Курсовая работа выполнена в соответствии с заданием, выданным кафедрой «Проектирования конструкций оснований и фундаментов».

В работе разработаны конструкции здания выставочного павильона, прямоугольного в плане с габаритными размерами в осях 18,6×40,0 м.

По температурно — влажностным условиям эксплуатации здание относится к группе А1 [табл. 1, 1]. Здание выставочного павильона запроектировано для строительства в городе Астрахань, расположенном в снеговом районе I, ветровом районе III.

Уровень ответственности здания — II нормальный.

В качестве несущих конструкций запроектирована арка пологая, кругового очертания из клееной древесины. Плита покрытия — клеефанерная.

Курсовой работой также предусмотрены мероприятия по защите конструкций из древесины от биопоражения и мероприятия повышающие огнестойкость.

1. Конструктивное решение здания и обеспечение пространственной устойчивости здания

Деревянное каркасное здание представляет собой сложную пространственную систему, образованную из плоских конструкций. Их расположение в каркасе и соединение между собой обеспечивают надежное восприятие внешних усилий любого направления в соответствии с условиями эксплуатации. Каркас скомпонован так, чтобы усилия передавалась с одной конструкции на другую и кратчайшим путем доводились до фундаментов. При этом не должны нарушаться пространственная неизменяемость, устойчивость и прочность всей системы и отдельных ее элементов.

Поперечная устойчивость и неизменяемость каркаса здания создают плоские несущие конструкции, способные воспринимать кроме вертикальных нагрузок также горизонтальные.

Продольную неизменяемость и устойчивость каркасов зданий и сооружений, как правило, обеспечивают постановкой в плоскости стен связевых систем, которые соединяют между собой несущие ограждающие конструкции и образуют жесткие диски. Связевые системы воспринимают внешние в основном горизонтальные нагрузки с передачей их на фундаменты, фиксируют в проектном положении плоские несущие конструкции и предотвращают деформации их в плоскости, перпендикулярной плоскости несущей конструкции вследствие возможной потери устойчивости их сжатых частей.

Для проектируемого здания в покрытии связевые системы состоят из продольных (наклонных) связей, установленных перпендикулярно плоским несущим конструкциям — аркам.

Поперечные связи в покрытии установлены в плоскости верхних кромок арок, между соседними несущими конструкциями. Продольные связи соединены попарно.

Рис. 1. Схема расположения монтажных элементов Рис. 2. Разрез 1−1.

2. Конструирование и расчет клеефанерной плиты покрытия

2.1 Конструктивное решение плиты и применяемые материалы

Требуется запроектировать клеефанерную плиту покрытия для здания выставочного павильона. Здание отапливаемое.

Коробчатые клеефанерные плиты применяют в утепленных и холодных покрытиях с рулонной кровлей и гладким потолком. Конструкцию плит, предназначенных для эксплуатации в отапливаемых зданиях, принимаем коробчатую.

Несущий каркас плиты состоит из продольных несущих ребер каркаса, выполненных из древесины не ниже второго сорта. Толщина ребер, для определения постоянных нагрузок, назначается от 35 до 45 мм (принимаются доски толщиной 40, 50 мм, с учетом острожки досок по пласти с двух сторон равной 5…6 мм). Высота ребер в плитах, предназначенных для отапливаемых зданий, принимается исходя из возможности размещения в полости плиты утеплителя, прижимных брусков и вентиляционных отверстий и может назначаться ориентировочно h_p=(1/25…1/35) l. Шаг продольных ребер назначается не более 500 мм, исходя из условий работы верхней обшивки на изгиб от сосредоточенных грузов. Обшивки несущего каркаса выполняются из листов фанеры повышенной водостойкости марки ФСФ сорта не ниже В/ВВ из древесины березы или лиственницы толщиной не менее 6 мм для нижней растянутой обшивки и 6 мм для верхней, сжатой обшивки. Листы фанеры по длине стыкуются клеевым соединением на «ус». Обшивки склеиваются с продольными ребрами в положении, при котором направление наружных волокон фанеры и древесины продольных ребер совпадают. Выбор марки клея для склеивания древесины ребер с обшивками из фанеры следует производить согласно требованиям [п. 2.6, 5] и [1, табл. 2], в зависимости от условий эксплуатации, определяемых по [1, табл. 1].

Для увеличения жесткости, в местах расположения стыков фанерных обшивок, с шагом 1,5 м между продольными ребрами, ставятся поперечные ребра, имеющие те же размеры, что и продольные ребра. В поперечных ребрах, выше утеплителя, устраивают вентиляционные отверстия, сообщающиеся с наружным воздухом и обеспечивающие осушающий режим работы плит. В полости между продольными и поперечными ребрами, по слою пароизоляции, укладывается утеплитель. В качестве утеплителя применяют минераловатные плиты на синтетическом связующем или пенопластовые плиты. Во избежание смещения при транспортировке и монтаже утеплитель закрепляют прижимными решетками из деревянных брусков сечением 25×25 мм, соединенных с каркасом гвоздями. Пароизоляция выполняется из рулонных материалов или окрасочная.

С целью обеспечения одинакового деформирования плит при неравномерном нагружении они объединяются при помощи глухих деревянных нагелей диаметром 20 мм, устанавливаемых с шагом 1,5…2,0 м или гвоздями, прибиваемыми сквозь соединительную планку через 0,5 м.

Конструкция продольных стыков плит и узлов опирания на несущие конструкции приведена в [прил. 5, 5].

По условиям эксплуатации конструкция относится к группе — А1. Температурно-влажностные условия эксплуатации конструкций —, ,. По интерполяции по [приложению 2, 5] определяем толщину утеплителя 138,5 мм. Принимаем в качестве утеплителя минераловатные полужесткие плиты на синтетическом связующем со средней плотностью и коэффициентом теплопроводности толщиной 2×70=140 мм. Плиты минераловатные выпускаются толщиной 70 мм, длиной 1000 мм и шириной 500 мм м 1000 мм.

Материалы плиты:

— порода древесины ребер плиты — пихта, 2 сорт;

— обшивки изготавливаются из березовой фанеры марки ФСФ, сорта В/ВВ;

— утеплитель — минераловатные плиты на синтетическом связующем, толщиной 140 мм.

Определим нормативные и расчетные нагрузки.

2.2 Сбор постоянных и временных нагрузок на плиту

Основным сочетанием нагрузок, действующих на плиту, является снег и собственный вес.

Таблица 1. Определение нагрузок на клеефанерную плиту покрытия, Н/м2

Снеговую нагрузку определяем в соответствии с [2, п. 5].

Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле: , где где — нормативное значение веса снегового покрова на 1 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с [п. 5.2, 2], расчетное значение ;

Нормативное значение снеговой нагрузки следует определять умножением расчетного значения на коэффициент 0,7 [2, п. 5.7].

— коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с [п. 5.3−5.6, 2].

— коэффициент, учитывающий снижение снеговой нагрузки, определяемый по [п. 5.5, 2] в зависимости от уклона кровли и скорости ветра за холодный период. Так как уклон кровли 75%, то .

Рис. 3. Схема снеговой нагрузки

где — уклон покрытия, град.

.

.

; .

Длительно действующую часть снеговой нагрузки определяем умножением полного нормативного значения снеговой нагрузки на коэффициент 0,5 [2, п. 1.7.к].

. .

; ;

;

.

— расчетное значение постоянных и временных нагрузок, приведенное к погонному метру плиты умножением значения (см. табл. 1) на ширину плиты B. кН/м.

2.3 Определение расчетных сопротивлений материалов

Таблица 1

— коэффициенты условий работы, определяемые по [п. 3,2, 1];

коэффициент, учитывающий влажностные условия эксплуатации, для условий эксплуатации А1 1;

коэффициент, учитывающий температурные условия эксплуатации, так как конструкция эксплуатируется при t<35⁰С, следовательно, 1;

коэффициент, учитывающий величину длительно действующих нагрузок в сумме полных нагрузок, так при /<0,8 1;

коэффициент, вводимый к расчетным сопротивлениям древесины для конструкций, рассчитываемых с учетом воздействия кратковременных нагрузок, так как кратковременные нагрузки отсутствуют 1;

для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон, так как сечение высотой менее 50 см, тогда 1.

коэффициент, учитывающий толщину слоя в клееном пакете поперечного сечения изгибаемых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов [1, п. 3.2е. табл. 8]. Вводится к расчетным сопротивлениям изгибу, сжатию и скалыванию вдоль волокон.

коэффициент, учитывающий радиус кривизны в гнутых элементах конструкции [1, п. 3.2ж. табл. 9]. Вводится к расчетным сопротивлениям растяжению, изгибу и сжатию вдоль волокон. Принимаем ;

— коэффициент, определяемый для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении [1, п. 3.2и], принимаем, ;

— коэффициент для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением [1, п. 3.2к] .

2.4 Расчет плиты покрытия

Рис. 4. Утепленная клеефанерная плита коробчатого поперечного сечения

Определение приведенных геометрических характеристик плит.

При определении моментов инерции и моментов сопротивления необходимо учитывать неравномерность распределения напряжений в обшивках плит с продольными ребрами введением расчетной ширины фанерных обшивок, которую следует принимать равной:

при; при .

Так как, тогда

=1,053 м; = 1,071 м.

Геометрические характеристики поперечного сечения плиты коробчатого поперечного сечения определим по формулам:

Статический момент относительно нижней грани, приведенной к фанере:

=3963,2 см³.

Площадь поперечного сечения плиты, приведенная к фанере:

=

==423 см².

Положение центра тяжести приведенного сечения плиты:

3963,2/423=9,4 см;

=20,2−9,4=10,8 см;

Приведенный момент инерции поперечного сечения плиты (собственные моменты инерции полок не учитываем [см. стр. 57, 3]):

=+==21 322 см⁴.

Моменты сопротивления приведенного поперечного сечения:

— относительно нижней грани сечения:

=21 322/9,4=2268 см³.

— относительно верхней грани сечения:

=21 322/10,8=1974 см³.

Проверка плиты на прочность

Расчет на прочность растянутой фанерной обшивки.

Прочность растянутой фанерной обшивки следует проверять по формуле:

где М — расчетный изгибающий момент;

кНм = 763 кНсм.

где l₀=L-20-c=(5000−20) — 60= 4920 мм = 492 см =4,92 м.

c — длина площадки опирания, с=60 мм.

R_фр — расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа, вдоль волокон наружных слоев, МПа, [табл. 10, 1];

m_ф — коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках растянутой фанерной обшивки, принимаемый равным при «усовом» соединении: 0,6 для обычной фанеры и 0,8 для фанеры бакелизированной;

— коэффициент надежности по ответственности здания и сооружения, принимаемый по [прил. 7, 2], =0,95.

.

Расчет на устойчивость сжатой фанерной обшивки

Устойчивость сжатой обшивки плит и панелей следует проверять по формуле:

где R_фс — расчетное сопротивление фанеры сжатию в плоскости листа, вдоль волокон наружных слоев, МПа, [табл. 10, 1];

коэффициент продольного изгиба, определяемый по формулам:

при ;

при ;

а=343 мм 343/6=57, то .

.

Расчет верхней обшивки в плитах покрытия на местный изгиб

.

Расчет на касательные напряжения

Значения касательных напряжений в месте примыкания обшивки к ребрам должно удовлетворять условию:

Где S_ф — статический момент верхней обшивки относительно центра тяжести, м³, определяемый по формуле:

=0,66 м³.

R_ф.ск. — расчетное сопротивление скалыванию фанеры в плоскости листа, вдоль волокон наружных слоев [1, табл. 10]. R_ф.ск.=0,8 МПа.

— расчетная поперечная сила.

кН.

Проверка плиты на прогиб

Расчет по второй группе предельных состояний — на прогиб.

Относительный прогиб плиты при действии нормативной равномерно распределенной нагрузки определяют по формуле:

.

3. Конструирование и расчет оснований несущей конструкции — арка пологая, кругового очертания из клееной древесины

3.1 Схема арки. Конструктивное решение и применяемые материалы

Арки рекомендуется применять в качестве несущих конструкций покрытий при значительных пролетах и опирании на фундаменты или контрфорсы стен, а также при необходимости использования внутреннего объема помещения. Применение их с затяжками значительно увеличивает металлоемкость конструкции. По внешнему очертанию арка пологая, очерченная по окружности с соотношением f/l=1/5. По статической схеме — трехшарнирная арка.

Для обеспечения поворота в узлах и сохранения принятой при расчете схемы при деформации от воздействия нагрузок опорные и ключевые шарниры проектируют с учетом следующих рекомендаций. Для арок пролетом до 30 м, в проектируемом здании пролет 18,6 м, сопряжение в ключевом шарнире и опирание на фундамент осуществляют лобовым упором, закрепляя арки между собой деревянными накладками на болтах или с помощью стальных профилей, башмаков.

В качестве материала для изготовления трехшарнирных арок используется пихта второго сорта. Расчетный пролет несущих конструкций 18,6 м; шаг расстановки — 5,0 м.

3.2 Сбор постоянных и временных нагрузок на арку

Определяем постоянные и временные нагрузки для арки пологой. Пролет L=18,6 м, шаг конструкции В=5,0 м, высота конструкции в коньке Н=4,65 м. По арке клеефанерные плиты. Здание соответствует II (нормальному) уровню ответственности с [2, приложение 7*]. Определения нагрузок проводим в табличной форме (таблица 4).

Таблица 4. Определение нагрузок на арку

3.3 Определение расчетных сопротивлений древесины

Расчетные сопротивления определяем с учетом коэффициента породы и коэффициентов условий работы по формуле:

где расчетное сопротивление эталонных пород древесины на тот или иной вид напряженного состояния, определяемое по [1, табл. 3.1];

— коэффициенты условий работы, определяемые по [п. 3,2, 1];

коэффициент, учитывающий влажностные условия эксплуатации, для условий эксплуатации А1 1;

коэффициент, учитывающий температурные условия эксплуатации, так как конструкция эксплуатируется при t<35⁰С, следовательно, 1;

коэффициент, учитывающий величину длительно действующих нагрузок в сумме полных нагрузок, так как при /=0,65<0,8, то 1;

коэффициент, вводимый к расчетным сопротивлениям древесины для конструкций, рассчитываемых с учетом воздействия кратковременных нагрузок, так как кратковременные нагрузки отсутствуют 1;

для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон, так как сечение высотой менее 50 см, тогда 1;

переходной коэффициент, учитывающий породу применяемой древесины, определяемый по [1, табл. 4], для расчетных сопротивлений растяжению, изгибу, сжатию и смятию вдоль волокон R_р, R_и, R_с, R_см; сжатию и смятию поперек волокон R_с90, R_см90;

коэффициент, учитывающий толщину слоя в клееном пакете поперечного сечения изгибаемых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов [1, п. 3.2е. табл. 8]. Вводится к расчетным сопротивлениям изгибу, сжатию и скалыванию вдоль волокон.

коэффициент, учитывающий радиус кривизны в гнутых элементах конструкции [1, п. 3.2ж. табл. 9]. Вводится к расчетным сопротивлениям растяжению, изгибу и сжатию вдоль волокон. Принимаем ;

— коэффициент, определяемый для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении [1, п. 3.2и], принимаем, ;

— коэффициент для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением [1, п. 3.2к] .

Определения сопротивлений проводим в табличной форме (таблица 5).

Таблица 5

3.4 Исходные данные для расчета арки на ПЭВМ и результаты расчета

Пролет конструкции L=18,6 м;

Шаг конструкции В=5,0 м;

Высота конструкции в коньке Н=4,65 м;

Шаг связей или расстояние между точками закрепления верхнего пояса арки, а=3,6 м;

Расчетная нагрузка от покрытия ;

Коэффициент собственного веса арок К_с.в=2,67;

Нормативная снеговая нагрузка S_tot=1,058 кН/м²;

Нормативная нагрузка от тельфера Q_m=5 кН;

Расчетные сопротивления древесины с учетом сжатию (изгибу) вдоль волокон

РАСЧЕТ КРУГОВОЙ ПОЛОГОЙ АРКИ (каф. ПКОиФ ВГАСА) Выполнил: Belenov 1042

И С Х О Д Н Ы Е Д, А Н Н Ы Е:

1. Пролет арки, L= 18.60 м. 2. Стрела подъема арки, f= 4.65 м

3. Шаг арок, B= 5.00 м. 4. Шаг связей, Lp= 3.60 м

5.НАГРУЗКИ: Расчетная от покрытия, g=.589 кН/м2.

Нормативный снеговой покров, Sо= 1.058 кН/м2.

Нормативная от тельфера, Qт= 5.000 кН.

6.РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, Rсж. (без mб)= 13.90 МПа; 7. Kс.в.= 2.670

;

Р Е З У Л Ь Т, А Т Ы Р, А С Ч Е Т А:

I. Г Е О М Е Т Р И Я, А Р К И (cм. чертеж):

1. Радиус R= 11.63 м. 2. Длина дуги арки S= 21.56 м. 3. Угол fi=53.13

4. Координаты точек по длине полуарки в м:

X -.00.93 1.86 2.79 3.72 4.65 5.58 6.51 7.44 8.37 9.30

Y -.00 1.09 1.96 2.66 3.22 3.68 4.04 4.31 4.50 4.61 4.65

II. Н, А Г Р У З К И И У С И Л И Я:

1.ОПОРНЫЕ РЕАКЦИИ: G Sтр. л Sтр.п Тельфер Scos. л Scos.п

Va (kH) — 36.38 75.81 15.16 3.00 34.71 16.18

Vb (kH) — 36.38 15.16 75.81 3.00 16.18 34.71

Ha=Hb (kH) — 36.38 30.32 30.32 6.00 32.37 32.37

2.УСИЛИЯ ОТ ПОСТОЯННОЙ НАГРУЗКИ, Gрасч.= 3.911 528 kH/м:

М (kH*м) 0. -8. -10. -10. -9. -7. -5. -3. -1. -0. 0.

N (kH) -51. -49. -47. -44. -42. -41. -39. -38. -37. -37. -36.

Q (kH) -7. -3. -1. 1. 2. 2. 2. 2. 1. 1. 0.

3.УСИЛИЯ ОТ СНЕГА (ТРЕУГ.) НА ЛЕВОЙ ЧАСТИ, S (опора)= 19.563 590 kH/м:

М (kH*м) 0. 29. 50. 62. 67. 65. 57. 45. 30. 15. 0.

N (kH) -79. -63. -51. -42. -35. -31. -29. -28. -28. -29. -30.

Q (kH) 21. 19. 14. 7. 1. -5. -10. -14. -16. -17. -15.

4.УСИЛИЯ ОТ СНЕГА (ТРЕУГ.) НА ПРАВОЙ ЧАСТИ, S (опора)= 19.563 590 kH/м:

М (kH*м) 0. -19. -31. -38. -41. -41. -38. -32. -24. -13. 0.

N (kH) -30. -32. -33. -34. -34. -34. -34. -33. -32. -31. -30.

Q (kH) -15. -11. -8. -4. -1. 2. 5. 7. 10. 13. 15.

5.УСИЛИЯ ОТ ГРУЗА В КОНЬКЕ (ТЕЛЬФЕР), Qрасч.= 6.0 kH:

М (kH*м) 0. -4. -6. -8. -8. -8. -7. -6. -5. -3. 0.

N (kH) -6. -6. -7. -7. -7. -7. -7. -7. -6. -6. -6.

Q (kH) -3. -2. -2. -1. -0. 0. 1. 1. 2. 3. 3.

6.УСИЛИЯ ОТ СНЕГА СЛЕВА (COS1,8*A), S (конек)= 8.464 000 kH/м:

М (kH*м) 0. -3. 0. 6. 13. 19. 23. 24. 20. 13. 0.

N (kH) -47. -47. -46. -43. -40. -38. -35. -33. -32. -32. -32.

Q (kH) -5. 0. 4. 6. 6. 5. 2. -1. -6. -11. -16.

7.УСИЛИЯ ОТ СНЕГА СПРАВА (COS1,8*A), S (конек)= 8.464 000 kH/м:

М (kH*м) 0. -20. -33. -41. -44. -44. -40. -34. -25. -14. 0.

N (kH) -32. -34. -35. -36. -36. -36. -36. -35. -35. -34. -32.

Q (kH) -16. -12. -8. -5. -1. 2. 5. 8. 11. 14. 16.

III. Р, А С Ч Е Т Н Ы Е У С И Л И Я:

1. НА ОПОРЕ: продольная, No= -140.93 kH; поперечная, Qo= 24.54 kH

2. В КОНЬКЕ: продольная, Nk= -100.04 kH; поперечная, Qk= 19.18 kH

3. РАСЧЕТНЫЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ МОМЕНТ, М=+ 57.958 910 кН*м.

Продольные силы для +М:в точке N= 77.43 kH; в коньке Nk= 66.70 кН

4. РАСЧЕТНЫЙ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ МОМЕНТ, М= - 56.65 700 кН*м.

Продольные силы для — М: в точке N= 80.97 kH; в коньке Nk= 70.91 кН

IV. Р, А С Ч Е Т С Е Ч Е Н И Я, А Р К И:

1. Напряжения от расчет. усилий в МПа: sigma (+M)= 12.21; sigma (-M)= 12.03

2. Напряжение от max прод. силы N в коньке: sigma (N)= 2.93 МПа.

3. Расчетное сопротивление с учетом коэффициента mб: R= 13.48 МПа.

4. Расчет на устойчивость, на max моменты: u1 (+М)=1.205; u2 (-М)=.716

5.РАСЧЕТНЫЕ ВЫСОТА И ШИРИНА СЕЧЕНИЯ: H= 576.3 мм; B = 111.3 мм

3.5 Компоновка и расчет сечения арки на прочность и устойчивость

По результатам расчета на ПЭВМ расчетная высота и ширина сечения:

H=576,3 мм, В=111,3 мм. Принимаем величину отшлифовки доски 5 мм, то д^ф=27+5=32 мм. Принимаем высоту доски согласно сортаменту равную 32 мм. Ширину доски выбирают из условия, что на отшлифовку уходит 10−15 мм, принимаем 10 мм. По сортаменту подбираем ширину доски равную 125 мм, тогда b_д=125−10=115 мм.

Количество слоев в арке определяем из условия, что расчетная высота сечения равна H=576,3 мм, а толщина слоя была принята а_сл=27 мм, следовательно принимаем число слоев n=23 шт. Необходимо также учитывать клеевой шов, высота которого равна 0,5 мм. Количество клеевых швов для данного сечения 22. Принимаем фактическую высоту сечения H^ф=21*27+20*0,5=567+10=577 мм.

Рис. 5. Схема геометрических параметров сечения клееной арки Рис. 6. Схема геометрических параметров доски Геометрические характеристики поперечного сечения:

=0,66 355 м²;

=0,184 м⁴;

=0,638 м³;

=0,478 м³.

Длина дуги арки s=21,56 м.

Проверка на прочность

По результатам расчета на ПЭВМ:

М=+ 57,96 кН*м; М= - 56,07 кН*м;

N=77,43 кН; N=80,97 кН;

Nк=66,70 кН; Nк=70,91 кН.

Так как H^ф=577 мм > 500 мм, то, тогда R_с =13,9*0,97=13,48.

Расчет на прочность внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов следует производить по формуле [1, п. 4,17 формула 28]:

где М_д — изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме.

Для шарнирно-опертых элементов при симметричных эпюрах изгибающих моментов синусоидального, параболического, полигонального и близких к ним очертаний, а также для консольных элементов М_д следует определять по формуле:

Где — коэффициент, изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле:

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

R_с — расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

— коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно [1, п. 4.3];

F_нт — площадь нетто поперечного сечения элемента;

F_рас — расчетная площадь поперечного сечения элемента, принимаемая равной:

Коэффициент продольного изгиба следует определять по формулам:

при гибкости элемента

при гибкости элемента l

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

коэффициент, А = 3000 для древесины и, А = 2500 для фанеры.

Гибкость элементов цельного сечения определяют по формуле:

где l_о — расчетная длина элемента;

r — радиус инерции сечения элемента с максимальными размерами брутто соответственно относительно осей Х и У.

Расчетную длину элемента l_о следует определять умножением его свободной длины l на коэффициент m ₀ [1, п. 4,5]: l_о = lm ₀.

; .

Для М+=57,96 кН*м.

.

кН*м.

— условие выполняется.

Для М — =56,07 кН*м.

.

кН*м.

— условие выполняется.

Расчет на устойчивость

Расчет на устойчивость [1, п. 4.18] плоской формы деформирования сжато-изгибаемых элементов следует производить по формуле:

(*)

где F_бр — площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке l_p;

n = 2 — для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования и n = 1 для элементов, имеющих такие закрепления;

— коэффициент продольного изгиба, определяемый по [1, п. 4.3 формула 8] для гибкости участка элемента расчетной длиной l_p из плоскости деформирования:

— коэффициент, определяемый по [1, п. 4.3 формула 23]:

где l_p — расстояние между опорными сечениями элемента, а при закреплении сжатой кромки элемента в промежуточных точках от смещения из плоскости изгиба — расстояние между этими точками, для М+ l_p =3,6 м, М — l_p =21,56 м;

b — ширина поперечного сечения;

h — максимальная высота поперечного сечения на участке l_p;

k_ф — коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_p, определяемый по табл. 2 прил. 4 [1], k_ф=1,13.

Если и, то проверка неравенства (*) не требуется.

При наличии в элементе на участке l_p закреплений из плоскости деформирования со стороны растянутой от момента М кромки коэффициент следует умножать на коэффициент k_пМ, а коэффициент — на коэффициент k_пN.

где — центральный угол в радианах, определяющий участок l_p элемента кругового очертания (для прямолинейных элементов = 0,644);

m — число подкрепленных (с одинаковым шагом) точек растянутой кромки на участке l_p (при величину следует принимать равной 1).

Для М+=57,96 кН*м.

;

> 1 условие выполняется;

< 1 условие не выполняется, то расчет для М⁺ нужно производить по формуле (*). Так как для элементов нет закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования, тогда n = 2, k_пМ=k_пN =1.

.

кН*м.

;

условие (*) выполняется.

Для М — = 56,07 кН*м.

;

; .

Так как и меньше 1, то расчет для М ^- нужно производить по формуле (*). Так как для элементов нет закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования, тогда n = 1.

;

условие (*) выполняется.

3.6 Расчет и конструирование узлов арки

Конструкция и расчет опорного узла

Расчетные усилия на опоре: продольная N₀=-140.93 кH; поперечная Q₀=24.54 кH.

Рис. 7. Опорный узел клееной деревянной арки

Узловой шарнир рассчитываем на равнодействующую усилий N и Q, равную Nш=143,05 кН. Требуемый радиус шарнира [7]:

Где l_ш — длина шарнира, равная 19 см;

R_см.ш = 164 МПа — расчетное сопротивление местному смятию при плотном касании для стали класса С235 с временным сопротивлением R_un=360 МПа.

Конструктивно принимаем стержень d_ш=24 мм. Для гнутого профиля башмака принимаем половину трубы с наружным диаметром d_н=34 мм и толщиной стенки 5 мм.

Проверяем сварные швы высотой h_шв=4 мм, прикрепляющие трубы к боковым ребрам опорного башмака. Требуемая длина швов:

>м.

Принимаем боковые ребра толщиной мм. Проверяем их на внецентренное сжатие при условии приварки к ним труб с односторонними швами (эксцентриситет продольного усилия).

< 230 МПа.

здесь b_б=0,24 — расчетная ширина боковых ребер по середине высоты.

Опорный башмак крепится к арке через боковые накладки болтами, воспринимающими поперечную силу и изгибающий момент от нее, равный Q*e. Находим количество болтов, считая, что момент в соединении образован парой сил с плечом е₁=240 см, действующими вдоль рядов поперек волокон древесины. Расчетное усилие в каждом болте:

кН.

Принимаем болты d=24 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*2,4*0,5=13,8 кН < 22,5 кН — не проходит.

Принимаем болты d=32 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*3,2*0,5=18,4 кН < 22,5 кН — не проходит.

Принимаем болты d=36 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*3,6*0,5=20,7 кН < 22,5 кН — не проходит.

Принимаем болты d=42 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*4,2*0,5=24,15 кН > 22,5 кН — проходит.

Из условия изгиба болта: >22,5 кН.

Из условия среза болта и смятия накладок несущая способность гораздо больше. Проверяем болты на момент от пары сил с плечом е₂=9 см вдоль волокон древесины. Усилие в одном болте:

.

Равнодействующее расчетное усилие:

кН.

Несущая способность одного двух срезного болта вдоль волокон древесины: из условия смятия древесины:

>32,97 кН.

из условия изгиба болта: >32,97 кН.

Конструктивно принимаем размеры боковых накладок 170×580 мм по условию размещения болтов. Находим толщину накладок по прочности на изгиб в ослабленном сечении из выражения М=Q*е=RW_нт при

; тогда

принимаем .

Находим минимальную длину оголовка при ширине, равной ширине арки, из условия смятия торца арки:

принимаем конструктивно .

Оголовок работает на изгиб, как балка на двух опорах пролетом равным. Требуемая толщина оголовка при ,

и Из формулы находим; принимаем .

Конструкция и расчет конькового узла

Расчетные усилия в коньке: продольная, N_k = - 100.04 кH; поперечная, Q_k = 19.18 кH меньшие, чем в опорном узле. Принимаем конструктивно стальной башмак аналогичный башмаку опорного узла, т. е. оголовок конькового узла будет аналогичным оголовку опорного узла.

Рис. 8. Коньковый узел клееной деревянной арки.

4. Мероприятия по повышению огнестойкости деревянных конструкций

Горение древесины — это химический процесс ее термического разложения, сопровождающийся выделением газов.

I степень огнестойкости — здания с несущими и ограждающими конструкциями из цельной или клееной древесины и других горючих или трудногорючих материалов, защищенных от воздействия огня и высоких температур штукатуркой или другими листовыми или плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке.

Защита древесины от огня осуществляется двумя способами: покрытии огнезащитными составами и пропиткой растворами антипиренов.

При защите первым способом на поверхность древесины наносится состав, приготовленный из негорючих или трудновозгораемых веществ. Такой слой защищает древесину от непосредственного соприкосновения ее с пламенем и препятствует свободному доступу кислорода воздуха необходимого для горения. При кратковременном действии источников огня подобные огнезащитные покрытия затрудняют горение древесины и распространение огня в конструкциях, а также облегчают тушение пожара.

Вторым способом защиты древесины от возгорания является пропитка ее растворами. Данный способ более надежен, однако снижает прочностные характеристики древесины на 10%. Механизм действия антипиренов мало изучен. Понижать возгораемость древесины могут такие вещества и составы, которые плавятся и покрывают поверхность древесины огнезащитной пленкой, прекращающей доступ кислорода, или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов, которые оттесняют воздух от поверхности древесины. При горении антипирированной древесины, отнимается некоторое количество тепла, расходуемого на плавление и испарение антипиренов. Древесина, пропитанная антипиренами в автоклавах, только обугливается, независимо от времени воздействия источника огня, и неспособна к самостоятельному горению. Для огнезащиты деревянных конструкций здания применяем глубокую пропитку препаратом Б-11 (ГОСТ 23 787.6−79*).

5. Мероприятия по защите древесины от гниения

здание конструкция деревянный покрытие Защита деревянных конструкций от коррозии, вызываемой воздействием биологических агентов, предусматривает антисептирование, консервирование, покрытие лакокрасочными материалами или поверхностную пропитку составами комплексного действия. При воздействии химически агрессивных сред следует предусматривать покрытие конструкций лакокрасочными материалами или поверхностную пропитку составами комплексного действия. Гниение древесины происходит при влажности древесины более 20%. Если влажность менее 20% при любых условиях древесина не будет гнить, а гниль, развившаяся ранее, не будет прогрессировать. Для процесса гниения температура окружающей среды должна колебаться в пределах от 4 °C до 45 °C. При отрицательных температурах, что естественно, так и при высоких температурах процесс жизнедеятельности грибов останавливается. Не поражается дереворазрушающими грибами древесина, хранящаяся воде из-за отсутствия воздуха, необходимого для жизнедеятельности гриба.

Химическая защита древесины предусматривается в тех случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Защита деревянных конструкций биоповреждения заключается в пропитке или покрытии их антисептиками. Антисептики должны удовлетворять, помимо токсичности к грибам и насекомым, таким требованиям, как способность проникновения в древесину, устойчивость к вымыванию из нее, быть безвредным для людей и др.

Всему комплексу требований не удовлетворяет ни один антисептик, поэтому для каждого конкретного случая подбирают соответствующие антисептики.

Антисептики — это химические вещества и составы, применяемые для предохранения древесины от гниения и повреждения дереворазрушающими грибами и насекомыми. В практике используют такие методы химической защиты древесины, как консервирование и антисептирование. Консервирование — это способы, предусматривающие обработку химическими средствами и рассчитанные на их глубокое проникновение в древесину. Антисептирование — это способы, предусматривающие поверхностную обработку древесины.

В условиях строительства и реконструкции распространено антисептиро-зание водорастворимыми антисептиками путем многократного гидропульпи-рования или нанесения раствора кистями, либо погружением отдельных элементов в ванны с раствором. Принцип этого вида антисептирования заключается в постоянном увлажнении поверхности, в результате чего соли проникают в ревесину на глубину от 10 до 30 мм, в зависимости от рецептуры и времени нанесения. Для защиты древесины от гниения используем для строительства древесину влажностью 9% и применяем глубокую пропитку биоогнезащитным препаратом Б-11 (ГОСТ 23 787.6−79*).

Библиографический список

1. СНиП II-25−80. Деревянные конструкции. Минстрой России — М.: ГП ЦПП, 1995.

2. СНиП 2.01.07−85* Нагрузки и воздействия. М.:ФГУП ЦПП, 2005.

3. СНиП 23−01−99*. Строительная климатология/ Госстрой СССР, М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1986.-36 с.

4. Учебное пособие «Строительные конструкции с применением пластмасс» под редакцией Иванова А. М. и др., 1968 г., изд-во «Высшая школа». Москва, 220 стр.

5. СНиП 2.01.02−85* Противопожарные нормы. Госстрой СССР, М.

6. СНиП II-23−81^* Cтальные конструкции/ Госстрой СССР, М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1991.-96 с.

7. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. Учеб. Пособие для вузов / Под редакцией Иванова В. А. 3-е изд. — Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. — 392 с.

8. СНиП 2.03.11−85. Защита строительных конструкций от коррозии. Госстрой СССР, М.

9. Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций. Москва Стройиздат 1982.