Курсовий проект - Проектування дерев’яних конструкцій - файл n1.doc

Курсовий проект - Проектування дерев’яних конструкцій
скачать (1468 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1468kb.03.11.2012 05:40скачать

n1.doc

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет

Курсовий проект

Проектування дерев’яних конструкцій


1 Розрахунок плити покриття


Таблиця 1.1 – Навантаження на 1 м2 горизонтальної проекції покриття.

Вид навантаження

Нормативне навантаження кН/м2

Коефіцієнт надійності по навантаженню ?f

Розрахункове навантаження кН/м2


1.Рулоний трьохшаровий килим

0,12

1,3

0,16

2. Асфальтова стяжка ?=10 мм

0,22

1,3

0,29

3. Мінераловатні плити товщиною 100 мм

0,42

1,3

0,55

4. Пароізоляція

0,04

1,3

0,05

5. Дошки робочого настилу щита ?=190 мм

0,14

1,1

0,15

6. Повздовжні і діагональні бруски

0,07

1,1

0,08

Всього постійне навантаження на щит

1,01

-

1,28

Спарені прогони перерізом 50х200мм з кроком 1500 мм

0,11

1,1

0,12

Тимчасове навантаження – сніг

0,5

1,4

0,7

Всього

1,62

-

2,1





Вибір конструктивної схеми

В якості огороджуючи конструкцій покриття приймаємо дощато цвяхові щити з дощок третього сорту розміром в плані 3 х 1,5 м, які спираються на нерозрізні спарені прогони з другосортної деревини. По дощатим щитам укладається по шару руберойду, утеплювач, асфальтова стяжка та трьохшаровий руберойдний килим (рисунок 1.1).



Рисунок 1.1- Схема покриття

Розрахунок покрівельного щита.

Постійне навантаження.

Щит розрахований як нерозрізну двох прольотну балку.

Погонне навантаження на ширину шита 1м визначається по формулі:

кн/м2

кн/м2

кн/м2

Момент опору полоси щита шириною 1м визначається по формулі:

см3

Момент інерції полоси щита шириною 1м визначається по формулі:

см4

Напруження згину визначається по формулі:

кн./см2 =9,25МПа

Опір згину

,

де =13 МПа (розрахунковий опір деревини згину);

=1,3 (перехідний коефіцієнт);

=0,90 (для ІІІ класу відповідності).

МПа

Згідно умов міцності

МПа – умова виконується

Розрахунок деформацій (виконується для сполучення постійного та снігового навантаження):

Відносний прогин визначається по формулі:





МПа

Момент інерції полоси ширина якої 1м визначається по формулі:

см4

Максимально допустимий прогин визначається по формулі:

- умови міцності по деформації виконується
Розрахунок на зосереджене навантаження.

Для щитів виконуємо розрахунок на зосереджене навантаження згідно Сніп ІІ-25-80 „Дерев’яні конструкції. Норми проектування”

Рн=1 кН; ; Рн=1,3 кН.


Р=1,3 кн
При подвійному настилі зосереджене навантаження приймають розділеним на ширину 0,5 метри робочого настилу; тому розрахункове зосереджене навантаження на 1 метр ширини настилу дорівнює Рр=2Р=2*1,3=2,6 кН.


1500

1500

540

Єп Мq

Єп Мр

0,31 кнм

0,733 кнм


Рисунок 1.2- Розрахункова схема дощато-цвяхового щита

Максимальний момент згину при зосередженому навантаженні визначається по формулі



кн.м=106 кн.см

Момент опору полоси щита 1м:

W=60.2 см3

Напруження згина визначається по формулі:

кн./см2 =17,61МПа

Опір згину визначається по формулі:



МПа

Мпа- умова виконується
Розрахунок прогонів

Навантаження на 1м прогону визначається по формулі:

кн/м2

кн/м2

Максимальний момент на опорах нерозрізного прогону з прогоном 3 м визначається по формулі:

кн·см

Необхідний момент опору спареного прогону визначається по формулі:

см3

Дійсний момент опору спареного прогону визначається по формулі:

см3150,96 см3

Перевірка дійсного та допустимого навантажень

кн./см2=2,2МПа 18,78МПа –умова виконується

Розрахунок деформацій

Відносний прогин визначається по формулі:



Е=1,05·104 МПа

Момент інерції полоси щита 1м визначається по формулі:

см4



Максимально допустимий прогин

- умова міцності по деформації виконується

Розрахунок з’єднання

Несуча здатність цвяха в з’єднанні визначають за формулами:



Де діаметр цвяха d=4мм, довжина цвяха l=120 мм, с=5см – довжина дошки, коефіцієнт умов роботи =1, коефіцієнт =0,9.







Мінімальна несуча здатність 0,25 кн

Необхідна кількість цвяхів визначається по формулі:



Хцв=0,21·300-12=51см

Приймаємо 12 цвяхів.

2 Розрахунок сегментної ферми

2.1 Визначення геометричних параметрів ферми

Висоту сегментної ферми приймаємо:

м

Радіус кривизни дуги по вісі верхнього поясу визначається по формулі:

м

Довжина дуги верхнього поясу визначається по формулі:

м

де =73,740 , при

Довжина блоку верхнього поясу визначається по формулі:

м

Довжина хорд АБ та БД визначається по формулі:

м

Довжина стріли ВГ визначається по формулі:

м

Довжина стріли ЕГ визначається по формулі:

м

Довжина хорди ББ1 визначається по формулі:

м

Довжина розкосів визначається по формулі:

БД=м
ДВ=м

Довжина проекцій панелей верхнього поясу визначається по формулі:

м

м

Стріла вигину панелі верхнього поясу визначається по формулі:




Рисунок 2.1- Геометрична схема ферми

2.2 Статичний розрахунок

Навантаження на 1м2 горизонтальної проекції покриття.

Постійна від маси огороджуючи конструкцій та кровлі:

кн./м2

кн./м2

Нормативна снігова (=1; Sо=0,5 (для міста Горлівка))

кн./м

Від власної ваги ферми:

кн./м2

кн./м2

Розрахункове снігове навантаження

кн./м2

де , тому що

Розрахункові навантаження на 1м ферми:

Постійна

кн./м

Тимчасове снігове

кн./м

Зусилля в стержнях ферми визначаємо по діаграмі Максвела-Кремона від одиночного рівномірно-розповсюдженого навантаження на лівій половині ферми кн./м (дивись рис.2.2).

Вузлові навантаження

кн.

кн.

кн.

Опорні реакції

кн.

кн.

Зусилля від розрахункових навантажень визначаємо на розрахункові погонні навантаження та .
Таблиця 2.1- Розрахункові зусилля в стержнях ферми

Елементи ферми

Стержні

Зусилля, кн.

Розрахункові зусилля

Від один. навантаження

Від постійного наван таження

Від снігового навантаження

Зліва

Зправа

Полної

Зліва

Зправа

Полної

Верхній пояс

2-5

-13.3

-6.5

-19.8

-120

-55.9

-27.3

-83.2

-203.2

3-6

-10.9

-7,6

-18,5

-112,1

-45,8

-31,9

-77,7

-189,8

4-8

-7,6

-10,9

-18,5

-112,1

-31,9

-45,8

-77,7

-189,8

4-9

-6,5

-13,3

-19,8

-120,0

-27,3

-55,9

-83,2

-203,2

Нижній пояс

1-5

11,8

5,7

17,5

106,1

49,6

23,9

73,5

179,6

1-7

9,2

9,2

18,4

111,5

38,6

38,6

77,2

188,2

1-9

5,7

11,8

17,5

106,1

23,9

49,56

73,5

179,6

Розкоси

5-6

-1,9

2,5

0,6

3,64

-8

10,5

2,5

4,36 (14,14)

6-7

2,1

-2,5

-0,4

-2,42

8,8

-10,5

-1,7

6,38

(-12,92)

7-8

-2,5

2,1

-0,4

-2,42

-10,5

-8,8

-1,7

-12,92 (6,38)

8-9

2,5

-1,9

0,6

3,64

10,5

-8

2,5

14,14

(-4,36)

Опорна реакція




9

3

12

72,7

37,8

12,6

50,4

123,1





Рисунок 2.2- Діаграма Максвела-Кремона

Стержень стиснутий

Стержень розтягнутий
Розрахунковий вигинний момент та повздовжню силу в панелях верхнього поясу визначаємо для двох варіантів завантаження:

1. Постійне навантаження від снігу на всьому прольоті:

N2-5=203,2кн

кн.м

N3-6=96,2 кн

кн.м

2. Постійне навантаження та сніг з права на прольоті

N2-5=120+27,3=147,3 кн

кн.м

N3-6=112,1+31,9=144 кн

кн.м
Розрахункове значення зусиль:

1. кн.м (1295кн.см) NСООТ=147,3 кн

2. кн.м (20320кн.см) кн.м (1488 кн.см)
2.3 Конструктивний розрахунок ферми

2.3.1 Верхній пояс

Переріз поясу приймаємо 14 см (до острожки дошки шириною 15 см) і висотою 30 см (10 шарів по 3,3 см).

Площа перерізу

А=14·33= 462 см2

Момент опору

см3

Міцність поясу в площині дії навантаження:



Розрахунковий опір деревини клена стисненню вздовж волокон:

МПа (2,066 кн/см2)

(для ІІІ класу відповідальності)

Перевіримо напруження для сполучення „а”:





для сполучення „б”:




2.3.2 Нижній пояс

Нижній пояс проектуємо з кутової сталі марки ВСт3пс6 (ГОСТ 380-71*) з розрахунковим опором:



Розрахункове зусилля N1-7=188,7 кН.

Необхідна площа перерізу



Приймаємо два ∟ кутка 50 х 50 х 5 (ГОСТ 8509-80*) з загальною площею

А = 2 · 4,29 = 8,58 см2

Напруження на поясі складає



Для сумісної роботи двох кутків з’єднуємо їх між собою планками.

Потрібна відстань між планками:



де іх – радіус інерції кутка пояса.

Приймаємо по довжині панелі пояса 6 планок, при цьому lпл = 800/7 = 114 см

Гнучкість поясу у вертикальній площині


2.3.3 Розкоси

Всі розкоси проектуємо однакового перерізу в х hp з шарів товщиною 3,3 см, шириною, рівною ширині верхнього пояса. За розрахункове зусилля приймаємо найбільше стискуюче зусилля N6-7 = =12,92 кн.

Необхідну висоту перерізу розкосів визначаємо по граничній міцності:



звідки см

Приймаємо hp = 4 · 3.3 = 13,2 см, що більше необхідної.

Фактична гнучкість



Коефіцієнт повздовжнього вигину



Напруження



Для кріплення розкосів до металевих пластин у вузлах використовуємо болти діаметром 16 мм.

Несуча здатність одного умовного зрізу болта:

а) з умови зминання деревини



б) з умови вигину болта



Кількість болтів, що потребується:



Приймаємо 2 болта.

Перевіряємо міцність розкосу на розтяг у послабленому отворами під болти перерізі.

Площа послабленого перерізу



Розрахунковий опір розтягу модрини



де mо = 0,8 – коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілення напружень у розтягнутому елементі з послабленням.

Напруження


2.3 Конструювання і розрахунок вузлових з’єднань

2.3.1 Опорний вузол


Розрахункові зусилля N2-5 = -203,2 кН; N1-5 = 179,6 кН; RА= 123,1 кН.

Необхідна площа спирання торця верхнього пояса на похилу плиту башмака з умови зминання торця:



Приймаємо довжину плити lп = 10 см

Тоді

Товщину цієї плити визначаємо з умови її вигину під дією напружень зминання:



Розрахунковий вигиний момент в смузі плити шириною 1 см:



Необхідна товщина плити з сталі ВСт3пс (ГОСТ 380-71*):



де - розрахунковий опір сталевого листа вигину.

Приймаємо товщину плити ? = 33 мм.

Бокові листи башмака приймаємо товщиною 10 мм. Упорну плиту приварюємо до бокових листів електродами Є-42. Катети швів приймаємо Кf = 8 мм.

Горизонтальну опорну плиту приймаємо розміром у плані 15 х 33 см.

Товщину плити визначаємо з умови її вигину під дією напружень зминання в колоні:



Вигинний момент в смузі плити шириною 1 см



Необхідна товщина плити з сталі ВСт3пс (ГОСТ 380-71*):



Приймаємо товщину плити 25 мм.

Кутки нижнього поясу приварюємо до бокових листів башмака ручним зварюванням електродами Є-42. Катети швів приймаємо Кf = 5 мм. Необхідна довжина зварних швів для кожного кутка:



де - розрахунковий опір метала швів зварних з'єднань.

Довжину шва на обушкє та пері кутка відповідно приймаємо:




2.3.2 Вузли верхнього поясу


Сталеві накладки для кріплення розкосів до вузлового болта приймаємо перерізом 12 х 80 мм. Перевіряємо накладки на повздовжнє стискання на ділянці між точками закріплення їх з площини l = 50 см на зусилля N6-7 = 12,92 кН. При гнучкості , коефіцієнт ? = 0,35, напруження

Центральний вузловий болт у проміжному вузлі Б сприймає зусилля 12,7 кН, яке діє під кутом = в напрямку волокон деревини накладок і верхнього поясу.

Вузловий болт в коньковому вузлі В сприймає зусилля 14,4 кН, яке визначене як рівнодіюча зусиль в розкосах ДВ и Д1В, що діє під кутом ?в = 170

Так як зусилля, що передаються на вузловий болт, приблизно рівні, а ?б значно більше ?в, вузловий болт розраховуємо на зусилля 14,4 кН. Фактично вузловий болт працює як чорирьохзрізний, враховуючи розрізність поясу у вузлі, кількість умовних зрізів приймаємо три.


Зусилля, що передаються на один зріз болта:



Необхідний діаметр болта із умови змяття деревини:



звідки



з умови вигину болта



звідки



Приймаємо діаметр вузлового для всіх вузлів верхнього пояса 16 мм.

2.3.3 Вузли нижнього поясу


Сталеві накладки і болти для їх кріплення до розкосів розраховані вище. Вузловий болт, що установлюється в отвори в кутах нижнього поясу, який встановлюється в отвори в кутах нижнього пояса розраховуємо на рівнодійну зусиль N5-6 та N6-7, рівну різницю зусиль N1-5 та N1-7 при односторонньому завантаженні снігом зправа:



Плече зусилля відносно грані кута рівне товщині накладки е =1,2 см.

Необхідний діаметр болта з сталі ІОГ2СІ (ГОСТ 19282-73) по вигину



де - розрахунковий опір вигину

Приймаємо болт діаметром 24 мм



Перевіряємо несуче здатність болта по зрізу:



де - розрахунковий опір зрізу і по зминанню отвори в кутках товщиною t = 5 мм:



де - розрахунковий опір зминанню елементів з сталі ВСт3пс, що з’єднується болтами.

Послаблення нижнього поясу отвором під вузловий болт компенсується листовою накладкою 10 х 100 мм, довжиною 20 мм, що приварюється в центрі вузла.

3 Розрахунок дерев’яних клеєних стійок


3.1 Вибір конструктивної схеми

Приймаємо клеєні стійки прямокутного поперечного перерізу. Закріплені до фундаментів анкерними болтами.

1. Навантаження на стійку (рисунок 3.1)

Постійний розрахунковий тиск на стійку від покриття:



де рпокр, рсм – навантаження на 1 м2 горизонтальної проекції від огороджуючи конструкцій покриття і власної ваги ферми.

2. Тимчасове снігове навантаження:



3. Постійне навантаження від стінового огородження



де Рст – навантаження на 1 м2 стінового огородження

4. Вітрове розрахункове навантаження:

на ліву стійку





на праву стійку





де ?0 – швидкісний напір вітра для району будівництва, кн/м2;

К – коефіцієнт, що враховує зміни вітрового тиску по висоті;

С, С3 – аеродинамічні коефіцієнти;

?f = 1,4 – коефіцієнт надійності по вітровому навантаженню;

h0 – висота стіни вище відмітки верха стійок.


Рисунок 3.1 Розрахункова схема поперечної рами будівлі

Ширину перерізу приймаємо 39,6 см.

Необхідну висоту перерізу визначаємо з виразу:





де

- розрахунковий опір стисненню вздовж волокон деревини модрини.

І приймаємо h = 52,8 см (16 шари по 33 мм).

Навантаження від власної ваги стійки



де ?f = 750 кг/м3– обємна маса деревини;

?f = 1,1 – коефіцієнт надійності по навантаженню від власної ваги.

Рама є один раз статично невизначеною системою. За невідоме приймаємо повздовжнє зусилля Х в ригелі і визначаємо його роздільно від кожного виду завантаження:



де

hn – товщина панелі стінового огородження:





Внутрішні зусилля в зарубці стійок

Вигиний момент:





де ? = 0,9 – коефіцієнт сполучення двох тимчасових навантажень: снігової і вітрової

Поперечні сили:





Повздовжня сила



Розрахункові значення зусиль:

М = 15222 кНсм; N = 234,39 кН

3.2 Конструктивний розрахунок

Розрахунковим перерізом стійки буде переріз, ослаблений отворами під болти для кріплення сталевих анкерних накладок. Діаметр цих болтів приймаємо dб= 20 мм.

Геометричні характеристики розрахункового перерізу:

площа



момент опору



Гнучкість стійки в площині вигину:



Коефіцієнт



Напруження в клеєному шві



Складуючі напруження в клеєному шві



де - розрахунковий опір сколюванню при вигині клеєних елементів.

Гнучкість з площини вигину



Коефіцієнт повздовжнього вигину



де - коефіцієнт підтримуючої дії закріплень по розтягнутій від моменту кромки.

Коефіцієнт



де

Так як ?у і ?м більше 1, стійкість плоскої форми деформування забезпечена.

3.3 Розрахунок анкерного кріплення

Розрахунок анкерних болтів ведемо по максимальному розтягую чому зусиллю при дії постійного навантаження з коефіцієнтом надійності ?f = 0,9 замість ?f = 1,1 і вітрового навантаження.

Повздовжня сила



Вигиний момент



де

Напруження на поверхні фундаменту





Розміри ділянок епюри напружень:





де S – відстань від грані колони до вісі анкерного болта

Зусилля розтягу в анкерних болтах:



Необхідна площа перерізу болта зі сталі ВСт3кп2:



де Rва = 145/?n = 145 МПа – розрахунковий опір фундаментних болтів розтягу;

mа = 0,85 – коефіцієнт, що враховує нерівномірність натягу болтів.

Приймаємо анкерні болти діаметром 42 мм с Авп = 14,38 см2.

Необхідна кількість двозрізних болтів діаметром 26 мм, що приєднують сталеві накладки до стійки:



де Трасч – розрахункова несуча здатність одного зрізу нагеля, що визначається як менше зі значень:





Приймаємо 8 болтів.

Металеві елементи приймаємо зі сталі ВСт3пс товщиною 8 мм.




Зміст

1 Розрахунок огороджуючої конструкції покриття


2 Розрахунок ферми

2.1 Визначення геометричних розмірів ферми

2.2 Конструктивний розрахунок ферми

2.3 Конструювання і розрахунок вузлових з’єднань

3 Розрахунок дерев’яних клеєних стійок

3.1 Вибір конструктивної схеми

3.2 Конструктивний розрахунок стійок

3.3 Розрахунок анкерного кріплення

Література





Література

  1. СниП П-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проэктирования/ Госстрой СССР. – М.: Стройиздат. 1983. – 31 с.

  2. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Будівельні конструкції” розділ “Деревяні конструкції” – Кіровоград: КДТУ, 2000. 47 с.

  3. Снип П-23-81. Стальне конструкции/ Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1982. – 96 с.

  4. СниП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации