Проектирование хоккейного стадиона
Определяем положение нейтральной оси сечения по формуле без учета податливости соединений ребер каркаса с обшивками Отношение модуля упругости обшивки к модулю упругости каркаса равно: Достаточную термоизоляцию, а при необходимости и пароизоляцию ограждающих конструкций отапливаемых зданий во избежание их промерзания и конденсационного увлажнения древесины; Систематическую просушку древесины… Читать ещё >
Проектирование хоккейного стадиона (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Пермский Государственный Технический Университет
Кафедра Строительных Конструкций
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»
на тему «Проектирование хоккейного стадиона»
Выполнил:
Семёнов К.В.
Проверил:
Фаизов И.Н.
Пермь 2009
Задание на проектирование
Рис. 1 — Геометрическая схема конструкции
Таблица 1 — Задание
Наименование величин | |||
Н | № схемы | 2 (Хоккейный стадион) | |
Е | Место строительства | г. Соликамск | |
С | Шаг конструкций | 3,5 м | |
Т | Расчетный пролет | 18 м | |
Е | Высота | f/l= ½ | |
Р | Длина здания | 55 м | |
О | Тип панели покрытия | Асбестоцемент | |
В | Средний слой панели | Пенополиуретан | |
1. Компоновка плиты
Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций — 3,5 м.
Ширина плиты принимается равной ширине плоского асбестоцементного листа по ГОСТ 18 124– — 1,5 м. Толщина листа — 10 мм.
Асбестоцементные листы крепятся к деревянному каркасу шурупами диаметром 5 мм и длиной 50 мм через предварительно просверленные и раззенкованные отверстия.
Высота плиты h
Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер.
Ребра принимаем из ели 2-го сорта.
Толщину ребер принимаем 50 мм.
По сортаменту принимаем доски 50*150 мм.
После острожки кромок размеры ребер 50*145 мм.
Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 50 см.
Поперечные ребра принимаются того же сечения, что и продольные и ставятся в местах стыков асбестоцементных листов. листы стыкуются на «ус». Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра. Пароизоляция — окрасочная по наружной стороне обшивки.
Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза.
Вентиляция в плитах осуществляется вдоль плит через вентиляционные отверстия в поперечных ребрах.
1.1 Теплотехнический расчет плиты
Место строительства: г. Соликамск
Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92:
text=-37°С;
Средняя температура наружного воздуха отопительного периода:
tht=-6,7°С;
Продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой ?8°С: zht=245 суток;
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха: tint=12°С;
Зона влажности: 3 (сухая);
Влажностный режим помещений: влажный (75%);
Условия эксплуатации: Б (нормальный);
Расчетные формулы, а также значения величин и коэффициентов приняты по СНиП 23−02−2003 «Тепловая защита зданий».
Наименование слоя | |||||
Рулонный ковёр (2 слоя рубероида) | 0,010 | 0,17 | 0,059 | ||
Асбоцементный лист | 0,010 | 0,52 | 0,019 | ||
Пенополиуретан ТУ 67−87−75 | Х | 0,04 | |||
Асбоцементный лист | 0,010 | 0,52 | 0,019 | ||
Принимаем толщину утеплителя 80 мм.
1.2 Сбор нагрузок на плиту (кН/м2)
Сбор нагрузок выполняем в табличной форме:
N п/п | Наименование нагрузки | Единицы измерения | Нормативная нагрузка | f | Расчетная нагрузка | |
I | Постоянные: | |||||
Кровля 2 слоя рубероида | кН/м2 | 0,100 | 1,3 | 0,130 | ||
Собственный вес продольных ребер: | кН/м2 | 0,098 | 1,1 | 0,108 | ||
Собственный вес поперечных ребер: | кН/м2 | 0,033 | 1,1 | 0,036 | ||
Верхняя и нижняя обшивки из асбоцементного листа: | кН/м2 | 0,36 | 1,1 | 0,396 | ||
Утеплитель: Пенополиуретан | кН/м2 | 0,032 | 1,2 | 0,038 | ||
ИТОГО: qпокр | кН/м2 | 0,623 | 0,708 | |||
II | Временные: | кН/м2 | 3,91 | 5,58 | ||
Снеговая | ||||||
Ветровая кН/м2 | кН/м2 | 0,105 | 1,4 | 0,147 | ||
ВСЕГО q | кН/м2 | 4,638 | 6,435 | |||
1.3 Снеговая нагрузка
Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле
Sg=3,2 кН/м2 — расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли (г. Соликамск — V снеговой район);
Схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента принимаем в соответствии с приложением 3 СНиП Нагрузки и воздействия [1], при этом промежуточные значения коэффициента определяем линейной интерполяцией (рис. 2).
Рис. 2 — Схема распределения снеговой нагрузки
1 = cos 1,8;
2 = 2,4 sin 1,4,
где — уклон покрытия, град
sin 50 = l1/R =>
l1= R • sin 50= 9000• 0,766= 6900 мм? 7000 м
sin = 6000/9000=0,667; =42о; 1= cos(1,8•42) = 0,25; 2= 2,4 sin(1,4•42) = 2,05;
sin = 4000/9000=0,444; =26о; 1= cos(1,8•26) = 0,67; 2= 2,4 sin(1,4•26) = 1,44;
sin = 2000/9000=0,667; =13о; 1= cos(1,8•13) = 0,92; 2= 2,4 sin(1,4•13) = 0,74;
1.4 Ветровая нагрузка
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли
w0= 0,30 — нормативное значение ветрового давления;
(г. Соликамск — II ветровой район)
k = 1,0 (z = 9 м) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности;
(местность тип В — городские территории, лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями)
Высота z, м | |||
Коэффициент k | 0,5 | 0,65 | |
сe — аэродинамический коэффициент внешнего давления, принимаем по обязательному приложению 4 СНиП Нагрузки и воздействия [1], где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов сe соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак «минус» — от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.
f — коэффициент надежности по нагрузке. f = 1,4
Ветровую нагрузку находим на двух участках
1 участок — ;
2 участок —
На каждом участке находим средний коэффициент:
— протяженность участка с однозначной эпюрой на определенном участке.
— тангенс угла наклона эпюры ветрового давления на участке с однозначной эпюрой (рис. 3).
;
;
;
;
;
Рис. 3 — Схема аэродинамических коэффициентов и коэффициентов k
Расчетное значение ветровой нагрузки
;
;
;
1.5 Статический расчет
Наиболее нагруженными являются два промежуточных ребра, так как нагрузка, воспринимаемая ребром, собирается с двух полупролетов справа и слева от ребра (рис. 4).
Рис. 4 — Поперечное сечение плиты
Ширина площадки опирания на верхний пояс несущей конструкции 8 см, расчетный пролет плиты: .
Плита рассчитывается как балка на 2-х опорах.
Равномерно распределенная нагрузка на расчетное среднее ребро равна
= 6,4350,48 = 3,09 кН/м2;
Расчетный изгибаемый момент: ;
Поперечная сила: ;
1.6 Определение геометрических характеристик расчетного сечения плиты
Расчет конструкции плиты выполняем по методу приведенного поперечного сечения в соответствии с п. 4 СНиП 2.03.09−85 Асбоцементные конструкции.
В соответствии с п. 4.3 для сжатых обшивок принимаем часть обшивки, редуцируемой к ребру:
= 18 см, с двух сторон — 36 см;
= 25 см, с двух сторон — 50 см, т. е. сечение получается несимметричным (рис. 5).
Рис. 5 — Расчетное сечение плиты
Отношение модуля упругости обшивки к модулю упругости каркаса равно:
na= = =(1,4104)/(1104) = 1,4.
Определяем положение нейтральной оси сечения по формуле без учета податливости соединений ребер каркаса с обшивками Отношение модуля упругости обшивки к модулю упругости каркаса равно:
= =(1,4104)/(1104) = 1,4.
Yо=(19,56(19,5/2+1)+1,4361(19,5+1+½)+1,45 010,5)/[19,56+(36+50)1,4]=9,90 см.
Определяем моменты инерции каркаса и обшивок.
Собственный момент инерции каркаса
= 619,53/12 = 3707 см4.
Момент инерции каркаса относительно найденной нейтральной оси
= 3707 + 19,56 (19,5/2+1 — 9,9)2 = 3792 см4.
Моменты инерции обшивок относительно нейтральной оси:
= [3613/12 + 36(1+19,5+0,5 — 9,9)2]1,4 = 6214 см4;
= [5013/12 + 50(9,9 -0,5)2]1,4 = 6191 см4.
Суммарный момент инерции сечения:
= 3792 + 6214 + 6191 = 16 197 см4.
Шурупы в плите расставлены с шагом 200 мм, т. е. =9 — число срезов шурупов на половине пролета (3500/(2200)=8,75).
Статические моменты относительно нейтральной оси будут равны:
= 36(1+19,5+0,5 — 9,9)1,4 = 559,4 см3;
= 50(9,9 — 0,5)1,4 = 658 см3.
Определяем коэффициент податливости соединений т (= 1 шурупы из стали, = 6210-5 при диаметре шурупов 0,4 см):
Определяем :
т >, т. е. для расчета прочности каркаса принимаем т ==0,194;
для расчета прочности обшивок принимаем т = 0,44.
Положение нейтральной оси определяем с учетом коэффициента податливости соединений ребер каркаса с обшивками при т = 0,44, т. е. при т для определения напряжений в обшивках.
Определяем положение нейтральной оси:
см.
Моменты инерции будут равны:
= 3707 + 19,56(19,5/2+1 — 10,2)2 = 3742 см4;
= [3613/12 + 36(1+19,5+0,5 — 10,2)2]l, 4 = 5883 см4;
= [5013/12 + 50(10,2 — 0,5)2]1,4 = 6592 см4.
Для определения напряжений в ребре каркаса положение нейтральной оси определяем при = 0,194:
см.
Моменты инерции:
= 3707 + 19,56(19,5/2+1 — 10,5)2 = 3711 см4;
= [3613/12 + 36(1+19,5+0,5 — 10,5)2]l, 4 = 5561 см4;
= [5013/12 + 50(10,5 — 0,5)2]1,4 = 7723 см4.
= 3711 + 0,442(5561 + 7723) = 6283 см4.
1.7 Напряжение в ребре каркаса и обшивках
Определяем коэффициент для определения напряжений в обшивках:
Определяем напряжения в обшивках:
в нижней обшивке кН/см2;
в верхней обшивке
кН/см2;
Определяем напряжения в каркасе.
Определяем коэффициент :
В растянутой зоне ребра
кН/см2
В сжатой зоне ребра
кН/см2
Статический момент относительно сдвигаемого сечения равен
= 501,4(10,5- 0,5) + 69,54,75 = 970,75 см3.
Приведенный момент инерции равен:
= 3711 + 0,1942 (5561+7723) = 4211 см4;
= (5,28 970,75)/(42 116) = 0,145 кН/см2.
1.8 Проверка прочности элементов плиты
Прочностные показатели материалов В соответствии с ГОСТ 18 124– — 75* первый сорт прессованного асбестоцементного плоского листа имеет временное сопротивление изгибу 23 МПа. Временное сопротивление изгибу для расчета плиты, равное 23*0,9 = 20,7 МПа. Принимаем значения расчетных сопротивлений асбестоцемента, соответствующие временному сопротивлению изгиба 20 МПа (Rc = 30,5 МПа, Rt = 8,5 МПа и Rst = 14,5 МПа).
Расчетные сопротивления следует умножить на коэффициент условия работы
Тогда = 3,050,7 = 1,83 кН/см2;
= 0,850,7 = 0,6 кН/см2;
= 1,450,7 = 1,5 кН/см2.
Определение расчетных сопротивлений каркаса и производится по СНиП II-25−80 «Деревянные конструкции» для древесины II категории расчетное сопротивление древесины вдоль волокон сжатию = 13 МПа, растяжению = 10 МПа, скалыванию = 1,6 МПа.
Проверки прочности элементов плиты:
в обшивке
0,45 кН/см2< =1,83 кН/см2;
0,41 кН/см2< = 0,6 кН/см2;
в ребре каркаса
1,18 кН/см2 < = 1,3 кН/см2;
1,02 кН/см2 ?= 1,0 кН/см2;
= 0,145 кН/см2< = 0,16 кН/см2.
1.9 Расчет и проверка прогиба плиты
Изгибная жесткость
= 628 3104 МПасм4
Равномерно распределенная нормативная нагрузка на равна
= 4,6380,48 = 2,23 кН/м;
Максимальный прогиб плиты
(5/384)(2,23 35040,5)/(628 3104100) = 0,07 см.
Предельный прогиб
0,07 см < (l/250)=1,4 см.
Вывод:
Подобранное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.
2. Расчет арки
Хоккейный стадион пролетом 18 м представляет собой круговую арку. Геометрическая схема — трехшарнирная статически определимая арка.
2.1 Сбор нагрузок на несущие элементы арки
Несущий элемент арки — клееная деревянная балка прямоугольного сечения.
Шаг арок — 3,5 м.
Ширина сбора нагрузок — 3,5 м.
2.2 Постоянные нагрузки
Нормативная нагрузка от собственной массы несущей конструкции вычисляется приблизительно по эмпирической формуле:
=(0,623+ 3,91) / [1000/ (7• 18) — 1]= 0,65 кН/м2;
kсм= 7 — коэффициент собственной массы конструкции;
кН/м2 — нормативная нагрузка от массы покрытия;
кН/м2 — нормативная снеговая нагрузка;
2.3 Погонные нагрузки на полуарку
Нормативная постоянная
кН/м;
Расчетная постоянная
кН/м;
Расчетная снеговая нагрузка (рис. 6, 7, 8)
кН/м;
Рис. 6 — Эпюра продольных сил (постоянная нагрузка)
Рис. 7 — Эпюра продольных сил (2 снеговая нагрузка)
Рис. 8 — Эпюра продольных сил (ветровая нагрузка)
2.4 Расчет сочетаний нагрузок
Расчет сочетаний усилий производим по правилам строительной механики на ЭВМ с использованием расчетного комплекса «Лира Windows 9.0»
Сочетание нагрузок Расчетные сочетания усилий принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний.
Первое сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок:
qI= g + S, кН/м Второе сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:
qII= g + 0,9•(S + W), кН/м Третье сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 2 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:
qIII= g + 0,9•(S' + W), кН/м Таблица 2 — РСУ
Усилия | |||||||||
№ элем | № сечен | Тип РСУ | Кран/сейсм | Критерий | N (кН) | My (кН*м) | Qz (кН) | №№ загруж | |
; | — 214.991 | 0.000 | — 69.687 | 1 2 3 | |||||
; | — 204.441 | — 149.395 | — 70.937 | 1 2 3 | |||||
; | — 215.427 | — 149.395 | — 20.480 | 1 2 3 | |||||
; | — 205.377 | — 197.354 | — 24.230 | 1 2 3 | |||||
; | — 205.740 | — 197.354 | 20.924 | 1 2 3 | |||||
; | — 146.436 | — 101.827 | 23.974 | 1 3 | |||||
; | — 198.040 | — 163.524 | 15.924 | 1 2 3 | |||||
; | — 138.736 | — 62.398 | 18.974 | 1 3 | |||||
; | — 109.278 | — 142.995 | — 2.337 | 1 2 4 | |||||
; | — 191.727 | — 163.524 | 52.099 | 1 2 3 | |||||
; | — 106.518 | — 128.391 | 12.671 | 1 2 | |||||
; | — 163.784 | — 107.332 | 25.486 | 1 2 3 | |||||
; | — 101.326 | — 128.391 | 35.210 | 1 2 | |||||
; | — 154.513 | — 107.332 | 60.002 | 1 2 3 | |||||
; | — 70.049 | 24.318 | — 2.830 | 1 3 | |||||
; | — 87.623 | — 66.032 | 14.910 | 1 2 | |||||
; | — 120.126 | — 24.738 | 9.057 | 1 2 3 | |||||
; | — 68.466 | 24.318 | 15.073 | 1 3 | |||||
; | — 80.953 | — 66.032 | 36.698 | 1 2 | |||||
; | — 113.875 | — 24.738 | 39.302 | 1 2 3 | |||||
; | — 58.071 | 22.494 | — 14.627 | 1 3 | |||||
; | — 71.223 | — 16.734 | 8.898 | 1 2 | |||||
; | — 97.906 | 8.960 | — 6.323 | 1 2 3 | |||||
; | — 59.859 | 22.494 | — 1.767 | 1 3 | |||||
; | — 67.631 | — 16.734 | 24.041 | 1 2 | |||||
; | — 56.445 | 21.695 | — 1.851 | 1 3 4 | |||||
; | — 96.968 | 8.960 | 14.928 | 1 2 3 | |||||
; | — 92.542 | 0.000 | — 21.957 | 1 2 3 | |||||
; | — 97.446 | — 32.344 | 33.083 | 1 2 3 4 | |||||
; | — 99.159 | — 32.032 | 33.188 | 1 2 3 | |||||
; | — 95.109 | 0.000 | — 0.561 | 1 2 3 | |||||
; | — 57.109 | 0.000 | 4.208 | 1 3 4 | |||||
; | — 63.827 | 0.000 | — 7.659 | 1 2 | |||||
; | — 114.963 | — 93.953 | 46.975 | 1 2 3 4 | |||||
; | — 116.659 | — 93.656 | 47.255 | 1 2 3 | |||||
; | — 102.286 | — 32.344 | 11.302 | 1 2 3 4 | |||||
; | — 103.982 | — 32.032 | 11.035 | 1 2 3 | |||||
; | — 148.647 | — 175.452 | 51.312 | 1 2 3 | |||||
; | — 146.936 | — 175.384 | 50.848 | 1 2 3 4 | |||||
; | — 123.129 | — 93.953 | 16.202 | 1 2 3 4 | |||||
; | — 124.840 | — 93.656 | 16.042 | 1 2 3 | |||||
; | — 173.461 | — 213.973 | 34.703 | 1 2 3 | |||||
; | — 156.191 | — 175.452 | 18.255 | 1 2 3 | |||||
; | — 154.420 | — 175.384 | 18.170 | 1 2 3 4 | |||||
; | — 184.585 | — 222.578 | 7.186 | 1 2 3 | |||||
; | — 124.167 | — 128.379 | 9.513 | 1 3 | |||||
; | — 176.885 | — 213.973 | 2.186 | 1 2 3 | |||||
; | — 116.467 | — 115.502 | 4.513 | 1 3 | |||||
; | — 109.627 | — 145.909 | — 2.110 | 1 2 4 | |||||
; | — 191.794 | — 155.701 | — 29.298 | 1 2 3 | |||||
; | — 189.955 | — 154.998 | — 29.323 | 1 2 3 4 | |||||
; | — 181.744 | — 222.578 | — 33.048 | 1 2 3 | |||||
; | — 189.942 | 0.000 | — 72.655 | 1 2 3 | |||||
; | — 179.392 | — 155.701 | — 73.905 | 1 2 3 | |||||
Наибольшие усилия в элементах арки:
продольная сила N= - 215 кН;
поперечная сила Q= - 73,9 кН;
изгибающий момент М= + 222 кНм.
Коньковый узел продольная сила N= - 92,5 кН;
поперечная сила Q= - 24 кН.
Опорный узел продольная сила N= - 215 кН;
поперечная сила Q= - 70 кН.
2.5 Статический расчет арки
Статический расчет несущего элемента арки выполняем в соответствии с указаниями СНиП как сжато-изгибаемого элемента. Расчетное сечение арки является сечение с максимальным изгибающим моментом от наиболее невыгодного сочетания нагрузок М= 1679 кНм. При этом же сочетании нагрузок определяем значения продольной силы N= -1147 кН в расчетном сечении и величины продольных и поперечных сил в коньковом и опорном узлах.
2.6 Подбор сечения полуарки
Материал для изготовления полуарок принимаем древесину сосны второго сорта толщиной 25 мм. Коэффициент надежности по назначению гn = 0,95. Сечение полуарки принимается клееным прямоугольным.
Оптимальная высота поперечного сечения арки находится в пределах
(1/40 — 1/50)l = (1/40 — 1/50)1800 = 45,0 — 36,0 см.
Согласно СНиП [2], пп. 3.1 и 3.2, коэффициенты условий работы древесины будут при h > 60 см, дсл = 2,25 см mб = 0,8; mсл = 1; соответственно расчетное сопротивление сжатию и изгибу
Rс = Rи = 0,960,81,5= 1,152 кН/см2.
Предварительное определение размеров поперечного сечения арки производим по п. 4.17 СНиП [2]:
N/Fрасч + Mд/Wрасч? Rс.
h3 — вNh/Rс — 6вM/(оRс) = 0.
h3 + 3ph + 2q = 0,
Принимаем в = h/b = 5,5; о = 0,65.
p = -вN/(3Rс)= -5,5215/(311 520)= -0,034;
q = -3вM/(оRс)= -35,5222/(0,6 511 520)= -0,50;
h3 — 0,549h — 7,4 = 0,
Поскольку q >> p, дискриминант уравнения Д = q2 + p2 > 0 и оно имеет одно действительное и два мнимых решения. Согласно формуле Кардано, действительное решение h = U + V,
;
h = U + V= 1,0- 0,1= 0,9 м.
Компонуем сечение из 36 слоев досок толщиной 25 мм, шириной 200 мм. С учетом острожки по 6 мм с каждой стороны, расчетное сечение получаем 900×200 мм.
Расчетные площадь поперечного сечения и момент сопротивления сечения:
Wрасч = bh2/6 = 20902/6 = 27 000 cм3;
F расч = bh = 20 90 = 1800 см2.
Расчетная длина полуарки:
2.7 Расчет по прочности сжато-изгибаемой полуарки
Расчет элемента на прочность выполняем в соответствии с указаниями п. 4.17 СНиП по формуле Определяем гибкость согласно пп.4.4 и 6.25:
л = l0/r = lм/ = lм / = lм /(0,29h) = 14 151/(0,2990) = 54,2.
Fбр = Fрасч=1800 см2 — площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента;
Коэффициент продольного изгиба ц= 1-а (л /100)2=1−0,8(0,542) 2=0,76
Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации оси элемента о = 1 — N/(цRсFбр) = 1 — 215/(0,761,1 521 800) = 0,86;
Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок
Mд = M/о = 222 / 0,86 = 257 кНм;
N/Fрасч+ Mд/Wрасч= 215/1800 + 25 7102/27 000 = 0,12 + 0,95 = 1,07 < 1,152 кН/м2, т. е. прочность сечения обеспечена с запасом 8%.
2.8 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производим в соответствии с п. 4.18 по формуле
N/(FбрцRс) + [Mд/(WбрцмRи)]n? 1
Показатель степени n = 1, т.к. элементы арки имеют раскрепления растянутой зоны из плоскости деформирования
lр = 450 см, Коэффициент цМ определяем с введением в знаменатель коэффициента mб согласно п. 4.25 [3]:
цМ = 140b2kф/(lрhmб) = 14 02021,13/(450 900,8) = 1,95.
Согласно п. 4.14, к коэффициенту цМ вводим коэффициенты Kжм и Kнм. С учетом подкрепления внешней кромки при m > 4 Kжм = 1
Kнм =1+ 0,142lр/h + 1,76h/lр + 1,4бр =1+ 0,142 450/90 + 1,7690/450+ 1,40= 2,06;
цмKнм = 1,952,06 = 2,07
Коэффициент продольного изгиба ц из плоскости ц = A/л2y = 3000/[(lо/r]2= 3000/(450/0,2920) 2 = 0,5.
Согласно п. 4.18, к коэффициенту ц вводим коэффициент KнN:
KнN = 0,75 + 0,06(lр/h)2 + 0,6брlр/h = 0,75 + 0,06(450/90)2 = 2,25
цKнN = 0,52,25 = 1,13.
N/(FбрцRс) + Mд/(WбрцмRи) = 215/(18 001,131,152) + 25 7102/ (270 002,071,152) = =0,09 + 0,40 = 0,49 < 1.
Таким образом, устойчивость арки обеспечена при раскреплении внутренней кромки в промежутке между пятой и коньком через 4,5 м.
2.9 Проверка сечения арки на скалывание по клеевому шву
Проверку сечения арки на скалывание по клеевому шву производим на максимальную поперечную силу Q= 73,9 кН по формуле Журавского
.
Статический момент поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси см3;
Момент инерции поперечного сечения арки относительно нейтральной оси см4;
Прочность сечения обеспечена.
3. Расчет узлов арки
Рассмотрим опорный и коньковый узлы.
3.1 Расчет опорных узлов
Расчетные усилия: N=-215 кН; Q=70 кН Так, как пролет арки 18 м, конструктивно узел решаем в виде: валикового шарнира.
Определим высоту валикового шарнира:
N — продольное усилие в опорном узле
b =20 смширина плиточного шарнира
Rстсм =1,66 кН/см2 — расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245
Конструктивно принимаем hш = 30 см.
Принимаем диаметр болтов dб=24 мм, тогда по п. 5.18
Принимаем накладки, А — образной формы, толщина листа башмака 16 мм.
Стальные башмаки опорного узла крепятся к арке 10 болтами d = 24 мм.
Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:
где Mб = Q· e = 70· 0,490 = 34,3 кНм.
e=0,490 - расстояние от ц. т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;
zi — расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
nб - число болтов в крайнем ряду по горизонтали;
mб — общее число болтов в накладке.
Zmax — максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
Несущая способность одного болта Tб: определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:
(т.17(1))
3.2 Несущая способность болтового соединения обеспечена
Т.к. арка в опорном узле опирается неполным сечением через стальные башмаки и древесина испытывает смятие, то необходимо проверить условие:
— расчетное сопротивление древесины смятию под углом к волокнам.
KN — коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений под кромками башмаков. KN=0,9 -смятие поперек волокон.
Fсм=20М40=800 см2 — площадь смятия под башмаком.
215/800 = 0,3 кН/см2 <1,29 М0,9 = 1,161 кН/см2
3.3 Прочность на смятие обеспечена
Проверка опорного узла на скалывание по клеевому шву:
,
Прочность на скалывание обеспечена
3.4 Коньковый узел
Продольное усилие N= - 92,5 кН;
Поперечное усилие Q= - 24 кН.
Коньковый узел решаем в виде классического валикового шарнира.
Материал шарнира — сталь марки С245.
Конструирование узла начинаем с выбора диаметров крепежных болтов и назначения размеров боковых пластин стального башмака из условия размещения болтов.
Толщину опорной пластины принимаем 20 мм.
Определим высоту валикового шарнира:
N — продольное усилие в опорном узле
b =20 смширина плиточного шарнира
Rстсм =1,66 кН/см2 — расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245
Конструктивно принимаем hш = 30 см.
Принимаем диаметр болтов dб=24 мм, тогда по п. 5.18
Принимаем накладки, А — образной формы, толщина листа башмака 16 мм.
Стальные башмаки карнизного узла крепятся к арке 6 болтами d = 24 мм.
Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:
где Mб = Q· e = 24· 0,340 = 8,2 кНм.
e=0,340 - расстояние от ц.т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;
zi — расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
nб - число болтов в крайнем ряду по горизонтали;
mб — общее число болтов в накладке.
Zmax — максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
Несущая способность одного болта Tб: определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:
(т.17(1))
3.5 Несущая способность болтового соединения обеспечена
Проверка карнизного узла на скалывание по клеевому шву:
,
Прочность на скалывание обеспечена.
4. Меры защиты конструкций от загнивания и возгорания
При проектировании деревянной клееной арки предусматриваем конструктивные меры защиты от биологического разрушения, возгорания и действия химически агрессивной среды.
Конструктивные меры, обеспечивающие предохранение и защиту элементов от увлажнения, обязательны, независимо от того, производится антисептирование древесины или нет.
Конструктивные меры по предохранению и защите древесины от гниения обеспечивают:
устройство гидроизоляции от грунтовых вод, устройство сливных досок и козырьков для защиты от атмосферных осадков;
достаточную термоизоляцию, а при необходимости и пароизоляцию ограждающих конструкций отапливаемых зданий во избежание их промерзания и конденсационного увлажнения древесины;
систематическую просушку древесины в закрытых частях зданий путем создания осушающего температурно-влажностного режима (осушающие продухи, аэрация внутренних пространств).
Деревянные конструкции следует делать открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра.
Защита несущих конструкций:
В опорных узлах, в месте опирания арки на фундамент устроить гидроизоляцию из двух слоев рубероида. При этом низ арки запроектирован на отметке +0,5 м. Торцы арок и места соприкосновения с металлическими накладками в опорном и коньковом узлах защитить тиоколовой мастикой У-30с с последующей гидроизоляцией рулонным материалом.
Для защиты от гигроскопического переувлажнения несущих конструкций через боковые поверхности необходимо покрыть пентафталевой эмалью ПФ-115 в два слоя.
Список используемой литературы
1. СНиП 2.01.07−85*. Нагрузки и воздействия. — М.:ГП ЦПП, 1996. — 44с.
2. СНиП II-25−80. Деревянные конструкции.- М., 1983.
3. СНиП II-23−81. Стальные конструкции: М., 1990.
4. Рохлин И. А., Лукашенко И. А., Айзен А. М. Справочник конструктора-строителя. Киев, 1963, с. 192.
5. А. В. Калугин Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций). — М.: Издательство АСВ, 2003. — 224 с.