Конструкции из дерева и пластмасс ИЖГТУ - файл n2.doc

Конструкции из дерева и пластмасс ИЖГТУ
скачать (486.7 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.dwg
n2.doc3341kb.23.02.2011 18:52скачать

n2.doc



Содержание курсового проекта
Исходные данные для проектирования. 3

1. Расчет настила. 3

2. Расчет неразрезного прогона 6

3. Расчет балки с волнистой стенкой 9

4. Расчет и конструирование колонны 12

Литература 21
Исходные данные для проектирования


Район строительства

г. Казань

Класс ответственности здания (сооружения)

I – согласно п.2 прил. 7 СНиП 2.01.07-85 коэффициент надежности по ответственности принимается более 0.95, но не более 1.2. Принимаю .

Шаг конструкций (поперечных рам)

В=3,6 м

Длина здания

Lзд=3,6 х 10=36м

Пролет здания

м

Высота колонны

Н=6 м

Тепловой режим здания

Неотапливаемое

Генеральная схема основной несущей конструкции

Трехшарнирная арка треугольного очертания с металлической затяжкой

Вид кровли

Шиферная из листов ВО по обрешетке

Материал несущих конструкций

Древесина сосны (или ели) II сорта с расчетным сопротивлением изгибу, сжатию и смятию вдоль волокон МПа ( в зависимости от размера сечения)


1. Расчет панели покрытия
Щит проектируем из четырех прогонов сечением 7,5 х 15см, выполняющих одновременно роль обрешетки под кровлю, которые соединены гвоздями с элементами решетки тремя стойками и двумя диагональными раскосами из брусков.

Для асбестоцементных волнистых листов марки ВО при перекрытии стыкового шва на 20 см требуется расстановка обрешетин через 50см. Принимаем ширину щита 4 х 50=200см. Длину щита назначаем равной расстоянию между осями несущих конструкций за вычетом 1см на возможную неточность изготовления, т.е. 359см.

Бруски крайних стоек решетки щита при его укладке прибиваем к верхнему поясу несущей конструкции гвоздями, чем обеспечиваем передачу скатной составляющей нагрузки и устойчивость сжатых поясов несущих конструкций из их плоскости.

Чтобы предотвратить скручивание прогонов-обрешетин под действием скатной нагрузки, прилагаемой к их верхним кромкам, в месте каждого пересечения прогонов со стойками устраиваем упоры из коротких брусков, прибиваемых к стойкам двумя гвоздями 4 х 100мм.
1.1. Расчет прогона-обрешетины

Нагрузки на 1 м2 покрытия


Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, кПа

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка, кПа

Кровля, 15 х 0,5

7,5

1,1

8,25

Обрешетины,

0,05 х 0,1 х 500

5,63

1,1

6,19

Решетка щитов (50% веса обрешетин)

2,8

1,1

3,0

Снег,

240 х 0,5 х 0,949

79,73

0,7

113,9

Итого:

129,8

-

188,4


Обрешетины щита работают на косой изгиб (рис.1, а). Составляющая нагрузки, перпендикулярная скату:





Составляющая нагрузки, параллельная скату:






Рис.1. Расчетные схемы обрешетины


В плоскости, перпендикулярной скату, обрешетина работает как разрезная балка (рис.1, б) с расчетным пролетом

,
где 9см – длина каждой из опорных поверхностей обрешетины на верхнем поясе несущей конструкции, принятом ориентировочно шириной 18см. В плоскости ската обрешетину рассматриваем как двухпролетную неразрезную балку (рис.1, г) с пролетами l1=0,5 l=175см. Максимальные изгибающие моменты в обеих плоскостях возникают посередине обрешетины:





По сортаменту берем сечением 7,5 х 15см.

Моменты сопротивления и инерции обрешетины:

Wх=281см3; Wу=141см3; Jх=2109 см4; Jу=527 см4
Напряжение изгиба:



Поскольку обрешетина является одновременно и прогоном, то расчетное сопротивление изгибу принимаем равным Rи=130кгс/см2.

Относительный прогиб


Пренебрегая незначительной величиной нагрузки от собственного веса, проверяем прочность обрешетины на действие только монтажной нагрузки Р=120кгс, приложенной в середине пролета. В этом сечении момент от составляющей сосредоточенного груза в плоскости ската равен нулю. Тогда



Напряжение



где 1,2 – коэффициент, учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки.
1.2. Расчет прикрепления элементов щита.
Обрешетины вместе с решеткой образуют в плоскости ската ферму, которая передает на основную несущую конструкцию скатную составляющую нагрузки.

Полная скатная составляющая от собственного веса и снеговой нагрузки, приходящаяся на весь щит,



где nоб=4 – число обрешетин.

Часть этой нагрузки, собранная примерно с одной четверти площади щита, передается непосредственно от прогонов на крайние стойки. Оставшаяся часть скатной составляющей передается через раскосы на упорные бобышки. Усилие, воспринимаемое одной бобышкой,



Бобышку к стойке крепим гвоздями 5 х 120мм. Несущая способность односрезного гвоздя Тгв=400d2гв=400 х 0,52=100кгс.

Необходимое число гвоздей



Щит через крайние стойки крепим к верхнему поясу несущей конструкции гвоздями

5 х 150мм. Через эти гвозди скатная составляющая от щита передается поясу.

Необходимое число гвоздей на одну стойку



Ставим 4 гвоздя. На среднюю стойку от прогона передается нагрузка, равная средней опорной реакции двухпролетной неразрезной балки:



В каждое пересечение элемента решетки с прогоном ставим по 2 гвоздя 5 х 120мм с Тгв=100 х 2=200>118,8кгс

2. Расчет и конструирование треугольной распорной системы

2.1. Геометрические размеры
В качестве несущих конструкций покрытия принимаем треугольные клееные дощатые арки.

Высоту арки принимаем минимально допустимую, равную:

Это высоте соответствуют: ; ; .

Длина каждой полуарки по осям равна



Нагрузки на 1 м2 покрытия


Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, кПа

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка, кПа

Кровля (шифер)

15

1,1

16,5

Обрешетины,

2 х 0,05 х 0,15 х 500

7,5

1,1

8,25

Решетка щитов (50% веса обрешетин)

3,75

1,1

4,13

Снег

168

1,43

240


Собственный вес арки

Нормативная постоянная нагрузка на 1 м2 плана покрытия: qн=15,9/0,949=16,75кг/м2

qр=16,5/0,949=17,4кг/м2

рн=79,7/0,949=84,0кг/м2
Нагрузка на 1 пог. м арки:

- нормативная qн=(16,75+9,98+79,7) х 3,6=383,15кг/м

- расчетная qр=(17,4+9,98+113,9) х 3,6=508,6кг/м
Определение расчетных усилий в арке.

Изгибающий момент от местной нагрузки в середине полуарки:



Усилие в затяжке:

Опорные реакции:

Поперечная сила в середине левой полуарки:

Продольная сила в том же сечении:


2.2. Подбор сечения верхнего пояса.

Верхний пояс рассчитывается как сжато-изгибаемый стержень, находящийся под воздействием внецентренно приложенной нормальной силы и изгибающего момента от поперечной нагрузки. В результате внецентренного приложения нормальной силы в опорном и коньковом узлах системы возникают разгружающие (отрицательные) моменты, за счет чего уменьшается изгибающий момент в верхнем поясе. Рекомендуется принимать высоту сечения верхнего пояса мм.

Для изготовления деревянных клееных конструкций рекомендуется в основном использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель). Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, не следует принимать более 33 мм, которую получают при фрезеровании пиломатериалов толщиной 40 мм. Ширину пиломатериалов выбирают согласно номинальным размерам элемента с учетом суммарных припусков на усушку и механическую обработку. Эти припуски для пиломатериалов шириной от 125 до 175 мм составляют 15 мм.

Верхний пояс выполняется в виде клееного пакета из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов 2 сорта (ГОСТ 24454-80) сечением 40 х 175мм. После фрезерования черновых заготовок по пластям для склейки отбирают чистые доски сечением 33 х 175мм. Клееный пакет принимаем из 20 досок общей высотой 20 х 33=660мм. После склеивания пакета и фрезерования по боковым поверхностям его окончательное сечение составляет 160 х 660мм.

- условие выполнено.

Геометрические характеристики:







Гибкость полуарки в плоскости изгиба:





Напряжение:


2.3. Расчет затяжки из круглой стали.

Затяжку конструируем в виде одиночного тяжа из круглой стали марки ВМСт3пс.

Требуемая площадь сечения:

Принимаем диам. 21мм с F=3,46см2

Во избежание провисания затяжки поддерживаем ее посередине вертикальной подвеской диам. 12мм.
Расчет хомута.

Требуемая площадь сечения нетто каждой ветви хомута:

Принимаю диаметр ветвей хомута = 21мм.


2.4. Расчет опорного узла
Упорная плита – плита с ребрами жесткости, в которую упирается верхний пояс системы. Упорная плита рассчитывается на изгиб приближенно как однопролетная балка с поперечным сечением тавровой формы.

Для создания принятого эксцентриситета в опорном узле высота упорной плиты должна составлять:

мм.

Ширина упорной плиты принимается по ширине сечения верхнего пояса: мм.

Геометрические характеристики плиты таврового сечения:

Статический момент относительно оси «0-0»:


0

0

Расстояние от центра тяжести сечения до оси «0-0»: мм.

Расстояние от центра тяжести сечения до верхней грани плиты:

мм.

Расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести ребра:

мм.

Момент инерции поперечного сечения относительно оси «Х-Х»:






Моменты сопротивления:

мм3; мм3;

Напряжение смятия древесины в листе упора верхнего пояса в плиту:

.

Пролет плиты принимается равным расстоянию в осях между вертикальными фасонками, т.е.:

мм.

Изгибающий момент в однопролетной балке таврового сечения:

.

Напряжение при изгибе составит:

.

Опорная плита – горизонтальная плита, рассчитывается как однопролетная балка с двумя консолями на изгиб под действием напряжения смятия ее основания.

Требуемая ширина опорной плиты определяется из условия смятия древесины колонны вдоль волокон:

см, где

см – длина опорной плиты.

Ширина опорной плиты принимается в соответствии с действующим сортаментом с округлением в большую сторону, но не менее 100 мм, поэтому принимаю мм.

Тогда:

.

Изгибающий момент в консольной части опорной плиты при расчетной ширине 10 мм:

;

Изгибающий момент в пролете опорной плиты:



Требуемая ширина опорной плиты составляет:

м.

Принимаю толщину плиты мм.
2.5. Расчет сварных швов
Все сварные швы, кроме указанных, выполняются ручной электродуговой сваркой электродами типа Э-42 при катете шва мм.

1) Сварные швы, прикрепляющие пластинки ребра упорной плиты к вертикальным фасонкам.

Усилие, приходящееся на одну пластинку: кН.

м,

где: =180 МПа – расчетное сопротивление шва;

- коэффициент глубины проплавления шва;

- коэффициент условия работы;

- коэффициент условия работы шва;

- коэффициент надежности по назначению.

Фактическая длина шва: > 0,049 м.

2) Сварные швы, прикрепляющие нижний пояс из арматуры к вертикальным фасонкам.

Усилие, приходящееся на одну пластинку: кН.

м,

Длину шва принимаем не менее ширины опорной плиты: м.
2.6. Расчет и конструирование конькового узла
Торцы верхнего пояса в коньковом узле подвержены сжимающему воздействию горизонтальной силы, достигающей максимального значения при первом варианте сочетания нагрузок. Торцы стыкуются простым лобовым упором.

кН.

Размеры площадки смятия назначаем из расчета на обеспечение приложения силы, сжимающей верхний пояс, с тем же эксцентриситетом мм, что и в опорном узле. Для этого в верхней части сечения устраиваем зазор высотой м.

Площадь смятия в коньковом узле составит:

м2.

Смятие в коньковом узле происходит под углом . Сопротивление смятию древесины при таком угле составит:
МПа.

Напряжение смятия в узле: .

При несимметричном загружении снегом лишь одного из скатов покрытия в коньковом узле возникает поперечная сила, которая воспринимается соединительной подкладкой на болтах. Подкладка выполняется из клееного пакета досок.

Поперечная сила в узле при несимметричном загружении временной нагрузкой равна:

кг
Усилия в ближайших к узлу болтах равны: кН.

Усилия в дальних от узла болтах: кН.

Требуемая площадь сечения болтов определяется по формуле

мм2.

Диаметры всех болтов принимаются по 10 мм с см2.

.

Требуемая площадь смятия под шайбой

мм2,

где = 4 МПа – расчетное сопротивление смятию древесины под шайбами под углом 90є.

Принимается шайба размерами 50х50х5 мм: мм2.

Давление под шайбой на ширине 5 мм кН/мм.

Момент в шайбе кН·мм.

Требуемая толщина шайбы .
3. Расчет и конструирование колонны
3.1. Исходные данные
Поперечник здания представляет собой двухшарнирную раму м, высотой в шарнирном узлем, шагом м.

Расчетные нагрузки:



Для определения веса колонны зададимся предварительными размерами сечения колонны, исходя из предельной гибкости. Определим массу колонны:

;

м;

Принимаю: b x h=160 х 400мм.

мм (ширина верхнего пояса ригеля), плотность древесины кг/м3.

Вес колонны

Нагрузка от стеновых панелей:

Нагрузка от покрытия:



Нагрузка от снега:



Максимальная вертикальная нагрузка на колонну

1728 +586,7+323,4 +0,9·8406,7=10204,1кг=102 кН.

Нагрузка от ветра принимается равномерно распределенной по высоте колонны:

– активное давление;

- пассивное давление.

Представленная схема рамы является однажды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля за лишнее неизвестное удобно принять продольное усилие в нем, которое определяется по известным правилам строительной механики:

.

Усилие в ригеле от равномерно распределенной ветровой нагрузки равно:



Усилие от сосредоточенных ветровых нагрузок на уровне верха колонн в том случае, когда в качестве несущей конструкции покрытия применена треугольная распорная система, равна 0.

Нагрузку от стеновых панелей условно считаем приложенной посередине высоты колонны, тогда усилие от нее в ригеле составит:

; где: ;

мм – расстояние между осью стеновых панелей и осью колонны.

Изгибающий момент в колонне на уровне верха фундамента:

;

.

Расчетная сила в колонне на уровне верха фундамента:


Уточненные геометрические размеры сечения колонны.

Принимаем пакет из досок шириной после фрезеровки мм в количестве 12 штук.

Общая высота сечения колонны: мм, что составляет ;

Окончательно принимаем сечение колонны мм, мм.


У




3.2. Геометрические характеристики принятого сечения

;


Х
м3;

м; м;

м4; м3.

Проверяем принятое сечение на расчетное сопротивление нагрузок:


Изгибающий момент от действия нагрузок:

где

Гибкость колонны в плоскости рамы где м – расчетная длина колонны.

Коэффициент продольного изгиба .

Действующий изгибающий момент кгּм.

Напряжение МПа;

МПа.

Литература

  1. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1999. – 30 с.

  2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: Госстрой СССР, 1986.

  3. СНиП II-23-81*.Стальные конструкции / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2000. – 96 с.

  4. Методические указания по расчету и проектированию деревянных конструкций. М.: МИСИ, 1993. – 95 с.

  5. Гринь И. М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов.-Киев, 1975.




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