Одноэтажное деревянное здание

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

" Алтайский Государственный Технический Университет им. И.И. Ползунова" .

Кафедра «Строительных конструкций»

Тема проекта (работы):

Одноэтажное каркасное деревянное здание в г. Чита (спортзал)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

Проект выполнил А. С. Барабанов студент гр.9ПГС-41

Нормоконтроллер доцент, Ю.В. Халтурин

Барнаул 2010

• 1. Расчет и конструирование ограждающей конструкции. Плиты с асбестоцементными обшивками
• 1.1 Исходные данные
• 1.2Расчетные характеристики материалов
• 1.3 Сбор нагрузок на плиту
• 1.4 Расчет верхней обшивки
• 1.5 Расчет нижней обшивки
• 1.6 Расчет продольных ребер
• 2. Расчет и конструирование несущей конструкции
• 2.1 Балка клеефанерная двускатная с плоскими стенками
• 2.1.1 Исходные данные
• 2.1.2 Конструктивный расчет
• 2.1.2.1 Расчет по первой группе предельных состояний
• 2.1.2.1.1 Проверка по краевым нормальным напряжениям
• 2.1.2.1.2 Проверка фанерной стенки по главным напряжениям
• 2.1.2.1.3 Проверка местной устойчивости фанерной стенки
• 2.1.2.1.4 Проверка фанерной стенки в опорном сечении на срез по нейтральной оси
• 2.1.2.2 Расчет по второй группе предельных состояний
• 2.2 Расчет клееной стойки однопролетной рамы
• 2.2.1 Исходные данные
• 2.2.2 Статический расчет
• 2.2.3 Конструктивный расчет
• 2.2.4 Конструирование узла защемления стойки
• 3. Краткие указания по защите деревянных конструкций
• Список использованной литературы

1. Расчет и конструирование ограждающей конструкции. Плиты с асбестоцементными обшивками

1.1 Исходные данные

Каркас панели из сосновых досок 2-го сорта. Обшивки из стандартных асбестоцементных листов размером 1,5×6 м толщиной верхней дв = 0,01 м и нижней дн = 0,008 м соединяются с каркасом на шурупах диаметром 5 мм с шагом расстановки 0,3 м. Диаметр отверстий на 2 мм больше диаметра шурупов, которые ставятся на расстоянии 15 мм от кромки листов. Обшивки уложены волокнами вдоль продольных ребер. Утеплитель толщиной 100 мм (из минераловатных матов плотностью 0,75 кН/м³) приклеивается к нижней обшивке на слой битума, который служит пароизоляцией.

1.2Расчетные характеристики материалов

Расчетное сопротивление изгибу асбестоцементных листов вдоль волокон, поперек волокон модуль упругости МПа. Для древесины ребер 2-го сорта МПа, МПа, МПа.

1.3 Сбор нагрузок на плиту

1.4 Расчет верхней обшивки

Верхнюю обшивку рассчитываем по схеме 3-х пролетной балки на два вида сочетаний нагрузок.

Собственный вес и снеговая нагрузка.

кН/м

— нормативная нагрузка от собственного веса обшивки,

— нормативное значение снеговой нагрузки,

b — грузовая ширина

Собственный вес 0.01*19=0.19 берется с учетом рулонной кровли, т. е.

Определим требуемое расстояние между продольными ребрами из следующих условий:

по прочности обшивки на изгиб

по максимальному прогибу обшивки в 1-ом пролете

Собственный вес и сосредоточенный груз P=1*1.2=1.2 кН

Требуемое расстояние между продольными ребрами из условия прочности обшивки на изгиб:

— коэффициент условия работы на монтажную нагрузку

, где

— момент в обшивке от ее собственного веса

— момент в обшивке от сосредоточенного груза

Предполагается, что местная нагрузка распределяется на расчетной полосе b=1м. Предварительно без учета собственного веса обшивки.

Конструктивное расстояние между ребрами (при их толщине 50 мм)

м

что меньше .

Т.о. прочность обшивки при 2-ом сочетании нагрузок:

Прочность верхней обшивки обеспечена.

1.5 Расчет нижней обшивки

Нижняя обшивка не рассматривается, так как она работает на изгиб только от собственного веса и утеплителя с большим запасом.

1.6 Расчет продольных ребер

Нормативная нагрузка, распределенная на 1 м. п. панели при ее ширине в 1.5 м, кН/м.

Требуемый момент инерции продольных ребер из условия предельного прогиба панели (f/l<1/150).

— расчетный пролет панели за вычетом конструктивного зазора 2 см и ширины площадки опирания 6 см (1).

Приняв высоту ребер = 0.15 м, найдем требуемую суммарную ширину ребер.

Принимаем из условия расположения шурупов доски ребер шириной 0.05м, тогда суммарная ширина ребер

Проверим прочность ребер по нормальным напряжениям

где

Касательные (скалывающие) напряжения в ребрах

где -поперечная сила на опоре

2. Расчет и конструирование несущей конструкции

2.1 Балка клеефанерная двускатная с плоскими стенками

2.1.1 Исходные данные

Материалы: для поясов — сосновые доски 42×165мм (после фрезерования пластей и кромок заготовок 50×175мм). В местах склеивания с фанерными стенками устраиваются продольные пропилы 5×15мм. В растянутых поясах используется пиломатериал 2-го сорта, а в сжатых поясах 3-го сорта. Для стенок применяется берёзовая фанера марки — ФСФ сорта ВВ/В толщиной 18 мм.

Постоянная нормативная нагрузка на балку:

Временная нормативная нагрузка на балку:

Нагрузка от собственного веса балки определяется по формуле предварительного определения собственного веса конструкции:

Полная погонная нагрузка на балку:

Нормативная:

Расчетная:

Доски поясов стыкуются по длине на зубчатый шип, фанерные стенки на ус. Высоту поперечного сечения в середине пролёта принимаем:

h=L/12=15/12=1.25м

Высота опорного сечения:

Ширина балки:

Расстояние между центрами поясов в опорном сечении:

Расчетное сечение располагается на расстоянии х от опорного сечения

где

Высота балки в «х» сечении:

Изгибающий момент в расчетном сечении:

Требуемый момент сопротивления, приведенный к древесине:

Соответствующий ему момент инерции:

Фактический момент инерции и момент сопротивления расчетного сечения, приведенные к древесине:

гдеколичество досок в поясе-5

— количество фанерных стенок-2

=1,2-коэффициент, учитывающий повышение модуля упругости фанеры при изгибе в

плоскости листа.

=9000/10 000=0,9-коэффициент приведения.

2.1.2 Конструктивный расчет

2.1.2.1 Расчет по первой группе предельных состояний

2.1.2.1.1 Проверка по краевым нормальным напряжениям

а) Расчет фанерной стенки на прочность при растяжении:

где m-коэффициент, учитывающий снижение прочности в стыках фанеры на ус.

б) Расчет сжатого пояса на устойчивость из плоскости изгиба: принимая раскрепление сжатого пояса через 1,5 м, определяем его гибкость из плоскости балки.

Напряжение сжатия в верхнем поясе:

2.1.2.1.2 Проверка фанерной стенки по главным напряжениям

В зоне первого от опоры стыка на расстоянии =1,39 м, изгибающий момент для этого сечения:

Поперечная сила:

Высота сечения:

Момент инерции и статический момент на уровне внутренней кромки растянутого пояса Z-Z, приведенные к фанере равны:

Нормальные и касательные напряжения в стенке на уровне Z-Z:

Главные растягивающие напряжения:

2.1.2.1.3 Проверка местной устойчивости фанерной стенки

а) в опорной панели, высота фанерной стенки в расчетном сечении:

Так как hст/dф=0,58/0,018=32<50 — проверка устойчивости стенки не требуется.

б) в расчетном сечении с максимальным напряжениями изгиба: х=6,2 м

Проверка не требуется.

2.1.2.1.4 Проверка фанерной стенки в опорном сечении на срез по нейтральной оси

Поперечная сила на опоре:

Момент инерции опорного сечения, приведенный к фанере:

Статический момент инерции, приведенный к фанере:

2.1.2.1.5 Проверка на скалывание по клеевым швам в местах приклейки стенок к поясам

nш=4-количество клеевых швов.

2.1.2.2 Расчет по второй группе предельных состояний

Предварительно вычисляем коэффициенты, учитывающие переменность высоты сечений (k) и влияние деформаций сдвига от поперечной силы (с) — (прил.4. СНиП ||-25−80)

— отношение площади поясов к площади стенки двутавровой балки

Прогиб в середине пролета:

Предельный прогиб по (2*), табл. 19 п.2а будет равен fпред=L/257=0,0583 м, фактический прогиб f=0,034м-меньше fпред.

2.2 Расчет клееной стойки однопролетной рамы

2.2.1 Исходные данные

Пролет здания — 15 м, высота колонн — 6 м. Шаг несущих конструкций В = 6 м. Ограждающие конструкции покрытия и стен — панели длиной 6 м. Устойчивость конструкций обеспечивается постановкой скатных и вертикальных продольных связей между стойками.

2.2.2 Статический расчет

Статический расчет стоек заключается в расчете один раз статически неопределимой системы.

Постоянные расчетные нагрузки:

От веса покрытия = 0.801 кПа

От веса балки покрытия = 0.08 кПа

От веса стенового ограждения нагрузка принимается равной

= 0.64кПа

Временные нагрузки:

Снеговая нормативная = 0,56 кПа

Снеговая расчетная = 0,8 кПа

Нормативная ветровая нагрузка

= 0.30 кН/м — нормативное значение ветрового давления для 2-го ветрового района (СНиП (2.1 07−85)),

k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и типу местности

k = 0.75 до высоты h = 5 м, k = 0.8 при h = 6 м, k = 0.85 при h = 7 м

с1 = +0.8 с2 = - 0.4 согласно СНиП 2.01.07−85

Нормативная ветровая нагрузка до высоты 5 м:

а) давление = 0.30*0.75*0.8 = 0.18 кН/м

б) отсос = 0.30*0.75*0.4 = 0.09 кН/м

То же при высоте 6 м:

а) давление = 0.3*0.8*0.8 = 0.19 кН/м

б) отсос = 0.3*0.8*0.4 = 0.1 кН/м

То же при высоте 7 м:

а) давление = 0.3*0.85*0.8 = 0.2 кН/м

б) отсос = 0.3*0.85*0.4 = 0.1 кН/м

Расчетная ветровая нагрузка на раму:

= *гf*B = 0.18*1.4*6 = 1.512 кН/м — давление

= *гf*B = 0.09*1.4*6 = 0.756 кН/м — отсос

Ветровую нагрузку, действующую на участке стены от низа ригеля рамы до верха стены, заменим сосредоточенными силами W1 и W2, приложенными на уровне верха стоек:

W1 = =

W2= =

— расстояние от уровня низа ригеля до верха стены, м

 — значения активной ветровой распределенной нагрузки в уровне низа ригеля и в уровне верха стены, кН/м

Постоянное расчетное давление на стойку от вышележащих конструкций:

Собственный вес стойки определим, задавшись предварительными размерами ее сечения:

высота сечения

Принимаю сечение стойки состоящим из 12 слоев досок толщиной 33 мм, тогда hк = 33*12 = 396 мм

ширина сечения колонны равна bк = 185 мм (после фрезерования боковых поверхностей колонны, склеенной из досок шириной 200 мм).

Собственный вес стойки:

Рсв = b*h*H** = 0.185*0.396*6*1.1*5 =2,41 кН

Расчетная нагрузка от стенового ограждения, распределенная по вертикали с учетом элементов крепления (15% от веса стенового ограждения)

= *1.15*B = 0.64*1.15*6 = 4,41 кН

Эксцентриситет приложения нагрузки от стены qст на стойку принимаем равным полусумме высот сечений стойки и стены:

Расчетная нагрузка отвеса снега на покрытии

Определяем усилия в стойках рамы, приняв следующие сочетания нагрузок:

постоянная, снеговая, ветровая. Рама является один раз статически неопределимой системой, за неизвестное усилие принимается продольное усилие Х в ригеле:

Внутренние усилия в сечениях стойки от верха (х = 0) до заделки на опоре (х = Н) определим по формулам:

Изгибающие моменты в левой и правой стойках

Поперечные силы

Нормальные силы

— коэффициент сочетаний, вводимый для кратковременных нагрузок при одновременном учете 2-х кратковременных нагрузок — снеговой и ветровой.

Усилия в правой и левой стойках на уровне заделки, составляют:

Нормальная сила:

Изгибающие моменты:

Поперечные силы:

2.2.3 Конструктивный расчет

В плоскости рамы стойка работает как защемленная на опоре вертикальная консоль в условиях сжатия с изгибом. Из плоскости рамы стойка представляет собой стержень с неподвижными шарнирами на концах.

Сечение стойки имеет размеры 185×396 мм, тогда:

F = 0.185*0.396 = 0.073м Wx =

Jx =

= 0.289*0.396=0.114 = 0.289*0.185 = 0.053 м

В плоскости рамы расчет стойки на прочность производится как сжато-изгибаемого элемента:

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

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

о — коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента

ц — коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости элемента;

= 15 МПадля древесины 2-го сорта. Расчетное сопротивление умножаем на коэффициент условия работы = 1.2, т. к конструкцию рассчитываем с учетом воздействия ветровой нагрузки.

Определяем гибкость стойки в плоскости изгиба, считая, что в здании отсутствуют жесткие торцевые стены:

При л > 70 ц =

Из плоскости рамы колонну рассчитываем как центрально-сжатый элемент. Расстояние между узлами вертикальных связей устанавливаем по предельной гибкости лпр = 120

= = 120*0.289*0.185 = 6.41> 6 м > достаточно раскрепить стойку по ее верху,

Тогда

=

Проверка устойчивости плоской формы деформирования производим по формуле:

= Н — расстояние между точками закрепления стойки из плоскости изгиба;

— коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке

Устойчивость стойки обеспечена.

2.2.4 Конструирование узла защемления стойки

а) требуемый момент сопротивления швеллеров

R — расчетное сопротивление стали

По ГОСТ 8240–72 выбираем швеллера с с расчетом, чтобы выполнялось условие:

Такими швеллерами будут № 16 с Wx = 93,4 см и Jx = 747 см

б) назначаем расстояние между осями тяжей из условия, чтобы было не менее 0.1Н и не менее 2h с округлением, кратным 50 мм в большую сторону. Принимаем = 0.8 м. Производим проверку сечения стойки на скалывание при изгибе по формуле

— расчетная поперечная сила

— поперечная сила в стойке на уровне верхних тяжей;

При х = 6 — 0.8 =5,2 м

в) определяем усилие, действующее в тяжах и сминающее поперек волокон древесину стойки под планками

г) определяем площадь сечения одного стального тяжа в ослабленном сечении

m1 — коэффициент, учитывающий влияние нарезки

m2 — коэффициент, учитывающий возможную неравномерность распределения усилий в двойных тяжах.

По F находим диаметр тяжей dбр = 12 мм, Fнт = 1,13

д) определяем ширину планок из условия смятия

Принимаем ширину планок равной 60 мм.

д) определяем толщину планок д из расчета их на изгиб как однопролетные свободно опертые балки, загруженные равномерно распределенной нагрузкой q с расчетным пролетом lпл, равным расстоянию между осями тяжей

— диаметр тяжей

— толщина стенки швеллера

Опорные реакции планок:

Нагрузка

Расчетный изгибающий момент:

Толщина планок:

Принимаем планку в соответствии с сортаментом д = 25 мм

3. Краткие указания по защите деревянных конструкций

В данном проекте (производственное здание) для защиты деревянных конструкций от огня и биовредителей применяем препарат ХМБ-444 рецептурного приготовления. Состав хорошо растворяется в воде, не имеет запаха, не вызывает коррозию металлов, обладает огнезащитными свойствами, трудно вымывается из древесины. Пропитанная древесина хорошо склеивается и окрашивается. Препарат может применяться как внутри помещений, так и снаружи.

СНиП II-25−80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. — М: Стройиздат, 1983. — 31с.

СНиП 2.01.07−85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. — М.: Стройиздат, 1986. — 60с.

Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП А. Б. Шмидт, Ю. В. Халтурин, Л. Н. Пантюшина. 15 примеров расчета деревянных конструкций для курсовых и дипломных проектов: учебное пособие / АлтГТУ им. И. И. Ползунова. -Барнаул: изд. АлтГТУ, 1997. — 86с.

Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов / Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; под ред. Г. Г. Карлсена. — М.: Стройиздат, 1986. -543с.