганические) и маслянистые (органические). Требования, предъявляемые к антисептикам, заключаются в безопасности для людей и животных, сохранении механической прочности материала древесины, свойствах не увеличивать гигроскопичность, электропроводность и не разрушать металлические части конструкции.

В зависимости от производственных условий, требований, предъявляемых к продолжительности срока службы, размеров обрабатываемых элементов назначаются способы антисептирования. В практике строительства наибольшее распространение нашли следующие способы: нанесение раствора на поверхность деревянных элементов краскопультом или кистями, пропитка в горячих, холодных и высокотемпературных горяче-холодных ваннах, пропитка в автоклавах под давлением.

11. Защита деревянных конструкций от возгорания

Сделать древесину негорючей в современных условиях возможно, по неэкономично, поэтому в строительстве ограничиваются требованием обеспечить замедленное возгорание и горение. Поскольку для горения древесины необходим приток большого количества кислорода, то основными мероприятиями огнезащиты являются или уменьшение притока кислорода, или уменьшение выделения горючего газа из древесины, соединяясь с кислородом, дает пламя. настил ферма дощатый доска

В качестве конструктивных мер рекомендуется тщательная острожка, уничтожение выступов, пустот и т. п.,' круглый лес загорается медленнее, чем брусчатый; массивные конструкции, особенно клееные, загораются труднее. При проектировании зданий и сооружений с применением дерева и других горючих материалов следует предусматривать устройство брандмауэров, огнезащитных зон, нормированных разрывов между зданиями, автоматически действующих систем пожаротушения, а также надежных теплоизоляционных разделов вокруг печей и дымовых труб. Значительный эффект в качестве защитного ограждения дает известковая штукатурка, благодаря происходящему в ней эндотермическому процессу обжига, сопровождающегося большим поглощением тепла. Если одних конструктивных мер недостаточно, применяют химические средства защиты. В качестве защитных веществ применяются антипирены, затрудняющие горение и возгорание. Наилучший эффект дает глубокая пропитка древесины аммонийными солями (фосфорнокислыми, сернокислыми, хлористым аммонием и т. п.). Антипирены легко вымываются водой, поэтому их применяют для элементов, защищенных от непосредственного воздействия воды и находящихся в помещениях с относительной влажностью менее 75%. Пропитывают древесину антипиренами в горячехолодных ваннах, в автоклавах под давлением и обмазкой.

Более простым, но менее эффективным средством огнезащиты деревянных элементов является поверхностная 2—3-кратная обработка водорастворимыми огнезащитными растворами или окраска огнезащитными силикатными, кремнийорганическими, хлорвиниловыми и другими специальными красками, а также обмазка огнезащитными составами — глиняными, глиноизвестковыми и др.

Список использованной литературы

1. Улицкая Э. М., Бойтемиров Ф. А. «Расчет конструкций из дерева и пластмасс».

2. СНиП II-25−80 «Деревянные конструкции».

3. СНиП 2.01.07−857* «Нагрузки и воздействия»