Производственное здание из древесины и синтетических материалов

Министерство науки и образования Украины

Одесская государственная академия строительства и архитектуры

Кафедра: Металлических, деревянных и пластмассовых конструкций

Курсовой проект на тему:

«Производственное здание из древесины и синтетических материалов»

Выполнил: студент гр. ПГС-306 Романь А.С.

Проверила: Кожокарь О.С.

Одесса-2011

1. РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ

Для принятого по заданию ригеля рамы необходимо предварительно вычислить длину одного ската верхнего пояса при уклоне кровли 1:4.

Модули упругости: фанеры Е_ф = 9000 МПа; древесины Е_д = 10000 МПа.

Расчетная схема трехшарнирной рамы

α=arctg¹/₄=14°02' l_ck = = 15,46 м

Максимальная ширина панели: b_mах=1500мм.

Требуемое количество панелей:

=10,31≈ 11шт;

Номинальная ширина панели:

где b_сm.n. = 120 мм – ширина стеновой панели;

Фактическая ширина панели с учетом допуска Δ_b =10...50 мм:

b_ф = b_ном – Δ_b= 1416 –16 =1400 мм=1,4м;

Конструирование поперечного сечения панели:

Принимаем сжатую фанерную обшивку толщиной δ_фс = 0,8 cм;

Принимаем растянутую фанерную обшивку толщиной δ_фр = 0,6 cм;

Предварительно требуемая высота сечения панели:

м;

По рекомендованному сортаменту пиломатериалов назначаем продольные ребра сечением 50х2000 мм, после острожки по пластям и кромкам получаем чистые заготовки сечением 46х194 мм.

Поперечные ребра принимаем такой же толщины и высотой на один номер сортамента меньше, чем продольные – 50х175мм, после острожки – 46х169 мм;

Определяем расстояние между продольными ребрами в свету:

Определяем расстояние между поперечными ребрами в свету:

Проверяем сжатую обшивку на местный изгиб сосредоточенной силой Р=1,2 кН (вес рабочего с инструментом). Рассматриваем панель как балку шириной 1 м.

Момент от действия сосредоточенной силы:

кНсм;

Момент сопротивления:

Напряжение в сжатой обшивке:

σ =

где т_н – коэффициент, учитывающий действие монтажной нагрузки.

= 0,65 МПа – расчетное сопротивление фанеры.

Сбор нагрузок на панель покрытия:

Максимальные изгибающий момент и поперечная сила:

Геометрические характеристики сечения панели:

Приведенная расчетная ширина сечения панели:

b_пр = 0.9 · b_ф = 0,9 · 1. 4= 1.26 м;

Приведенная площадь поперечного сечения:

Fnp = δ_фс·b_пр+ δ_фр·b_пр +b_р·h_p·n 573.02см²;

Статический момент относительно растянутой кромки сечения:

=6164.21 см³;

Расстояние от растянутой кромки панели до нейтральной линии:

≈ 10.76 см; у_с = h_n – y_p = 20.8 – 10.76 = 10.04см;

Определение момента инерции относительно нейтральной линии сечения:

= + 0,8 ∙+

++4=30377.37 см⁴;

Приведенные моменты сопротивления:

W_пр^Р = см³; W_пр^с = см³;

Проверяем прочность растянутой обшивки:

m_ф = 0,6 - коэффициент, учитывающий ослабление сечения в стыках об­шивки по длине панели;

Проверяем прочность сжатой обшивки:

при

Определяем статический момент сжатой обшивки относительно центра тяжести сечения:

Проверяем скалывающие напряжения по клеевому слою фанеры в преде­лах ширины продольных ребер.

Расчет по второй группе предельных состояний.

Определяем прогиб плиты в середине пролета:

= 1.4 – коэффициент, учитывающий длительность приложения нагрузки;

Определяем относительный прогиб:

2. РАСЧЕТ ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ

Рассчитаем и запроектируем несущие конструкции рамы из прямолиней­ных элементов. Температурно-влажностные условия эксплуатации Б1, т_в=1.

Пролет рамы l = 19.5 м, шаг рам В =6 м. Класс надежности здания - III, у_n= 0,9. Район строительства — г. Луцк, I район по весу снегового покрова, нормативная снеговая нагрузка S₀ = 0,5 кН/м². Ветровая нагрузка при данной схеме рамы и высоте стойки Η ≤ 3 м не учитывается, так как разгружает раму.

Определение геометрических размеров конструкции:

Уклон ригеля принимаем 1:4

Поперечное сечение рамы прямоугольное постоянной ширины b и пере­менной высоты h.

Высота стойки и ригеля в карнизе: см.

Высота поперечного сечения рамы по биссектрисе: где φ = 90°+а,

при уклоне 1:4 а = arctan 0,25 = 14°02', φ = 90°+14°02'=104°02';

см;

Высота стойки на опоре h_cm > 0,4h = 39 см.

Высота сечения ригеля в коньке h_p > 0,3h = 30см.

Ширина сечения принимается: b=200мм

Принимаем доски сечением 200х40 мм. После острожки досок по пластям (5-8 мм) и фрезеровки кромок клееного пакета (15-20 мм) получаем сечение чистых досок 180х32 мм.

Ригель и стойку компонуем в виде прямоугольных клееных пакетов с по­следующей распиловкой пакета:

Схема распиловки пакетов для ригеля и стойки полурамы.

l_риг=

= 6 см;

Статический расчет.

Расчетная схема 3-х шарнирной рамы из прямолинейных элементов

q = g + p

Определяем координаты центров характерных сечений, считая центр тя­жести опорного сечения началом координат:

Длина полурамы по осевой линии: l₀ = l₁ + l₂;

l₀ = 263,52+991,55= 1255,07 см;

Сбор нагрузок на раму

Определяем расчетные погонные нагрузки на ригель рамы:

Постоянная: g = ·В = 0,867·6=5,202 κΗ/м;

Временная: р = р^р·В = 0,7·6 = 4,2 кН/м·,

Полная: q = g + p = 5,202+4,2 = 9,402 кH/м;

Опорные реакции:

Изгибающие моменты в сечениях:

М₁= 0;

Нормальные и поперечные усилия: N₁ = N₂ = v_a,

Проверяем максимальные напряжения в биссектрисном сечении 3:

а) для сжатой зоны вдоль оси х под углом к волокнам β₁

β₁= 90 - = 90° - 52°01' = 37°59'

σ_хс=

=0,649 кН/см² ≤ R_смβ₁ = 0,817 кН/см²

ξ=

λ=φ=

k_ЖN = 0,66+0,34β=0,66+0,34·0,335=0,77 – коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения;

Расчетное сопротивление древесины смятию под углом β₁ к волокнам:

б) Для растянутой зоны вдоль оси х под углом к волокнам β₁:

в) Для сжатой зоны вдоль оси у под углом к волокнам :

Проверяем прочность по нормальным напряжениям в сечении 4:

Раскрепляем раму в направлении из плоскости стеновыми панелями, плитами покрытия, поперечными (скатными) связями, расположенными по наружному контуру рамы, а также вертикальной связью, установленной в биссектрисном сечении 3.

Определяем положение нулевой точки на эпюре изгибающих мо­ментов:

На 3-х участках (от опорного узла до биссектрисного сечения, от биссектрисного сечения до нулевой точки на эпюре моментов и от нулевой точки до конькового узла) проверяем устойчивость плоской формы деформирования рамы с учетом переменности сечения:

а) на участке от опорного до биссектрисного сечения:

– коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения по длине элемента, не закрепленного из плоскости по растянутой от момента кромке.

k_Ф = 1,5 – коэф-т, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке;

б) на втором участке от биссектрисного сечения до нулевой точки

в) на третьем участке от нулевой точки на эпюре моментов () до конь­кового узла:

Максимальное значение изгибающего момента и соответствующей про­дольной силы определяем в сечении, в котором поперечная сила равна нулю.

Проверяем клеевые швы на скалывание в опорном сечении:

КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНОГО УЗЛА:

Конструкция опорного узла рамы

Проверяем торец стойки на смятие вдоль волокон:

Для фундамента принимаем бетон класса В 7,5, R_b = 4,5 Мпа;

Базу проектируем из стали марки ВСтЗкп2, сварка осуществляется электродами Э 42.

Размеры опорной плиты башмака:

Длина плиты l_b = hcm + 2·(3...5 см) = 39,8 + 2·3=45,8 см,

Округляя до целого числа назначаем длину плиты l_b= 46 см;

Ширина плиты b_b = b + 2·(5...10 см) =18 + 2·6 = 30 см,

Определяем фактическое давление на бетон:

Толщину траверс t_T конструктивно назначаем равной 1 см. Толщину опорной плиты назначаем из усло­вия изгиба её как консоли, защемленной на опоре (участок 1), или как пластинки, опертой по трем сторонам (участок 2).

Момент в заделке консольного участка 1:

=0,825 кНсм;

Момент на участке 2, при отношении сторон >2;

Толщина плиты t_пл:

Принимаем толщину опорной плиты 1 см.

Определяем требуемый диаметр анкерных болтов:

Требуемая площадь сечения одного болта из условия среза:

Принимаем болты диаметром d = 18 мм, А = 2,54 см²;

Из условия смятия:

- расчетное сопротивление смятию элементов из стали ВСт3кп2 с временным сопротивлением Run = 365 МПа, соединяемых болтами нормальной точности.

Принимаем высоту башмака h_Б = 20 см;

Проверяем кромку стойки на смятие поперек волокон:

КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНЬКОВОГО УЗЛА.

Принимаем накладки из брусьев сечением bнхhn = 125×200 мм, после острожки 115х190 мм длиной l_н ≥ 2,5 h_P = 2,5 ·30,9 = 77,25 см, принимаем на­кладку длиной l_н = 80 см.

Принимаем расстояния между осями болтов е₁ = 30 см, е₂ = 60 см; диаметр болтов d_Б = 20 мм;

Взаимное смятие торцов полурам под углом к волокнам Ν₇ = Н_А:

Проверяем накладки на изгиб:

Определяем несущую способность одного болта:

а) из условия смятия крайнего элемента:

Ткр = 0,8·а·d_Б =0,8·11,5·2 = 18,4 кН;

б) из условия смятия среднего элемента:

Tcp = 0,8·c·d_Б = 0,8·18·2 = 28,8 кН;

в) из условия изгиба болта:

Т_и = 1,8 · d_Б² + 0,02 · а² = 1,8 · 2² + 0,02 · 11,5² = 9,8 кН;

Т min =кН;

Определяем усилия в болтах:

РАСЧЕТ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ С АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫМИ ОБШИВКАМИ.

Таблица сбора нагрузок

Расчетное сопротивление древесины сосны II сорта растяжению Rp= 0.7кН/см²

Модуль упругости листового асбестоцемента: Е=1300·= 1300·0,65 =845 кН/см² .

Коэффициент приведения : k_np = E_a/E_др = = 1300/1000=1,3

Расчет асбестоцементных панелей на ветровую нагрузку и собственный вес двух панелей:

;

расчетный момент от ветровой нагрузки на период эксплуатации;

2.59кНм; - то же, на период возведения;

k_w – коэффициент, учитывающий влияние податливости шурупов;

6136,43 см³; – момент сопротивления листов обшивки относительно оси х;

Момент инерции поперечного сечения панели относительно оси у:

Рассматриваем сечение как цельное коробчатое:

Прогиб от ветровой нагрузки:

k_ж – коэффициент жесткости составного сечения на податливых связях;

Определяем количество шурупов расставляемых на половине пролета па­нели с каждой стороны при расчете на ветровую нагрузку:

Статический момент брутто одного листа обшивки относительно оси у:

Расчетная несущая способность одного шурупа:

при d = 6 мм T = 180d² + 2a²= 180·0,6² + 2·1²= 66,8 кгс = 0,67кН;

при d = 8 мм T = 180d² + 2a²= 180·0,8² + 2·1²= 117,2кгс = 1,172кН;

При шурупах d = 6 мм можно расставить 49

шурупов с шагом :

;

а при d = 8 мм можно расставить 28

шурупов с шагом:

Проверка панели на монтажную нагрузку:

q_м

Q

M

g_м = k_n · g^р= 3·0,671 = 2,013 кН/см;

где k_n = 3 – коэффициент перегрузки при транспортировании и монтаже по п. 6.25 СниП 2.03.09 – 85.

РАСЧЕТ СТОЙКИ ТОРЦОВОГО ФАХВЕРКА

Вычисляем высоту стойки Н₁:

Расчетная длина стойки:

Н_р = 2·Н₁= 2·4,95 = 9,9м;

При допускаемой гибкости [λ] = 120 радиус инерции сечения:

Требуемая высота поперечного сечения:

При толщине досок 33 мм необходимо 28,7/3,3 = 8,7 досок, принимаем

h=9·3,3 = 29,7 см.

Предварительно назначаем размеры сечения из досок сечением 125х40 мм, после острожки – 115х33 мм: b х h = 11,5 х 29,7 см.

Нагрузки, действующие на стойку:

1) Собственный вес стойки:

G_ст= 0,115·0,297·4,95·5·1,1 = 0,93кН;

2) Собственный вес асбестоцементных стеновых панелей: по высоте укладываются 4,95 /1,2 ≈ 4шт

Постоянная нагрузка от панели: G_ст.п. = 0,671·6·4 = 16,1кН;

3) Временная нагрузка – ветровой напор:

q_ва = w₀ ·k₁ ·c₁ ·В₀ ·γ_f = 0,38·0,65·0,8·6·1,4 = 1,66 кН/пм;

Вычисляем момент от собственного веса стеновых панелей:

М_ст= G_ст·e =16,1·20,85 = 336 кНсм;

Вычисляем момент в заделке стойки от отдельных видов нагрузки:

- от ветрового напора

- от веса стеновых панелей:

Расчетный момент в заделке:

Расчетная продольная сила:

Гибкость стойки:

Проверки выполняются, окончательно принимаем сечение bхh = 11,5х29,7 см.

Литература:

1. СНиП ІІ-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. М. Стройиздат. 1982.

2. СНиП 201.07-65 Нагрузки и воздействия. М. ЦИТП Госстроя СССР. 1987 г.

3. Рекомендации по проектированию панельных конструкций с применением древесины и древесных материалов для производственных зданий ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. М. Стройиздат 1982 г.

4. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП ІІ-25-80) ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. М. Стройиздат 1986 г.

5. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и проектирования. Под редакцией В.А. Иванова. К. Вища школа. 1981 г.

6. Проектирование и расчет деревянных конструкций. Справочник под редакцией И.М. Гриня. К. Будівельник. 1988 г.

7. Слицкоухов Ю.В., Гуськов И.М. и др. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования. М. Стройиздат. 1991 г.

8. Клименко В.В. Проектування дерев’яних конструкцій. К. Вища школа. 1998 р.