Одноэтажное каркасное здание

Одноэтажное каркасное здание

1. Компоновочная часть

1.1 Определение основных размеров несущих конструкций

Высота здания Н=11 м.

Расчетный пролет L=23,6 м.

Шаг несущих конструкций В=4,9 м.

Длина здания 11 В=53,9 м.

Район строительства — г. Баку Вес снега = 500 Н/м?.

Сила ветра — q₀ = 700 Н/м?.

Порода древесины — пихта.

Режим здания — теплый.

Условия эксплуатации — А-3.

Схема сооружения 1а.

Кран — Q = 5 т.

В качестве ригеля в соответствии со схемой принята балка прямоугольного сечения из массивной клееной древесины (дощатоклееная).

Высота ригеля: h_р= (1/8…1/12) l = 3 м…2 м Принимаем h_р= 2,5 м.

Балка опирается через обвязочный брус h_б= 200 мм на основные стойки каркаса, которые, в свою очередь, опираются на фундамент, выступающий над отметкой пола на высоту h_ф= 150 мм.

Высота сплошной клееной стойки: h_с = H — h_б — h_ф = 11−0,2−0,15 = 10,65 м Ширину сплошной клееной стойки: В_с = (1/8…1/12) h_с = 1,33 м… 0,89 м.

Принимаем В_с = 1,2 м.

В здании имеется крановое оборудование, определяем высоту верхней (h_в) и нижней (h_н) частей колоны:

h_в = h_п.б.+ Н_кр+ а + 100 — h_б

h_н = Н — h_н — h_ф

где, h_п.б — высота подкрановой балки с рельсом, ориентировочно принимается равной (1/8…1/10) В = 0,61…0,49 м. Принимаем h_п.б = 0,50 м;

Н_кр = 1,5 м — высота крана;

а — зазор, учитывающий возможный прогиб конструкции ригеля, а = 300 мм;

100 — габаритный размер по технике безопасности.

Н — отметка низа ригеля, Н = 12 м.

h_в = 0,50+1,5+0,3+0,1−0,2 = 2,20 м

h_н = 11−2,20−0,15 = 8,65 м.

Пролет крана:

L_кр = l-2?

где, l — расстояние между разбивочными осями здания, проходящими по геометрической оси верхней части колонны, l=23,6 м;

? — расстояние между разбивочной осью здания и осью подкрановой балки, принимаемое равным 0,5 м.

L_кр = = 22,6 м.

Схема поперечной рамы.

1.2 Разбивка сетки колонн и расположение в плане по габаритам здания основных несущих конструкций

Разбивка сетки колонн и расположение в плане по габаритам здания основных несущих конструкций.

Размещение колонн в плане принимаем с учетом технологических, конструктивных и экономических соображений. Привязка колонн к цифровым и буквенным осям должна быть центральной. Температурных швов в каркасных деревянных зданиях не делают.

В качестве ограждающих конструкций, представляющих собой основание для кровли, используются клеефанерные панели заводского изготовления. Толщина ограждающих конструкций (кровельных и стеновых) определяется теплотехническим расчетом или типовым решением для данного района. При беспрогонном решении крыш с использованием несущих клеефанерных панелей их шаг принимается равным шагу несущих конструкций, который является постоянным по всей длине здания.

Схема разбивки сетки колонн Шаг колонн 4,9 м. С торцов здания клееные стойки смещаются на 500 мм. Привязка колонн к цифровым и буквенным осям центральная. Ригели устанавливаются на колонны по осям 1−12.

1.3 Конструктивное решение крыши и стен

В качестве ограждающих конструкций, представляющих собой основание для кровли, используются клеефанерные панели заводского изготовления. Ширину плит покрытия согласуем с длиной ската в целях устройства свесов кровли на 30−50 см для обеспечения наружного водоотвода. Панели укладываются непосредственно на основные несущие конструкции здания (арки) и надежно соединяются, как с последними, так и между собой. Толщина ограждающих конструкций (кровельных и стеновых) определяется теплотехническим расчетом или типовым решением для данного района.

Так как эксплуатационный режим здания холодный, то плиты покрытия принимаем неутепленные. Кровля рулонная типа К-7 по СНиП II-3−79: три слоя рубероида РМ-350 по слою пергамента II-350, наклеенного на верхнюю обшивку в заводских условиях. Стеновые панели принимаем такие же, как и плиты покрытия.

1.4 Разработка системы связей продольного и торцевого фахверка

Связи нужны для обеспечения пространственной неизменяемости и устойчивости сжатых элементов каркаса, восприятия и передачи на фундаменты горизонтальных воздействий. Вертикальные связи жестко связывают несущие конструкции попарно в продольном направлении. Принимаем крестовые вертикальные связи. Вертикальные связи между колоннами в плоскости продольных стен предназначены для обеспечения жесткости каркаса в продольном направлении, а так же для раскрепления стоек от потери устойчивости из плоскости рамы. Связи выполняются в виде подкосов из досок или брусьев и воспринимают только сжимающие усилия при активном давлении ветра на торец здания.

Торцевой фахверк выполняется в виде отдельных стоек и распорок. Основные стойки фахверка торца должны иметь собственный фундамент, а верх стойки должен передавать горизонтальную нагрузку на кровельные плиты.

2. Расчетно-конструктивная часть

2.1 Расчет плиты покрытия

Каркас плиты состоит из четырех продольных ребер шириной 46 мм и высотой 194 мм (из досок) и двух поперечных ребер на торцах плиты. Фанерная обшивка толщиной 8 мм по длине стыкуется соединением на ус водостойким клеем. Кровля из рулонных материалов (рубероид) трехслойная. Первый слой рубероида наклеивают на заводе с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной прокатки слоя. Оставшиеся два слоя наклеивают после установки панели. С нижней стороны обшивка и ребра окрашиваются эмалью КО-174.

Для дощатого каркаса, связывающие верхние и нижние фанерные обшивки в монолитную склеенную коробчатую панель, применены черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов (применительно к ГОСТ 24 454–80*Е) сечением 50*100 мм. После сушки (до 12% влажности) и четырехстороннего фрезерования черновых заготовок на склейку идут чистые доски сечением 40*84 мм.

Определяем расчетный пролет панели:

l_п = 0,99*l = 0,99*4880 = 4831 мм Высоту панели принимаем равной 1/30.1/40 пролета,

h_п = 160 мм — 1/30 пролета.

Каркас панели состоит из четырех продольных ребер. Шаг ребер принимаем из расчета верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперек волокон от сосредоточенной силы Р = 1*1,2 = 1,2 кН, как балки, заделанной по концам (у ребер) шириной 1000 мм.

Расстояние между ребрами в осях:

с = 1480−40/3 = 480 мм Изгибающий момент в обшивке:

М = Р*с/8 = 1,2*480/8 = 72 кН*мм Момент сопротивления обшивки шириной 1000 мм:

Напряжение от изгиба сосредоточенной силой:

1,2 — условия работы для монтажной нагрузки.

Для придания каркасу жесткости продольные ребра соединены на клею с поперечными ребрами расположенными по торцам и в середине панели. Продольные кромки панели при установке стыкуются с помощью специально устроенного шпунта из трапециевидных брусков приклеенных к краям и продольным ребрам. Полученные таким образом соединения в шпунт предотвращает вертикальный сдвиг в стыке и разницу в прогибах кроме смежных панелей даже под действием сосредоточенной нагрузки, приложенной на краю одной из панелей.

Нагрузки на панель.

Панели предназначены для укладки по несущим деревянным конструкциям.

Определяем полную нагрузку:

q_н = q * B_пл = 1,458*1,5 = 2,187 кН/м

q_р = q * B_пл = 1,864*1,5 = 2,796 кН/м Расчетные характеристики материалов для фанеры марки ФСФ сорта ВВ/В семислойной ?=8 мм:

расчетное сопротивлении растяжению R_фр = 14 МПа расчетное сопротивление сжатию R_фс = 12 МПа расчетное сопротивлении скалыванию R_ф ск = 0,8 МПа модуль упругости Е = 9000 МПа расчетное сопротивление изгибу R_{ф и} = 6,5 МПа для древесины ребер модуль упругости Е_др = 10 000 МПа Коэффициент приведения древесины к фанере:

Приведенная ширина ребра:

Расчетная ширина фанерной обшивки:

Приведенная площадь:

Приведенный статический момент сечения относительно оси Х₁:

Координата центра тяжести плиты относительно х₁:

Расстояние от центра тяжести сечения до верха плиты:

Площади и координаты центров тяжести элементов поперечного сечения плиты относительно нейтральной оси х:

верхней обшивки:

нижней обшивки:

продольных ребер:

Приведенные собственные моменты инерции элементов поперечного сечения плиты:

верхней обшивки:

нижней обшивки:

продольных ребер:

Приведенный момент инерции сечения:

Приведенный момент сопротивления сечения плиты:

для нижней обшивки:

для верхней обшивки:

Приведенный статический момент верхней обшивки относительно нейтральной оси:

Приведенный статический момент верхней сдвигаемой части сечения плиты относительно нейтральной оси х:

.

Расчет сечения на прочность.

Определяем внутренние усилия в плите, как в балке на двух опорах. Балка двутаврового сечения с длиной пролета l_p=l=4880 мм нагружена равномерно распределенной нагрузкой q=2,796 кН/м.

Изгибающий момент и поперечная сила от расчетной нагрузки:

Нижняя фанерная обшивка проверяется на растяжение:

Верхняя фанерная обшивка проверяется на устойчивость:

Проверяем верхнюю обшивку на местный изгиб от сосредоточенной нагрузки.

Р=100 Н с коэффициентом перегрузки n=1.2 при ширине расчетной полосы b'_ф=1,0 м.

Момент от сосредоточенной силы:

Момент сопротивления:

Напряжения от местной нагрузки:

Проверяем на скалывание клеевой шов между ребрами и обшивкой, а также в ребре по нейтральному слою:

напряжение в клеевом шве:

напряжение в ребре:

Плита удовлетворяет условиям прочности.

Расчет плиты на жесткость.

Относительный прогиб панели:

Панель удовлетворяет требованиям жесткости.

2.2 Проектирование и расчет балки

В качеств несущих конструкций покрытия принимаем клееные дощатые балки двускатного очертания с уклоном верхней кромки 1:10. Расстановка балок через 4,9 м, при ширине здания 23,6 м принимаем расчетный пролет 23,6 м. Утепленные панели клеефанерной конструкции укладываются непосредственно на балки.

Нагрузки на балку.

При определении нагрузки на балку ввиду малости угла наклона можно считать, что вес на 1 м горизонтальной проекции покрытия равен весу, приходящемуся на 1 м? поверхности покрытия.

Собственный вес балки:

Нагрузка на 1 м балки:

q_н = 1,83*4,9 = 8,9 кН/м

q_р = 2,26*4,9 = 11,1 кН/м.

Конструкция балки.

Балка дощатоклееная двускатная. Изготовлена из досок II сорта, материал — пихта. Размер 150*40 мм, доски посте фрезерования будут иметь размер 134*33 мм. Высота балки в середине и на опоре должна быть кратной толщине доски, т. е. 33 мм.

Принимаем высоту балки в середине равной 1/10l = 2.475 м, что составляет 75 досок.

Высота балок на опоре:, принимаем 39 досок, тогда 33*39=1287 = h_оп.

Статический расчет балки.

Опорная реакция балки: А=Б=11,1*23,6/2 = 131,53 кН Расстояние от левой опоры до сечения с наибольшими нормальными напряжениями:

Момент в сечении х=616 см:

Высота балки в сечении х=616 см:

Число целых досок n=1900/33=58 шт.

Расчетная высота 33*58=1914 мм.

Момент сопротивления в сечении х=616 см:

Максимальное напряжение:

Момент инерции балки:

в опорном сечении в среднем сечении:

Статический момент в опорном сечении балки:

Касательные напряжения в опорном сечении балки (скалывающее напряжение):

Балка удовлетворяет условиям прочности.

Проверка на прогиб.

Наибольший прогиб шарнирно опертой балки с учетом влияния касательных напряжений:

где, — коэффициент учитывающий влияние переменности высоты;

— коэффициент учитывающий влияние деформации сдвига от поперечной силы.

Полный относительный прогиб:

Балка удовлетворяет условиям прочности.

В соответствии со СНиП разработанная конструкция плиты удовлетворяет требованиям местности.

Определение ширины опоры:

2.3 Расчет клеедощатой колонны

Применяем клееные стойки прямоугольного поперечного сечения, закрепляемые к фундаментам анкерными болтами.

Предварительный подбор сечения колонны.

Предельная гибкость для колонн равна 120.

Расчетная длина колонны: l_к= 2,2Н = 2,2*11 = 24.2 м.

Принимаем размеры сечения колонны: b_нк = 1/8…1/15Н = 1,37…0,73 м, принимаем 1,2 м.

b_вк? h_к/5 = 0,5 м.

Принимаем, что для изготовления колонн используют доски шириной 225 мм и толщиной 40 мм, после фрезерования (острожки) толщина досок составит 33 мм.

Ширина колонны после фрезерования заготовочных блоков составит 210 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки сечение колонн будет:

b_нк = 33*37 = 1221 мм

b_вк = 33*15 = 495 мм.

Определение нагрузок на колонну.

Постоянная нагрузка:

N = G_кровли + G _балки+ G_{колонны} + G _крана

G_кровли = 1,05*23,6*4,9 = 123,5 кН

G_балки = 0,41*23,6*4,9 = 48,2 кН

G_{колонны} =(0,495*0,21*10,65+0,726*0,21*8,65)*500*1,1 = 133,0 кН Расчетное давление одного колеса с учетом перегрузки: Р_max = 8,2*1,3 = 10,66 кН Расчетная нагрузка от крана:

G_крана = Р_max*?y = 10,66*(1−0,125*2) = 13,33 кН

N = 123,5+48,2+148,8+13,33 = 333,83 кН Временная снеговая: N_в = 0,5*1,6*23,6*4,9 = 94,1 кН Нормативная ветровая нагрузка:

q₀ = 700 кН/м, шаг стоек 4,9 м.

W_а = 1,4*0,67*4,9*0,8*700 = 2,57 кН

W₀ = 1,4*0,67*4,9*0,6*700 = 1,93 кН

q_а = 1,4*4,9*0,8*700 = 3,84 кН

q₀ = 1,4*4,9*0,6*700 = 2,88 кН Расчетная нагрузка от стенового ограждения (условно считаем, что стеновое ограждение приложено по середине высоты стойки) с учетом элементов крепления:

кН.

Условие прочности выполняется, оставляем принятое сечение.

2.4 Расчет опорного узла балки

Расчет производим для третьего сочетания нагрузок, при этом сочетании нагрузок получим максимальные усилия в анкерах и тяжах конструкции узла защемления.

N = 300,5 кН, М=235,29 кН.

Расчетная длина (в плоскости рамы): l₀ = 2.2H = 2.2*11 = 24.2 м Площадь сечения колонны:

F = b_к*h_к = 1,221*0,21 = 0,25

Момент сопротивления:

Гибкость:

R_c = 15*1,2*1/0,95 = 18,95 МПа.

При эпюре моментов треугольного сечения поправочный коэффициент к ?:

Предварительный подбор размеров деталей узлов.

Принимаем толщину уширения колонны равной двум толщинам досок после фрезерования.

С учетом принятых уширения получим:

Высоту уширения принимаем равной ширине колонны понизу плюс 150 мм, учитывая конструктивное решение узла и расположение тяжей под углом 45⁰.

.

Определение усилий в анкерных болтах и тяжах.

Усилия в анкерных полосах и наклонных тяжах, которыми обеспечивается крепление колонны к фундаменту, при принятом решении узла защемления колонны вычисляем исходя из равновесия всех сил, действующих на узел. Расчетное сопротивление древесины смятию принимаем с учетом m_н и ?_n.

R_c = 15*1,2*1/0,95 = 18,95 МПа.

Расчёт болтов ведём по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом запаса n=0,9.

кН;

кН^.м.

Напряжения на поверхности фундамента:

;

кН/м?;

кН/м?.

Подколонник принимаем из бетона класса В 25 (R=14,5 МПа).

Определяем размер участков эпюры:

м;

м;

Усилия в болтах:

кН.

Площадь сечения болта:

Принимаем 6 болтов d=22 мм.

Траверсу для крепления анкерных болтов рассчитываем как балку.

Изгибающий момент:

кН^.м.

Из условия размещения анкерных болтов d=27 мм принимаем L100?8 с I_x=147 см⁴, z₀=2,75 см.

Напряжение:

.

?=1,78 МПа? R=220 МПа.

Проверяем прочность приклеенных досок, на которые опираются траверсы. Принимаем длину клеевого шва h_ш=1,503 м.

Расчётное среднее сопротивление клеевого шва на скалывание:

МПа;

Напряжения в клеевом шве:

Условие выполняется: ?_ш=0,11 МПа? R_ск^ср=16,72 МПа.

Горизонтальные и скатные связи устанавливаем в пролётах по краям здания и в середине так, чтобы расстояние по длине между ними было не менее 25 м. Аналогично рассчитываем и вертикальные связи.

Площадь поперечного сечения связей определяется исходя из гибкости ??200, м.

Наименьший размер сечения элемента:

м.

Принимаем уголок для вертикальных связей:

горизонтальных 130?130;

поперечных 130?130.

Торцевой фахверк выполняется из бруса сечением:

м.

Принимаем торцевой фахверк 180 мм.

колонна крыша здание плита

1. Гринь И. М. «Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов», Проектирование и расчет, Вища школа, 1975 г.

2. Иванов В. А. «Конструкции из дерева и пластмасс», Примера расчета и конструирования, Вища школа, 1981 г.

3. Лабудин Б. В., Коваленко Н. П. «Конструкции из дерева и пластмасс», Методические указания, Архангельск, 1983 г.

4. Лабудин Б. В., Катаев В. А. «Клеефанерные плиты покрытия», Методические указания, Архангельск, 1989 г.