Курсовой проект - Гнутоклееная рама - файл n1.doc

Курсовой проект - Гнутоклееная рама
скачать (988 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc988kb.21.10.2012 18:13скачать

n1.doc

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительный факультет

Кафедра строительных конструкций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

Конструкции из дерева и пластмасс

Выполнил ст. гр. ПГС-07-01з

Гаар В.П.

Принял доцент Фаизов И.Н.
г. Пермь, 2011
СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходные данные………………………………………………………………………3

2. Определение геометрических характеристик………………………………………...4

3. Расчет утепленного покрытия……………………………………………………….5-8

4. Расчет разрезного прогона…………………………………………………………..8-9

4.1. Статический расчет прогона………………………………………………………9

4.2. Конструктивный расчет прогона……………………………………………...9-11

5. Расчет несущих конструкций ………………………………………………………..11

5.1. Статический расчет рамы…………………………………………………….11-12

5.2. Геометрические размеры рамы………………………………………………12-13

5.3. Схема загружения рамы ……………………………………………………...14-17

5.4. Конструктивный расчет рамы………………………………………………..18-20

6. Расчет конькового узла……………………………………………………………20-22

7. Расчет опорного узла……………………………………………………………...22-24

8. Меры защиты конструкции от загнивания и возгорания…………………………..24

9. Список литературы……………………………………………………………………25

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1



Буквы

Ф.И.О.

Наименование исходных данных

Величина,

тип

1

Г

Схема сооружения

4 – Животноводческая ферма (гнутоклееная рама)

2

А

Место строительства

г. Березники

3

А

Шаг несущих конструкций

3,0

4

Р

Расчетный пролет рам, м

15,0

5

В

Высота рам, м

7,5

6

И

Длина здания, м

81,0

7

Т

Тип панели покрытия

дощатый щит

8

А

Тип утеплителя

минвата



СХЕМА ЗДАНИЯ


Рис.1


2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
За расчетную ось принята ось рамы:

а) высота стойки

м

б) задаемся высотой вертикальной части стойки м, тогда

м

в) угол между ригелем и стойкой:

, тогда



г) радиус закругления карнизного узла:

м
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СХЕМА РАМЫ


Рис.2

3. РАСЧЕТ УТЕПЛЕННОГО ПОКРЫТИЯ



Рис.3
Деревянные щиты покрытия применяют в покрытиях холодных складов. Щиты укладываются по прогонам, шаг прогонов 1,35 м. Район строительства г. Березники. Материал – ель 2-го сорта. Условия эксплуатации В-2. За расчетный пролет принято расстояние между прогонами. Угол наклона кровли ? = 25˚15΄, cos ? = 0,905, cosІ? = 0,819.

Собственная масса щита покрытия подсчитывается приближенно по скомпонованному сечению.
, где ? – плотность древесины по СНиП II-25-80

? – толщина.


Таблица 2

Сбор нагрузок на плиту покрытия, кН/мІ


При определении расчетных нагрузок необходимо учесть уклон кровли и расчетную ширину щита 1 м. Расчетная полная нагрузка будет равна:
- от массы щита:
кН/мІ
- от снеговой нагрузки:
кН/мІ

Ветровая нагрузка при углах наклона кровли до 30˚ разгружает щиты настила и в расчетах не учитывается.
Настил щита рассчитываем как двухпролетную неразрезную балку с пролетами 1,35 м. Для расчета настила вырезаем полосу шириной 1 м.
Настил рассчитывается на два сочетания нагрузок.
I сочетание: постоянная + временная снеговая ()
кН·м ,

где - постоянная + временная снеговая нагрузки;

l - расчетный пролет настила.



Рис.4
II сочетание: постоянная + временная от сосредоточенного груза ()
кН·м
где - постоянная нагрузка;

P = P/0,5 = 2,4 кН – т.к. настил двойной, груз распределяется на 0,5 м.



Рис.5
Момент сопротивления и момент инерции расчетной полосы шириной 100 см при толщине 2,2 см:
,
где b – ширина досок рабочего настила;

? – толщина досок рабочего настила.



На сочетание нагрузок расчет ведется по формулам:
- на прочность:
а) при первом сочетании нагрузок
,
где Ru = 1300 Н/смІ - расчетное сопротивление древесины ели 2 сорта на изгиб по таблице 3 СНиП II-25-80;

1,15 – коэффициент, учитывающий менее ответственную работу настилов.
Б) при втором сочетании нагрузок:


- на жесткость (только при первом сочетании нагрузок):
<
кН/м
Принятая конструкция работает с запасом. Подобранное сечение удовлетворяет требованиям прочности и жестокости.


4. РАСЧЕТ РАЗРЕЗНОГО ПРОГОНА
Подобрать сечение неразрезного прогона холодного покрытия склада. Район строительства г. Березники. Шаг несущих конструкций и, соответственно, пролет прогона 3,0 м. расстояние между прогонами 1,35 м. материал – ель 2 сорта. Угол наклона кровли 25є15ґ, cos? = 0,905, sin? = 0,425.
Таблица 3

Сбор нагрузок на прогон, кН/м

Погонные нагрузки (при шаге прогонов 1,35 м):


Собственная масса прогона можно определить:
а) ориентировочно (по данным типовых проектов) для аналогичных условий эксплуатации):


б) по эмпирической формулы (данную берем в основу расчета):



где - нагрузка от покрытия

S0 – нормативная снеговая нагрузка;

Кс.м. – коэффициент собственной массы конструкции, принимаемый по справочным данным, для прогонов 6-10;

l – пролет конструкции.


4.1.СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОГОНА
В статическом отношении прогон работает как балка на двух опорах.
Расчетный пролет прогона:
, где а – ширина верхнего пояса несущей конструкции (14 см).
Максимальный изгибающий момент:

Соответствующие моменты относительно главных осей сечения:




4.2. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ПРОГОНА
Проектируем прогон прямоугольного сечения. Минимальные размеры поперечного сечения прогона при косом изгибе получается при отношении сторон:

Требуемый момент сопротивления сечения:

Требуемая высота сечения:


Требуемая ширина сечения:

Принимаем брус сечением 14 х 14 см, для которого:

Принимаем нормальные напряжения:
< ,
где 1500 Н/смІ - расчетное сопротивление древисины ели 2-го сорта по таблице 3 п.16 СНиП II-25-80.
Проверяем прогиб прогона при косом изгибе от нормативных нагрузок:
Составляющие прогиба относительно осей:


Полный прогиб:
< см
Таким образом подобранное сечение прогона удовлетворяет условиям прочности и жесткости. Скатная составляющая нагрузки в месте опирания прогона на несущую конструкцию гасится конструктивными методами.

5. РАСЧЕТ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.
В качестве несущих конструкций принимаются гнутые клееные рамы по схеме ЦНИИЭПсельстроя с уклоном ригеля 1:2 для кровли из утепленного дощатого настила. Шаг рам вдоль здания 3,0 м.

Крепление деревянных щитов стен и покрытия в месте изгиба рамы осуществляется с помощью стен и стропил, закрепляемых к раме болтами.
5.1. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАМЫ
Определяем нагрузки и сводим результаты в таблицы 4.

Таблица 4
Сбор нагрузок, кН/м

Собственный вес рамы определяем по формуле:

Расчетная нагрузка на ригеле рамы:
- постоянная

- временная

- полная


Рис.6
Ветровая нагрузка во внимание не принимается, так как при небольшой высоте здания и наличие стоек каркаса стены, воспринимающих ветровое давление и передающих его непосредственно на фундамент, эта нагрузка расчетных усилий в раме не вызывает.
5.2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ РАМЫ
Для расчета рамы необходимо предварительно задаться всеми размерами, определяющими схему и сечения элементов рамы. Сечение ригеля по длине рамы проектируем переменным, изменяющимся уступами.
За расчетную ось рамы применяем параллельную наружному контуру линию, проходящую через центр тяжести конькового сечения рамы. При предварительно принятых сечений рамы расчетная ось расположена от наружного контура на расстоянии h0 = 15 см.
Расчетный пролет рамы:


Высота в коньке f = 7,33 м.
Радиус кривизны расчетной оси в закругленной части полурамы:

Ригель рамы наклонен к горизонту под углом ? = 25є15ґ
tq ? = 0,469; cos ? = 0,905; sin ? = 0,425
Угол раствора закругленной части полурамы:

Длина дуги закругленной части полурамы:

Полная длина оси полурамы:
l0 = 1,1 + 4,91 + 5,31 = 11,32 м
Из рассмотренных простых геометрических зависимостей устанавливаем координаты расчетных точек оси. За начало координат принимаем левую опору А. Результаты вычислений заносим в таблицу 5.
Таблица 5



5.3. СХЕМА ЗАГРУЖЕНИЯ РАМЫ


Рис.7
Определяем опорные реакции от единичной вертикальной нагрузки:



Определяем изгибающие моменты от вертикальной единичной нагрузки. Изгибающие моменты в любом сечении на левой половине рамы определяем по формуле:














Изгибающие моменты в правой незагруженной половине пролета (х – от правой опоры В):









Результаты вычислений величин изгибающих моментов от единичной, постоянной и снеговой нагрузок, а так же расчетные величины моментов приведены в таблице 6.
Максимальный момент М2 = -107,97 кН·м получается в сечении 2 при загружении рамы полной нагрузкой по всему пролету. Определим в этом сечении при том же загружении нормальную силу по формуле:


Опорная реакция при полном загружении рамы:


Распор:

Угол наклона касательной в точке 2:
; ;
Подставляя значения величин, получаем:
кН


Наибольший положительный момент в ригеле М4 = 35,86 кН·м возникает в сечении 4 при загружении рамы постоянной нагрузкой и снегом на левой половине пролета.
Нормальную силу в сечении 5 при этом загружении определяем по формуле:

Здесь:

Подставляя значения, получаем:
кН
Определить нормальные и поперечные силы при основных сочетаниях нагрузок (постоянная и снеговая по всей длине):







где (при односторонней снеговой нагрузке).



5.4. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ РАМЫ
Сечение рамы принимаем прямоугольным с постоянной шириной b = 17 см и с переменной высотой.

Толщину досок принимаем 14 мм (после острожки досок толщиной 19 мм).
Высоту сечения принимаем:
h0 = 1,4 · 29 = 40,5 см

h1-3 = 1,4 · 47 = 65,8 см

h6 = 1,4 · 22 = 30,8 см


Проверяем сечение 2, как наиболее напряженное:
М2 = 107,97 кН N2 = 103,78 кН
F = 17 · 65,8 = 1118,6 смІ

Радиус инерции определяем приближенно по формуле:
, где hi и li – соответственно средняя высота и длина участков рамы.

Определяем гибкость:

По формуле вычисляем коэффициент:


Напряжение по формуле:


1,06 < кН/смІ
где = 1,03 (табл.7);

= 1,0 при R/a = 437/1,4 = 312 (табл.9)

R – радиус кривизны гнутого элемента;

а – размер сечения одной доски.

= 0,9 (табл.5)
Остальные сечения не проверяем, так как изгибающий моменты убывают по длине арки быстрее, чем размеры сечений.
Проверяем раму из плоскости.
Момент инерции в сечении от опоры до начала ригеля:


Радиус инерции:

При гибкости

Проверяем клеевые швы на скалывание в опорном сечении по формуле:




<
Проверяем на смятие древесину в сечении 0 и 6:
<

<
где Rсм? принимаем по графику при 25є15ґ.
Поперечная сила в коньковом узле воспринимаются накладками и болтами.

6. РАСЧЕТ КОНЬКОВОГО УЗЛА
Коньковый узел выполняют торцовым упором ветвей ригеля с перекрытием стыка двумя деревянными накладками на болтах.

Торцы клееных блоков ригеля в узле соединяем в притык не по всей высоте, а со срезом крайних досок под углом по 25 мм для большей шарнирности узла и предотвращение откола крайних волокон при повороте элементов шарнирного узла. Боковая жесткость узла обеспечивается постановкой парных накладок сечением 200х125 мм на болтах 200 мм.
Напряжение смятия в торцах ригеля при 25є15ґ
<

где


Находим вертикальные усилия в болтах при расстоянии между болтами l1 = 100 мм и l2 = 150 мм:


Расчетная несущая способность двух двухсторонних болтов d = 20 мм из условий изгиба нагеля при направлении усилий под углом к волокнам ? = 90є (для накладок):
>
где - коэффициент определяемый по таблице 19;

= 0,55
> 17,9 кН
Напряжение в накладках:
< Ru


< - прочность накладки обеспечена;

Количество болтов в одном ряду определяется:
, где nс = 2 количество плоскостей среза;

- минимальная несущая способность одного болта – согласно п.5.13 несущая способность на смятие древисины среднего элемента под углом ?;
,

где а – толщина крайнего элемента (накладки).
шт. – принимаем один болт;
шт. – тоже принимаем один болт.
СХЕМА КОНЬКОВОГО УЗЛА


Рис.8

7. РАСЧЕТ ОПОРНОГО УЗЛА
Опорный узел решаем с помощью стального башмака, состоящего из опорного листа, двух боковых фасонок и упорной диафрагмы между ним, который крепит стойку к опоре. Узел рассчитываем на действие максимальной продольной силы N0 = 100,3 кН и поперечной силы Q0 = 50,23 кН.

Площадь смятия конца стойки вдоль и поперек волокон древисины А = b · h = 17 · 40,5 = 688,5 смІ.

Расчетное сопротивление смятию древисины вдоль волокон Rсм = 1,2 кН и поперек волокон Rсм? = 0,3 кН.


Напряжения смятия:
Вдоль волокон: <

Поперек волокон: <

Опорный лист рассчитываем на изгиб от давления торца стойки и реактивного давления фундамента.

Длина торца l1 = b = 17 см. Длина листа l2 =25 см. Расчетная сторона сечения b = 1 см. Давление торца q1 = ?см = 1,2 кН/смІ. Давление фундамента q2 = q1 · l1/ l2 = 1,2 · 17/25 = 0,82 кН/смІ
Изгибающий момент

Требуемый момент сопротивления

Требуемая толщина листа

Принимаем толщину листа ? = 20 мм
Определение числа болтов. Принимаем болты d = 24 мм. Они воспринимают поперечную силу и работают симметрично при ширине сечения b = c = 17 см, при двух швах nш = 2 и угле смятия ? = 90˚. Коэффициент kа = 0,55
Несущая способность болта в одном шве:
по изгибу болта
по смятию древисины
Требуемое число болтов шт.
Принимаем три болта диаметром 24 мм.

СХЕМА ОПОРНОГО УЗЛА


Рис.9


8. МЕРЫ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИИ ОТ ЗАГНИВАНИЯ И ВОЗГАРАНИЯ.
При проектировании деревянной рамы из прямолинейных элементов предусматриваем конструктивные меры защиты от биологического разрушения, возгорания и действия химически агрессивной среды.

Конструктивные меры, обеспечивающие предохранения и защиту элементов от увлажнения, обязательны, независимо от того, производится антисептирование древисины или нет.

Конструктивные меры по предохранению и защите древисины от гниения обеспечивают:


  1. устройство гидроизоляции от грунтовых вод, устройство сливных досок и козырьков для защиты от атмосферных осадков;

  2. достаточную термоизоляцию, а при необходимости и пароизоляцию ограждающих конструкций отапливаемых зданий во избежание их промерзания и конденсационного увлажнения древисины;

  3. систематическую просушку древисины в закрытых частях зданий путем создания осушающего температурно-влажностного режима (осушающие продухи, аэрация внутренних пространств;


Деревянные конструкции следует делать открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра.
Защита несущих конструкций:
В опорных узлах, в месте опирания рамы на фундамент устроить гидроизоляцию из двух слоев рубероида. Торцы элементов рамы и места соприкосновения с металлическими накладками в опорном узле защитить тиоколовой мастикой У-30с с последующей гидроизоляцией.

Для защиты от гигроскопического переувлажнения несущих конструкций через боковые поверхности необходимо покрыть пентафталевой эмалью ПФ-115 в два слоя.

9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов, Киев, 1975. -276с.

  2. Пособие по проектированию деревянных конструкций (кСНиП II-25-80), Москва, 1986. -214

  3. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.:ГП ЦПП, 2003. – 44с.

  4. Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебное пособие. – М.:1990. 287с.


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