Конструкции из дерева и пластмасс ИЖГТУ - файл n2.doc
Конструкции из дерева и пластмасс ИЖГТУскачать (486.7 kb.)
Доступные файлы (2):
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 l
1=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=281см
3; W
у=141см
3; J
х=2109 см
4; J
у=527 см
4 Напряжение изгиба:
Поскольку обрешетина является одновременно и прогоном, то расчетное сопротивление изгибу принимаем равным R
и=130кгс/см
2.
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=400d
2гв=400 х 0,5
2=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 м
2 плана покрытия: q
н=15,9/0,949=16,75кг/м
2 q
р=16,5/0,949=17,4кг/м
2 р
н=79,7/0,949=84,0кг/м
2Нагрузка 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=3,46см
2 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 узлаУпорная 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:

мм
3;

мм
3;
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 швовВсе 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 узлаТорцы 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:

м
2.
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

мм
2.
Диаметры всех болтов принимаются по 10 мм с

см
2.

.
Требуемая площадь смятия под шайбой

мм
2,
где

= 4 МПа – расчетное сопротивление смятию древесины под шайбами под углом 90є.
Принимается шайба размерами 50х50х5 мм:

мм
2.
Давление под шайбой на ширине 5 мм

кН/мм.
Момент в шайбе

кН·мм.
Требуемая толщина шайбы

.
3. Расчет и конструирование колонны3.1. Исходные данныеПоперечник 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/м
3.
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.
У
3.2. Геометрические характеристики принятого сечения 
;
Х
м
3;


м;

м;

м
4;

м
3.
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.