Проектирование однопролетного здания

Курсовой проект

Проектирование однопролетного здания

 

Выполнила:

студентка гр.

 

Проверил: Шведов В. Н.

 

 

Новосибирск 2012

Содержание

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

1. Расчет и конструирование клеефанерной плиты……………………………………4

2. Расчет и конструирование несущих конструкций покрытия………………………8

3. Расчет и конструирование дощато-клееных колонн однопролетного здания…..19

4. Расчет и конструирование дощато-клееных фахверков однопролетного здания..24

Список литературы…………………………………………………………………..26

 

Плита покрытия клеефанерная.

Нужно запроектировать плиту с фанерными обшивками размером в плане 1.5*4.5м. для здания механических мастерских. Фанерные листы обшивок стыкуются между собой на усовое соединение с длиной уса 10δ, где δ - толщина обшивки. Наружные слои фанеры располагаются вдоль пролёта панели.

Обшивки - фанера марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной - нижняя δ_н= 7мм, верхняя δ_в= 9мм, плотностью ρ = 7кН/м³. Рёбра - сосновые доски 2-го сорта, ρ = 5кН/м³.

Пароизоляция – слой битума. Каркас - 4 продольных ребра из досок 50*175мм (в заготовке). После острожки кромок h_р = 175-5.5=169.5 ≈ 170мм.

Поперечные рёбра не ставятся (кроме двух обрамляющих в торцах). Ширина панели по низу – 1490 мм, по верху – 1470 мм. Высота панели из условия жесткости принимается

h = (1/30 ÷ 1/40)ℓ; h = 17.0 + 0.7 + 0.9 = 18.6см.

 

Нагрузки на 1м² панели таблица1.

№	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка,
	Постоянная
	Рубероидный рулонный трехслойный ковер	0,100	1,2	0,120
	Собственный вес панели: фанера	0,112	1,1	0,123
	Каркас из продольных и поперечных ребер толщиной	0,08	1,1	0,088
	-утеплитель	0,184	1,2	0,221
	-слой битумнойпароизоляции	0,020	1,2	0,024
	Итого постоянная нагрузка:	0,503		0,584
	Временная
	Снеговая		1,6	0,5*1,6=0,8
	Итого временная нагрузка:	0,35		0,8
	Всего:	0,853		1,384

 

Ширина площади опирания – 6 см (не менее 5.5см)

Фактический продольный размер l_o= 4.5 - 0.02 = 4.48 м.

Расчетный пролет панели l_р = 4.5*0.99 = 4.455 м.

Полные нагрузки на 1 погонный метр панели при её ширине 1.5м составят:

Нормативная нагрузка: g^н = 0,853*1,5 = 1.28 кН/м

Расчетная нагрузка: g = 1,384*1.5 = 1.626 кН/м

Расчетные характеристики материалов.

Для фанеры δ_н= 7мм, δ_в= 9мм, Е_ф⁷= Е_ф⁹ = 9000 МПа;

R_ф.р= 14.0 МПа - растяжение; R_ф.ск= 0.8 МПа - скалывание;

R_ф.с= 12.0 МПа-сжатие; R_ф.н= 6.5 МПа – изгиб поперёк волокон наружных слоёв;

Для древесины: Е_др= 10000 МПа; R_н = 13,0 МПа – изгиб;

R_ск= 1,6 МПа – скалывание.

 

М= = 7,17кНм;

 

Q = R = = 4.83кН.

 

Ввиду совместности работы деревянных рёбер и фанерных обшивок, имеющих разные модули упругости, конструктивный расчет следует выполнять по методу приведённого сечения.

δ_н= 0,007м; δ_в= 0,009м;

5,94

h_р=0,17м; b_р=4*0,04=0,16м; В_расч.=0,9*1,5=1.34м.

 

0,17

0,007

0,16

0,009

1,34

0,097

рис. 1 Расчетная схема
рис.2Приведенное сечение

Согласно этому методу геометрические характеристики приводят к тому материалу, в котором проверяется напряженное состояние. При расчете панели приводим к материалу обшивок (фанере), так как производим проверку их прочности как наиболее напряженных.

 

 

Конструктивный расчёт.

1.Расчет по несущей способности и устойчивости.

1.1 Нормальные напряжения в растянутой обшивке

 

рис.3 Разрушение растянутой обшивки

 

σ= = 2,86 МПа <R_фр*m_ф = 14*0.6 = 8.4 МПа.

где m_ф – коэффициент, учитывающий ослабление фанеры в стыке на «ус».

1.2 Устойчивость сжатой обшивки.

σ =

рис.4 Разрушение сжатой обшивки

φ_о= = 0.528,

где a - расстояние между рёбрами в свету.

а = = 0.437 м;

σ = = 4,98 МПа <R_фс = 12 МПа.

 

1.3 Местный изгиб верхней обшивки от сосредоточенного груза (монтажник с инструментами Р = 1,2 кН).

7,1

1,2

М= =

= 7,1*10^-2кНм;

 

T LqezyXgy1P9XiDh8f4JopMOmV7LJ6fQUxDLP2jNdhpZ0TKphjykrfaDRMzdw6PqiD7LNjuoUUO6Q VwNDj+NM4qYG85GSDvs7p/bDhhlBiXqhUZtZkqZ+IIKRTp6M0TDnnuLcwzRHqJw6Sobt0oUh8rxp uEINKxn49WIPmRxSxr4NtB9mzA/GuR2ifv0JFj8BAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQAnhCYp4QAA AAoBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI/LTsMwEEX3SPyDNUhsUOqQhqQNmVQICUR3UBBs3Xia RPgRbDcNf49ZwXI0R/eeW29mrdhEzg/WIFwvUmBkWisH0yG8vT4kK2A+CCOFsoYQvsnDpjk/q0Ul 7cm80LQLHYshxlcCoQ9hrDj3bU9a+IUdycTfwTotQjxdx6UTpxiuFc/StOBaDCY29GKk+57az91R I6zyp+nDb5fP721xUOtwVU6PXw7x8mK+uwUWaA5/MPzqR3VootPeHo30TCEky5uijCxCmQOLQJKt s7huj5AXGfCm5v8nND8AAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAA AAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAA CwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEA21Nfjz4CAABRBAAA DgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAJ4QmKeEAAAAK AQAADwAAAAAAAAAAAAAAAACYBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAKYFAAAA AA== ">

7,1

 

1,2

рис.5 схема загружения панели

 

=

=5,26 <R⁹⁰_ф*m_н =

0,477

= 6,5*1,2 = 7,8 МПа,

где m_н=1.2- коэффициент, учитывающий кратковременное действие монтажной нагрузки.

с = а + b_р/4 = 0,437+0,16/4 = 0,477м – расстояние между рёбрами в осях.

Предполагается, что действие сосредоточенной нагрузки распределяется на ширину b=1,0м, а расчетная схема при этом представляет собой балку с защемлёнными концами.

 

 

1.4 Скалывание по клеевому шву в местах приклейки верхней обшивки к рёбрам.

рис.6 Скалывание по клеевому шву

 

τ = ;

τ = = 0,09 МПа <R_фск = 0,8 МПа.

1.5 Прочность рёбер на скалывание по нейтральной оси у опор.

рис.7 Скалывание ребер

 

τ =

τ = = 0,195 МПа <R_ск = 1,6 МПа.

 

2. Расчет по деформациям.

2.1 Прогиб панели в середине следует определять, принимая жесткость равной 0.7*Е_ф*J_пр.ф

Условия прочности и деформативности выполнены.

 

Конструкций покрытия

Исходные данные.

Принимаем в качестве несущих конструкций покрытия треугольную трехшарнирную распорную систему с клееным верхним поясом из сосны 2 сорта с влажностью не более 12% и металлической затяжкой из стали марки ВСт13пк2 по ТУ-14-1-3023-80.

Продельная жесткость покрытия обеспечивается прогонами, прикрепленными к верхним поясам систем и постановкой горизонтальных связей, воспринимающих ветровую нагрузку. Горизонтальные связи образуют в плоскости верхних поясов двух соседних несущих конструкций ферму, которая передает действующие в ее плоскости усилия на продольные стены. Горизонтальные связи должны быть расположены в торцевых частях здания и по его длине на расстоянии не более 30м одна от другой.

рис. 8. Рабочая схема

Опорная плита.

Горизонтальную опорную плиту (см. рис. 8б.) рассчитывают на изгиб под действием напряжений смятия ее основания как однопролетную балку с двумя консолями.

Площадь опорной плиты принимают

Напряжение смятия

Равномерно распределенная нагрузка на балку q=σ*b=1.16*0.2=0.232

Изгибающий момент в сечении над опорой

Момент в средней части плиты

Необходимый момент сопротивления

Необходимая толщина плиты

Принимаем толщину плиты

Необходимую длину шва приварки нижнего пояса к вертикальным листам при ручной сварке электродами марки Э-42 и высоте катета шва определяют по формуле

где n_ш=4 – число швов, прикрепляющих нижний пояс к вертикальным листам;

– коэффициент согласно табл. 34 СНиП II-23-81;

– расчетное сопротивление металла швов сварных соединений с угловыми

швами согласно табл. 56 СНиП II-23-81;

– коэффициент условия работы шва согласно п. 11.2 СНиП II-23-81;

– коэффициент условия работы согласно табл. 6, п. 5 СНиП II-23-81.

Требуемая длина шва

Принимаем длину шва

Сварные швы, прикрепляющие петли к нижнему поясу при принимаем

Расчет и конструирование конькового узла (см. рис. 9.).

При полном симметричном снеговом нагружении покрытия верхние концы сжатого пояса подвержены сминающему действию горизонтальной силы и стыкуются простым лобовым упором: Размер площадки назначаем из расчета на обеспечение приложения силы, сжимающей верхний пояс, с таким же эксцентриситетом е=0.1м, как и в опорном узле. Для этого устраиваем зазор высотой, равной двум величинам эксцентриситета.

Площадка смятия в узле

Смятие в коньковом узле происходит под углом к волокнам, и расчетное сопротивление древесины смятию будет

где – расчетное сопротивление смятию вдоль волокон древесины 2 сорта

по табл. 3 СНиП II-25-80;

– расчетное сопротивление смятию поперек волокон древесины 2 сорта

по табл. 3 СНиП II-25-80;

Напряжение смятия в узле

 

рис. 15. Коньковый узел

При несимметричном нагружении снегом лишь одного из скатов покрытия в коньковом узле возникает поперечная сила, которая воспринимается парными деревянными накладками на болтах.

Поперечная сила в узле при несимметричной снеговой нагрузке будет

Накладки принимаем сечением Учитывая косо-симметричную схему работы накладок и прикладывая к ним поперечную силу в точке перегиба их оси (см. рис. 12б.), определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие накладки к поясу:

Для прикрепления накладок принимаем болты диаметром 12мм.

Несущая способность болта на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия, считая в запас, под углом 90⁰ к волокнам будет: (см. табл. 17 и 19 СНиП II-25-80) из условия изгиба болта

из условия смятия накладки

из условия смятия среднего элемента – верхнего пояса

Минимальная несущая способность Т_min=3кН.

Необходимое число болтов в ближайшем к узлу ряду принимаем два болта.

Число болтов в дальнем от узла ряду принимаем один болт.

Указанная на рис. 12а расстановка болтов удовлетворяет требованиям п. 5.18 СНиП II-25-80.

Изгибающий момент в накладках (см. рис. 9б.)

Момент сопротивления накладки, ослабленной двумя отверстиями диаметром 12мм

Напряжение в накладках

где (см. табл. 3 СНиП II-25-80).

Для поддерживания нижнего пояса от провисания в коньковом узле устраивают подвеску из тяжа диаметром 12мм.

 

 

1. Расчет и конструирование дощато-клееных

Конструктивный расчет

В плоскости рамы стойка работает как защемлённая на опоре вертикальная консоль в условиях сжатия с изгибом. Из плоскости рамы стойка представляет собой стержень с неподвижными шарнирами на концах.

Сечение стойки имеет размеры 160*396мм, тогда:

F=0.185*0.396=7.32*10^-2м²

W_x=0.185*0.396²/6=4.83*10^-3м³

J_x=0.185*0.396³/12=9.57*10^-4м⁴

r_x=0.289*h_k=0.289*0.396=0.1144м

r_y=0.289*b_k=0.289*0.185=0.0476 м

В плоскости рамы расчет производится как сжато-изгибаемого элемента. Определяем гибкость стойки в плоскости изгиба, считая, что в здании отсутствуют жесткие торцевые стены.

l_ох= 2,2*6 = 13.2 м.

 

Вычисляем коэффициент по формуле:

 

, где

R_c=15 МПа –для древесины второго сорта. Расчетное сопротивление умножаем на коэффициент условия работы т_н=1.2, поскольку конструкцию мы рассчитываем с учетом воздействия ветровой нагрузки. Коэффициенты т_б и т_сл в нашем случае равны 1.0.

Расчет стойки на прочность производим по формуле:

,

где М_д=M/ξ=38.23/0.717=53.33кНм

Из плоскости рамы колонну рассчитываем как центрально-сжатый элемент. Расстояние между узлами вертикальных связей устанавливаем по предельной гибкости λ_пр=120

L_oy= λ_пр*r_y=120*0.289*0.185=6.4>6 м

Следовательно, достаточно раскрепить стойку по её верху, тогда

λ_oy=6/0.289*0.185=112

φ_y=

Проверку устойчивости плоской формы деформирования производим по формуле:

, где φ = 0.239

,

где l_р=Н=6м –расстояние между точками закрепления стойки из плоскости изгиба; к_ф=2.54 –коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_р

Следовательно устойчивость стойки обеспечена в двух плоскостях.

Предварительный подбор сечения колонн.

Располагаем 7 фахверков на расстоянии 3.5 м друг от друга, которые крепятся к верхнему поясу системы, в результате чего их высота составляет 7,4 м.

Предельная гибкость для колонн равна 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда при и распорках, располагаемых по верху колонн:

При высоте здания H=6.5м получим:

Сечение колонн выполняют виде клееного пакета, состоящего из черновых заготовок по рекомендуемому сортаменту (применительно к ГОСТ 24454 – 80^*Е) сечением 40 250мм. После фрезерования черновых заготовок по пластям на склейку идут чистые доски сечением 33 200мм.

Клееный пакет из 8 досок общей высотой 8 33=264мм. После склейки пакета его еще раз фрезеруют по боковым поверхностям, таким образом сечение клееного пакета составляет 235 264мм.

Список литературы

1. СНиП II-23-81 «Стальные конструкции».

2. СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции».

3. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

4. Индустриальные деревянные конструкции. Учебное пособие для вузов/ Ю.В. Слицкоухов, И.М. Гуськов, Л.К. Ермоленко и др.; Под ред. Ю.В. Слицкоухова. – М.:Стройиздат, 1991 – 256с.

5. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80)/ ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.:Стройиздат, 1986-216с.

6. Конструкции из дерева и пластмасс. Примера расчета и конструирования: Учеб. пособие для вузов / Под ред. проф. Иванова В.А. – 3-е изд., перераб. и доп. – Киев: Высш. школа. Главное изд-во, 1981-392 с.

7. А.Б.Шмидт,Ю.В.Халтурин,Л.Н.Пантюшина «15 примеров расчета деревянных конструкций»/Барнаул 1997

Курсовой проект

Проектирование однопролетного здания

 

Выполнила:

студентка гр.

 

Проверил: Шведов В. Н.

 

 

Новосибирск 2012

Содержание

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

1. Расчет и конструирование клеефанерной плиты……………………………………4

2. Расчет и конструирование несущих конструкций покрытия………………………8

3. Расчет и конструирование дощато-клееных колонн однопролетного здания…..19

4. Расчет и конструирование дощато-клееных фахверков однопролетного здания..24

Список литературы…………………………………………………………………..26