Проектирование здания

1. Описание конструктивной компоновочной схемы здания с необходимыми эскизами Проектируемое здание — цех по производству оконных и дверных блоков в городе Сочи. Размеры в осях 22×122 м.; пролёт 22 м.; шаг основных несущих конструкций 3,3 м.; высота здания от уровня чистого пола до низа стропильных конструкций 7 м.

Рисунок 1.1 — Конструктивная схема здания.

Задаемся ориентировочными размерами колонн

H_к=5,80−0,15=5,65

Высота поперечного сечения колонны:

следовательно:

По таблице п. 2 корректируем высоту, принимаем:

При этом количество досок равно 12 штук.

Находим ширину поперечного сечения колонны по таблице п. 2 [1]:

Принимаем доску 200 и минус на отстрожку 20: b_k = 18 см.

Задаемся ориентировочными размерами стропильной балки Находим высоту стропильной балки на опоре:

из условия:

находим:

Принимаем: В_б =0,3

Делаем проверку:

Принимаем доску 100 мм. и минус 20 мм. на отстрожку.

Задаемся ориентировочными размерами плиты покрытия Тогда высота ребра плиты будет равна:

h_р = 150 -6=144 см.

Тогда высота плиты будет равна:

Принимаем доску 50 мм — 6 мм на отстрожку в_р=3,5

Задаемся ориентировочными размерами стеновой панели Тогда высота ребра панели будет равна:

Тогда высота панели будет равна:

Из условия :

S_p ?50 см²

S_p= h_p•b_p ?50 см.

Находим: в_р=4,6 см. Принимаем в_р=4,6 см.

Правило расстановки связевых блоков

1) Связевые блоки устанавливаются у торцов здания и далее равномерно с расстоянием в свету не более 24 м.

2) При применении плит покрытия применяют связи, в виде деревянных распорок, квадратного поперечного сечения или круглых крестообразных тяжей из арматуры класса А-I диаметром 14 мм.

3) Оптимальный угол наклона связи к несущей конструкции 45^є (допускается 30^є-60^є).

4) Расположение связей в покрытии и по стенам должно совпадать.

Схема расположения связей по оси А.

2. Конструктивные и химические меры по защите деревянных конструкций от гниения и возгорания Защита древесины от гниения: конструктивная защита и химическая защита от гниения Конструктивная защита от загнивания Принципом конструктивной защиты деревянных конструкций от гниения является создание для древесины такого температурно-влажностного режима, при котором обеспечивается сохранение ее влажности ниже 20% на все время эксплуатации. Для этого необходимо проводить следующие конструктивные мероприятия.

Несущие деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми и доступности для периодического осмотра.

Необходимо обеспечивать надежную гидроизоляцию деревянных конструкций и их частей, соприкасающихся с грунтом, фундаментами, бетоном, каменной кладкой и массивными металлическими частями.

Поскольку в толще ограждающих элементов, находящихся в зоне изменения температур, возможно образование конденсата, несущие деревянные конструкции следует располагать либо целиком в пределах отапливаемого помещения, либо вне его. Панели покрытия и стен беспустотной конструкции не должны иметь деревянных элементов в зоне низких температур. Пустотные ограждающие конструкции должны иметь осушающие вентиляционные продухи, обеспечивающие быстрое высыхание древесины. При этом холодный сухой воздух вводится под карниз, а сырой и теплый выпускается у конька.

Деревянные покрытия следует осуществлять с наружным отводом атмосферных вод. Деревянные стены защищаются от косого дождя и снега широким венчающим карнизом или широким свесом. Торцы брусьев или бревен защищают от проникновения влаги посредством обшивки досками.

Деревянные покрытия не рекомендуется устраивать с фонарями верхнего света.

Химическая защита от загнивания Конструктивных мер для защиты древесины от гниения недостаточно при эксплуатации деревянных конструкций в условиях постоянного или периодического увлажнения. Для таких деревянных конструкций антипсептирование является основным мероприятием по защите от гниения, рассчитанным на весь срок службы древесины.

Антисептическая обработка элементов деревянных конструкций и изделий должна производиться в производственных условиях на специализированном оборудовании.

В случае невозможности централизованного снабжения строительства элементами деревянных конструкций химически защищенными от гниения, допускается проведение антисептической обработки древесины на месте строительства механизированным, а в отдельных случаях и ручными способами.

Перед антисептической обработкой древесину необходимо очистить от коры и луба. Вся механическая обработка лесоматериалов (распиловка, сверление отверстий и т. д.) производится до антисептирования.

Вид антисептической обработки древесины выбирается в зависимости от условий эксплуатации деревянных конструкций.

Защита древесины от возгорания: конструктивная защита и химическая защита от возгорания Конструктивная защита от возгорания Конструктивными мерами по предотвращению возгорания и интенсивного развития пожара в деревянных зданиях предусматривается применение деревянных конструкций из массивных, преимущественно строганных элементов, — брусьев, бревен, клееных массивных элементов без острых выступающих частей, щелей, трещин, так как элементы деревянных конструкций, имеющие сечение более 100Ч100 мм., во время активного горения обугливаются со скоростью 0,75−1 мм. в мин, и поэтому такие деревянные конструкции сохраняют свою несущую способность в течение 30−45 мин.

Строящиеся здания должны иметь гладкие стены и потолок без выступающих внутрь помещения деревянных частей, иметь беспустотные ограждающие конструкции с применением в них несгораемых или трудносгораемых утеплителей.

Воздушные прослойки разделяются на отсеки (площадью до 50 м²) несгораемыми диафрагмами, не препятствующими осушению полостей.

Деревянные поверхности покрываются огнезащитной облицовкой и штукатуркой, деревянные части отделяются от источников нагрева специальными противопожарными преградами. Деревянные конструкции должны эксплуатироваться при температуре, не превышая 50? С.

Химическая защита от возгорания К трудносгораемым относятся деревянные элементы, пропитанные водными растворами огнезащитных солей в цилиндрах под давлением с поглощением сухой соли до 75 кг. на 1 м³ древесины. Однако такая обработка снижает прочность древесины на 10−20%, а при обработке клееных элементов может наступить полная потеря прочности клеевого шва через 1−2 года. Поэтому в последнее время практически отказались от такой обработки.

Более эффективна поверхностная защита древесины от возгорания.

Технология нанесения огнезащитных покрытий, красок и обмазок аналогична нанесению антисептических паст и влагозащитных покрытий. Нанесение покрытий необходимо производить в два или более слоев с тем, чтобы обеспечить требуемый расход. Последующий слой наносится после высыхания предыдущего слоя.

3. Расчет клеефанерной плиты покрытия Определение типа и размера поперечного сечения плиты Рисунок 3.1 — Конструктивная и расчетная схема панели покрытия.

Сбор нагрузок на плиту Таблица 1 — Сбор нагрузок на 1 м² плиты

q^p = q^p_табл• 1,5= 316,25•1,5=474,4 кгс/м.

q^н = q^н_табл• 1,5= 230,84•1,5=346,26 кгс/м.

Определение геометрических характеристик поперечного сечения плиты в_рас=в_пл•k

в_рас=150•0,9=135 см

n=E_g / E_ф = 100 000/90 000=1,1

Рассчитываем приведенную к фанере площадь поперечного сечения.

F_пр=F_фв+F_фн+F_g•n=(в_рас•б_фв)+(в_рас•б_фн)+(4в_р•h_р) •n

F_пр= 475 см²

Расчитываем приведенный статический момент, поперечного сечения относительно нижней плоскости сечения.

S_пр=S_фв+S_фн+S_g•n

S_фв= F_фв•(б_фн+h_р+ б_фв/2)

S_фн= F_фн• б_фн/2

S_g= F_g•(б_фн+h_р/2)

S_пр=2092,5+24,3+2021,76•1,1=4340,74 см³

S_фв=135(0,6+14,4+½)=2092,5 см³

S_фн=81•0,6/2=24,3 см³

S_g=259,2(0,6+14,4/2)=2021,76 см³

Положение нейтральной оси приведенного сечения равно:

y₀=S_пр/F_пр

y₀=4340,74/501,12=8,66 см

y₀>h_пл/2

8,66>16/2=8

Момент инерции Рассчитываем приведенный к фанере момент инерции сечения

J_пр= J_фв+ J_фн+ J_g•n

Момент инерции всегда расчитывается относительно центральной оси

J_фв= в_рас• б_фв³/12+F_фв(h_пл-У₀— б_фв/2)²

J_фв= 135• 1³/12+135(16−8,66−½)²=11,25+6316,12=6327,4

Чтобы перенести нейтральную ось отдельно от фигуры, к нейтральной оси всего сечения необходимо прибавить к моменту инерции фигуры F_ф•квадрат расстояния от центра тяжести этой фигуры до нейтральной оси сечения.

J_фн= в_рас• б_фн³/12+ F_фн•(y₀— б_фн/2)²

J_фн= 135• 0,6³/12+ 81•(8,66- ½)²=5663,5

J_g=4в_р• h_р/12+ F_g•(y₀— б_фн/2- h_р/2)

J_g=4•4,5• 14,4³/12+ 259,2•(8,66- 0,3- 7,2)=4779,65

J_пр=5662,47+6175,67+4767•1,1=17 082 см⁴

Приведенный момент верхней обшивки равен

W_фв= J_пр/ h_пл — y₀

W_фн= J_пр/ y₀

W_фв=16 770,55/16−8,66=2285 см³

W_фн=16 770,55/8,66=1937 см³

Определяем максимальное значение изгибающегося момента и по перечной силы М=q^p•l_рас/8

Q= q^p•l_рас/2

l_рас=B- 2•5,5

l_рас=340−2•5,5=329см Расчет по нормальным напряжениям. Прочность растянутой фанерной обшивки проверяется по формуле:

М/ W_фн? R_фр•m_ф

М=4,74•329²/8=64 132,7

Q= 4,74•329/2=779,73

64 132,7/779,73=82,24

140•0,6=84

82,24<84

Устойчивость сжатой фанерной обшивки следует проверять по формуле:

М/ W_фв•ц_ср? R_фс

64 132,7/2285•0,6=46,77

46,77<120

a= в_пл -4в_р/3

a= 150−4•35/3=45,3 см

45,3/1=45,3 => ц_ф=1-(a/ в_фв)²/5000=0,59=0,6

Проверяем верхнюю фанерную обшивку на местный изгиб от сосредоточенного груза m=100 кг., как заделанную в местах приклеивания к ребрам пластин.

М=Р•a/8

W=a• б_фв²/6

у=M/W? R_фн•m_w

M=120•45,3/8=679,5кгс•см

W=45,3•1²/6=7,55 см³

у=679,5/7,55=90

90<160

ф= Q•S_фв^о-о/ J_пр•4в_р? R_фск

ф= 779,73•923,4/ 16 770,55•4•3,5=3,1? R_фск

S_фв^о-о= F_фв(h_пл-y₀— б_фв²)

S_фв^о-о=135(16−8,66−½)=923,4

ф=3,1

3,1<8

Проверка по дифформации выполняется по формуле:

f? l_рас/200=329/200=1,645

f=5/384 •q_н• l_рас⁴/Е_ф•• J_пр=5/384•329⁴/90 000•16770,55= 0,27

0,27<1,6

4. Расчет ограждающей стеновой конструкции Конструктивная схема стеновой панели Рисунок 4.1 — Конструктивная схема стеновой панели.

Сбор нагрузок на панель Таблица 2 — Сбор нагрузок на панель

Вес ребер:

V_ребер= h_p•b_p•B

V_ребер= 0,035•0,1086•4,5=0,02

m= V_ребер•500=0,02•500=7•2=14

S_пан= В • 1,2=4,5•1,2=5,4

q=m/S_пл=20/6=3,3

Вес утеплителя:

V_утепл=0,67

m=0,67•50=33,5

S_утепл=4,5•1,13=5,085

q=33,5/5,1=6,6

Нагрузка от собственного веса с учетом 2-х панелей.

q_н= q_н^т • 2 =34,05•2=68,1 кг

q_р= q_р^т • 2 =36,75•2=73,5 кг

q_н^св= q_н •1, 2 = 68,1•1,2=81,72

q_р^св= q_р •1, 2 = 73,5•1,2=88,2

Погонная ветровая нагрузка равна:

q_н^в= q_н • 1,2=38•1,2=45,6

q_р^в= q_н^в•г_f = 45,6 •1,4=63,84

Определение максимальных значений моментов Рисунок 4.2 — Расчетная схема стеновой панели.

Q_св=q_св^р•B/2

Q_св=73,5•4,5/2=165,38 кгс

Q_в= q_рв^р•B/2

Q_в=57,2•4,5/2=128,7 кгс Определение геометрических характеристик поперечного сечения панелей

а) б) в) Рисунок 4.3 — Сечение стеновой панели.

а) поперечное сечение стеновой панели в вертикальной плоскости;

б) расчетная схема панели при изгибе в вертикальной плоскости;

в) расчетная схема при изгибе в горизонтальной плоскости.

в_рас=в_пан•ц в_рас=1,08 м

Приведенный к фанере момент инерции:

J_пр=2J_ф+J_g•h

J_пр=2•3807+960,62•1,11=8680

J_ф=(в_рас•б_ф³/12)+S_ф••(h_р/2+ б_ф/2)²

J_ф=(108•1³/12)+108_••(10,86/2+ ½)²=9+3797,81=3807

J_q=2в_р••h_р³/12

J_q=2•10,86³/12=960,62

W_пр=2J_пр/h_пан

W_пр=2•8680/12,86=1350

Проверка прочностей по нормальным напряжениям в растянутой обшивке где m_ф — коэффициент, учитывающий соединение листов фанеры по длине панели, равен 0,6.

6,031<140

Проверка на скалывание по шву приклейки фанерной обшивки к ребрам не производим, т.к. из-за малой высоты поперечного сечения панелей расчет на скалывание выполняется всегда.

f? l_рас/200=0,005

f=5/384 •q_н• l_рас⁴/Е_ф•• J_пр=5/384•0,41•329⁴/90 000•3807=14,02*0,01=0,14

0,14<1,6

Конструктивная схема стропильной конструкции

0,08

Сбор нагрузок на стропильную конструкцию Вес от плит покрытия и снега:

q_п.п.^н=q_табл^н•В

q_п.п.^н=230,84•4,5=1039 кгс/м

q_п.п.^р=q_табл•В

q_п.п.^р=316,25•4,5=1423 кгс/м Расчет стропильной конструкции покрытия От собственного веса балки:

q_св.^н=V_б•с_g/l_б

q_св.^н=5,784•500/24=120,5 кгс/м

q_св.^р= q_св.^н•г_f

q_св.^р=120,5•1,1=132,55 кгс/м

Итого:

q^н= q_п.п.^н+ q_св.^н

q^н=1039•120,5=125 199,5 кгс/м

q^р= q_п.п.^р+ q_св.^р

q^р=1425•132,55=188 884 кгс/м Определение положения опасного сечения

x=l_б/2•l_оп/h_ср

x=(24/2)•(2,42/2,4)=121,2 см Определяем геометрические характеристики опасного сечения

h_x= h_ср-?(l_б/2-x)

h_x=200−1/24,2(2400/2−121,2)=155,77

W_x=(в_б• h_x²)/6

W_x=10•155,77²/6=40 440,5

Определяем изгиб момента в опасном сечении М_х=((q_р•l_б)/2)•х-(q_р•х²)/2

М_х=(18,89•(2400/2)•121,2-(18,89•121,2²/2)=2 608 619,6

Проверку следует производить по формуле у_х=М_x/W_x?R_g.u.•m_б•m_с

у_х=2 608 619,6/40 440,5=64,51<128

Проверка опорного сечения на скалывание Проверяем условие:

где Q_max — расчетная поперечная сила;

S — статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

J_оп — момент инерции брутто поперечного сечения относительно нейтральной оси;

B — расчетная ширина сечения.

Q_max=q_р•l_б/2

Q_max=1423•24/2=17 076 кгс

S=в_б•h_оп²/8

S=10•242²/8=73 205 см ³

J_оп= в_б•h_оп³/12

J_оп=10•242²/12=11 810 407 см ⁴

ф=17 076•73205/11 810 407•10=10,58

10,58<16

Расчет стропильной конструкции по II группе предельного состава

f/l? [ f/l]

f=f₀/k (1+c (h_ср/l)²)

f₀=5/385•(q^н•l⁴⁾/(E_g•J_ср)

f₀=5/385•(12,52•2400⁴⁾/(100 000•115200000)=0,36

J_ср= в_б•h_ср³/12

J_ср=100•240³/12=115 200 000 см⁴

k= 0,15+0,85•(h_оп/ h_с)

k=0,15+0,85•(242/ 240)=1,01

c=15,4+3,8•(h_оп/ h_с)

с=15,4+3,8•(242/ 240)=19,23

f=0,36/1,01(1+19,23(242/2400)²)=0,43

0,43/2400=0,18

Список используемой литературы

1. ГОСТ 24.454−80. Пиломатериалы хвойных пород;

2. ГОСТ 39.16.2−96. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпон хвойных пород;

3. ГОСТ 8240–89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент;

4. ГОСТ 8509–93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Сортамент;

5. Карлсен Г. Г. Конструкции из дерева и пластмасс.-М: Стройиздат, 1986;

6. Зубарев Г. Н. Конструкции из дерева и пластмасс.-М: «Высшая школа», 1990;

7. СНиП II-25−80. Деревянные конструкции;

8. СНиП 2.01.07−85^*. Нагрузки и воздействия.