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.doc	3341kb.	23.02.2011 18:52	скачать

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	L_зд=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:

W_х=281см³; W_у=141см³; J_х=2109 см⁴; J_у=527 см⁴
Напряжение изгиба:

Поскольку обрешетина является одновременно и прогоном, то расчетное сопротивление изгибу принимаем равным R_и=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 n_об=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 Т_гв=400d²_гв=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 Т_гв=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: q^н=15,9/0,949=16,75кг/м²

q^р=16,5/0,949=17,4кг/м²

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

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

- расчетная q^р=(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.

В

ерхний 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.

Г

еометрические 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.

Р

азмеры 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 узле

м, шагом

м.

Расчетные нагрузки:

нагрузки от покрытия: кН/м²;
нагрузки от снега: S=240кг/м²;
нагрузка от веса системы: .

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:

в левой колонне

;

в правой колонне

.

Расчетная сила в колонне на уровне верха фундамента:

в левой колонне

в правой колонне

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.

3.2. Геометрические характеристики принятого сечения

;

Х
м³;

м;

м⁴;

м³.

Проверяем принятое сечение на расчетное сопротивление нагрузок:

в плоскости рамы:

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

СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1999. – 30 с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: Госстрой СССР, 1986.
СНиП II-23-81^*.Стальные конструкции / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2000. – 96 с.
Методические указания по расчету и проектированию деревянных конструкций. М.: МИСИ, 1993. – 95 с.
Гринь И. М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов.-Киев, 1975.