Конструкции из дерева и пластмасс

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель Министра образования

Республики Беларусь

____________________А.И. Жук

____________________

Регистрационный № ТД–___________/тип.

 

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

 

Типовая учебная программа

для учреждений высшего образования по специальностям:

1-70 02 01 Промышленное и гражданское строительство;

Экспертиза и управление недвижимостью

СОГЛАСОВАНО	СОГЛАСОВАНО
Председатель Учебно-методического объединения по образованию в области строительства и архитектуры __________________Э.И. Батяновский _______________________________	Начальник Управления высшего и среднего специального образования Министерства образования Республики Беларусь __________________Ю.И. Миксюк ____________________________
	СОГЛАСОВАНО Проректор по учебной и воспитательной работе Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» ___________________В.И. Шупляк ____________________________
	Эксперт-нормоконтролер _____________________________ _____________________________

Минск 2011

СОСТАВИТЕЛИ:

В.Ф. Фомичев, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций Белорусского национального технического университета, кандидат технических наук, доцент;

А.В. Оковитый, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций Белорусского национального технического университета, кандидат технических наук, доцент;

А.И. Згировский, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций Белорусского национального технического университета, кандидат технических наук

 

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра строительных конструкций Учреждения образования «Брестский государственный технический университет»

(протокол № 4 от 30. 12. 2010 г.);

Д.Д. Жуков, доцент кафедры интерьера и оборудованияУчреждения образования «Белорусская государственная академия искусств», кандидат технических наук, доцент

 

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

 

Кафедрой «Металлические и деревянные конструкции» Белорусского национального технического университета

(протокол № 2 от 14. 09. 2010 г.)

 

Научно-методической комиссией Белорусского национального технического университета

(протокол №____ от ____________ 2011 г.)

 

Учебно-методическим объединением по образованию в области строительства и архитектуры

(протокол №____ от ____________ 2011 г.)

 

Ответственный за редакцию: В.Ф. Фомичев

 

Ответственный за выпуск: А.В. Оковитый

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая учебная программа «Конструкции из дерева и пластмасс» разработана в соответствии с образовательными стандартами по специальностям: 1–70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство», 1–70 02 02 «Экспертиза и управление недвижимостью».

Дисциплина «Конструкции из дерева и пластмасс» является одной из ведущих, формирующей инженерный подход к пониманию устройства и работы конструктивных систем зданий и сооружений и развивающей навыки конструирования и расчета строительных конструкций из древесины и пластмасс.

Цель изучения дисциплины: дать студентам знания, необходимые для понимания работы конструктивных элементов и систем; развития навыков инженерного анализа, конструирования и расчета строительных конструкций из древесины и пластмасс; подготовка студентов к профессиональной деятельности при проектировании, возведении и обследовании зданий и сооружений с применением строительных конструкций из древесины и пластмасс.

Задачей дисциплины является: овладение студентами навыками принципов проектирования и компоновки зданий и сооружений с конструкциями из древесины и пластмасс; расчета, конструирования и технико-экономической оценки конструкций для решения конкретных инженерных задач с использованием национальной нормативной и справочно-технической литературы и средств автоматизации проектирования; знакомство с европейской нормативной литературой.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами после усвоения полных курсов дисциплин: «Математика», «Физика», «Теоретическая механика», «Строительное материаловедение», «Сопротивление материалов», «Строительная механика», «Архитектура».

В результате освоения дисциплины «Конструкции из дерева и пластмасс» студент должен:

знать:

– физико-механические свойства и качественные показатели древесины, древесных материалов и пластмасс, применяемых в строительстве;

– способы защиты древесины в конструкциях от биологического повреждения, возгорания и коррозии;

– способы и виды соединений элементов конструкций из древесины и пластмасс и предъявляемые к ним требования;

– основные виды строительных конструкций из древесины и пластмасс и области их эффективного применения;

– требования национальных норм по проектированию зданий и сооружений с деревянными конструкциями, гармонизированных с европейскими нормами;

– принципы расчета и конструирования конструкций из древесины и пластмасс;

– основы технологии изготовления и контроля качества индустриальных конструкций из древесины и пластмасс;

– показатели технико-экономической оценки и пути совершенствования и развития конструкций из дерева и пластмасс.

уметь:

– выбирать оптимальную конструктивную схему компоновки зданий и сооружений с конструкциями из древесины и пластмасс;

– выполнять расчет и конструирование отдельных элементов и конструкций из древесины и пластмасс, в том числе с использованием компьютерной техники, с учетом технологии их изготовления и монтажа;

– определять и анализировать технико-экономические показатели проектируемых конструкций.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. Введение

Краткий исторический обзор развития конструкций из дерева и пластмасс. Индустриализация производства строительных конструкций из дерева и пластмасс. Сырьевые запасы древесины. Вопросы полного использования древесины и восстановления лесных массивов. Современное состояние, перспективы развития и области применения в строительстве конструкций из дерева и пластмасс.

И пластмасс

Основы расчета конструкций из дерева и пластмасс по методу предельных состояний по национальным нормативным документам. Виды нагрузок. Расчетные сопротивления и коэффициенты условий работы древесины и пластмасс.

Работа и расчет элементов из цельной и клееной древесины на осевое растяжение, сжатие, поперечный изгиб. Расчет элементов на косой поперечный изгиб. Предельные прогибы. Особенности работы и расчет элементов на сжатие с изгибом и растяжение с изгибом. Расчет элементов на устойчивость плоской формы деформирования.

Особенности расчета деревянных конструкций и их элементов по европейским нормам проектирования деревянных конструкций – Еврокоду 5.

Особенности расчета элементов конструкций из пластмасс.

 

 

На податливых связях

Податливость связей и ее влияние на распределение сдвигающих усилий по длине элементов, несущую способность и деформативность.

Виды составных элементов на податливых связях: балки, стержни. Особенности расчета составных элементов с учетом податливости связей на сжатие, поперечный изгиб и сжатие с изгибом.

 

Тема 8. Панели

Трехслойные панели на деревянном каркасе с обшивками из листовых и плитных древесных материалов и листовых недревесных материалов, их назначение. Конструктивные решения плит покрытия и стеновых панелей. Основные положения расчета плит покрытия.

Трехслойные панели с применением пластмасс. Светопроницаемые панели. Конструктивные решения, особенности расчета панелей из пластмасс.

 

Тема 11. Стропильные фермы

Классификация стропильных ферм по статической схеме, материалу элементов, очертанию поясов, типу решетки. Области применения ферм. Фермы деревянные и металлодеревянные, из цельной и клееной древесины. Компоновка ферм и выбор материалов для элементов ферм.

Конструктивные решения наиболее распространенных видов ферм: треугольных, многоугольных, сегментных и трапециевидных. Особенности приложения нагрузок на фермы. Определение внутренних усилий и подбор сечения элементов ферм. Особенности расчета верхних поясов ферм: прямолинейных при внецентренном приложении продольного усилия и криволинейных. Конструктивные решения, работа и принципы расчета основных узлов ферм.

Деформации (прогибы) ферм. Придание фермам строительного подъема.

 

Тема 12. Колонны, стойки

Виды колонн и стоек. Колонны и стойки цельнобрусчатые, составные брусчатые, клеедощатые, решетчатые. Определение внутренних усилий и подбор сечения колонн и стоек. Учет податливости при расчете составных колонн и стоек на податливых связях. Конструктивные решения, работа и принципы расчета узлов колонн и стоек. Особенности расчета опорного узла упруго защемленных и шарнирно опертых колонн и стоек.

 

Плоскостных систем

Обеспечение поперечной и продольной неизменяемости и устойчивости зданий и сооружений с плоскостными конструкциями. Виды связей, правила их постановки. Использование жесткости косых настилов и панелей покрытий. Внутренние усилия в элементах связей, принцип их расчета.

 

И тентовые покрытия

Воздухоопорные и пневмокаркасные пневматические конструкции, и их разновидности. Области применения, достоинства и недостатки. Материалы для конструкций. Принципы конструирования и расчета пневматических конструкций.

Понятие о висячих и тентовых покрытиях.

 

Изготовления конструкций

Основные стадии технологического процесса изготовления конструкций из цельной и клееной древесины: сушка пиломатериалов, механическая обработка перед склеиванием, склейка с запрессовкой, механическая обработка клееных пакетов, защитная обработка, сборка изделий.

Контроль качества изготовления конструкций: входной контроль сырья и материалов, пооперационный контроль на всех стадиях технологического процесса, испытание готовых изделий.

 

Конструктивных решений

Основные положения методики технико-экономической оценки конструкций. Система технико-экономических показателей и критерии сравнительной эффективности. Понятие о методике определения материалоемкости, стоимости и приведенных затратах.

Пути совершенствования и факторы, влияющие на эффективность и области применения конструкций из древесины и пластмасс: эффективные материалы, оптимальные конструктивные решения с учетом прогрессивной технологии их изготовления, рационального раскроя материалов и минимальных затрат энергоресурсов.

Раздел VII. Специальные деревянные конструкции ^*)

Сооружений

Очертания кружал и опалубки. Основные типы и конструктивные схемы лесов и кружал для возведения арочных и сводчатых сооружений. Нагрузки и основные положения расчета. Основные узловые соединения.

 

Тема 22. Башни, мачты

Области применения и основные конструктивные схемы решетчатых башен и мачт. Виды решеток. Нагрузки и основные положения расчета. Основные узловые соединения.

 

Тема 23. Мосты

Области применения и основные конструктивные схемы мостов. Основные элементы мостов. Нагрузки и основные положения расчета. Основные узловые соединения.

 

 

*) –Рекомендуется для изучения по специальности 1-70 02 01 в разделе дисциплины по специальным конструкциям за счет вузовского компонента.

Примерный перечень тем лабораторных работ

1. Испытание стыкового соединения на цилиндрических нагелях с определением несущей способности и деформаций сдвига.

2. Испытание стыкового соединения на гвоздях с определением несущей способности и деформаций сдвига.

3. Испытание соединения на лобовой врубке с определением несущей способности и деформаций смятия.

4. Испытание балки на поперечный изгиб с определением напряжений по высоте сечения и прогиба.

5. Испытание металлодеревянной фермы с определением усилий в элементах и прогиба.

 

Примерный перечень тем практических занятий

1. Расчет и конструирование стыковых соединений на цилиндрических нагелях, болтах, винтах, гвоздях.

2. Расчет и конструирование соединения на лобовой врубке.

3. Расчет и конструирование трехслойных панелей покрытия с обшивками, приклеиваемыми к каркасу.

4. Расчет и конструирование составных брусчатых балок.

5. Расчет и конструирование клеедощатых балок.

6. Расчет и конструирование клеефанерных балок.

7. Расчет и конструирование составных брусчатых колонн (стоек) на податливых связях.

8. Расчет и конструирование клеедощатых колонн (стоек).

 

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

(для специальности 1-70 02 01)

Курсовой проект «Деревянное каркасное здание».

Содержание: выбор схемы каркаса; компоновка поперечной рамы, стоек фахверка, покрытия; расчет и конструирование ограждающей и несущей конструкций покрытия, колонны и стойки фахверка, основных узлов конструкций каркаса; определение технико-экономических показателей конструкций.

Объем работы: расчетно-пояснительная записка с эскизами и обоснованием принятых решений и 3-4 листа чертежей формата А2.

 

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

(для специальности 1-70 02 02)

Курсовая работа «Деревянное каркасное здание».

Содержание: выбор схемы каркаса из простейших конструкций; компоновка поперечной рамы, стоек фахверка, покрытия; расчет и конструирование ограждающей и несущей конструкций покрытия, колонны, стойки фахверка, основных узлов конструкций каркаса; определение технико-экономических показателей конструкций.

Объем работы: расчетно-пояснительная записка с эскизами и обоснованием принятых решений и два листа чертежей формата А2.

 

Основная литература

1. Конструкции из дерева и пластмасс / Учебн. для вузов / Ю.В. Слицкоухов [и др.]; под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В. Слицкоухова. – 5-е изд. – Москва: Стройиздат, 1986. –543 с.

2. Конструкции из дерева и пластмасс / Учебн. для вузов / М.М. Гаппоев [и др.]. – Москва: Издательство АСВ, 2004. – 440 с.

3. Конструкции из дерева и пластмасс / Учебн. для техн. вузов / Д.К. Арленинов [и др.]; под общ. ред. Д.К. Арленинова. – Москва: Издательство АСВ, 2002. – 280 с.

Дополнительная литература

1. Конструкции из дерева и пластмасс / Учебн. пособие для вузов / Г.Н. Зубарев [и др.]; под ред. Ю.Н. Хромец. – 3-е изд. – Москва: Academia, 2004. –303 с.

2. Калугин, А.В. Деревянные конструкции / Учебн. пособие / А.В. Калугин. – Москва: Издательство АСВ, 2003. – 224 с.

3. Арленинов, Д.К. Деревянные конструкции. Примеры расчета и конструирования / Учебное пособие / Д.К. Арленинов, Ю.Н. Буслаев, В.П. Игнатьев; под ред. Д.К. Арленинова. – Москва: Издательство АСВ, 2006. – 246 с.

4. Ковальчук, Л.М. Деревянные конструкции в строительстве / Л.М. Ковальчук [и др.]. – Москва, Стройиздат, 1995. – 248 с.

5. Максимович, Б.Г. Проектирование и производство конструкций из клееной древесины / Б.Г. Максимович. – Минск: Вышэйшая школа, 1981. – 212 с.

6. Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций / ЦНИИСК им. Кучеренко. – Москва: Стройиздат, 1977. – 192 с.

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

8. ТКП 45-5.05-146-2009. Деревянные конструкции. Строительные нормы проектирования / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. – Минск: РУП «Минсктиппроект», 2009. – 63 с.

9. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. – Москва: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 36 с.

10. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения. – Москва: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 11 с.

11. Изменение №1 к СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. – Минск, 2004. – 7 с.

12. ТКП EN 1995-1-1-2009. Еврокод 5. Проектирование деревянных конструкций. Часть 1-1. Общие правила и правила для зданий. Минск: РУП “Минсктиппроект”, 2010. – 98 с.

 

Компьютерные программы и
другие научно-методические материалы

1. Многофункциональные комплексы LIRA, SCAD, MSC/NASTRAN и другие системы для расчета, исследования и проектирования конструкций на основе конечно-элементного анализа; пакет AutoCAD и др.

2. Программные и методические разработки кафедры по практическим занятиям, выполнению лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов.

 

Министерство образования Республики Беларусь

белорусский национальный технический университет

Строительный факультет

Кафедра «Металлические и деревяннвые конструкции»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

на тему: «ДЕРЕВЯННОЕ ОДНОЭТАЖНОЕЗДАНИЕ»

по дисциплине: «КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС»

 

Выполнил: студент группы 112143 Чумаков И. М.

Минск 2008

Проверил: Иванов В.А.

РЕФЕРАТ

Стр. 33; рис. 12; табл. 5; библ. наименований 8

АРКА, КОЛОННА, РАСЧЕТ, НАГРУЗКА, СТОЙКА, УЗЕЛ

В курсовом проекте произведен расчет деревянных конструкций поперечной рамы здания. Определены расчетные и нормативные нагрузки на покрытие и поперечную раму здания.

Подобрано сечение арки. Выбраны конструктивные решения и рассчитаны узлы арки. Скомпоновано сечение колоны, которое обеспечивает прочность колоны и общую устойчивость. Осуществлена компоновка и расчёт покрытия здания.

Перечень графического материала: 3 листа формата А2.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................... 4

1. Краткая характеристика объекта................................................................................ 5

2. Компоновка здания...................................................................................................... 6

3. Расчет клеефанерной панели покрытия..................................................................... 6

3. Конструирование и расчет трехшарнирной стрельчатой арки.............................. 13

3.1. Определение геометрических характеристик............................................ 13

3.2. Сбор нагрузок на арку................................................................................... 16

3.3. Статический расчет арки.............................................................................. 20

4. Подбор сечениия арки................................................................................................ 22

5. Расчёт конькового узла................................................................................................ 24

6. Расчёт опорного узла................................................................................................... 26

7. Расчёт колонны............................................................................................................ 29

ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................................. 33

Введение

В данном курсовом проекте рассматривается расчёт и конструирование техническое здание с использованием деревянных конструкций. Основным несущим элементом здания является стрельчатая трёхшарнирная клеедощатая арка.

Арки стрельчатого очертания выполняют обычно клееными из многослойного пакета гнутых плашмя досок. Клееные арки криволинейного очертания – один из наиболее эффективных типов современных деревянных конструкций заводского изготовления. Они отличаются лёгкостью, небольшим числом сборочных элементов и соединений, экономичностью и архитектурной выразительностью.

Исходя из удобства транспортирования и монтажа, обычно отдают предпочтение трёхшарнирным аркам, состоящим из двух отдельных, изогнутых по дуге окружности, клееных полуарок. В стрельчатой арке имеется в коньковом шарнире перелом оси.

1. Краткая характеристика объекта

Склад для хранения минеральных удобрений расположен в г. Пинске. Здание теплое, класса III, температурно-влажностный режим в условиях эксплуатации деревянных конструкций Б1.

Основные несущие конструкции покрытия – трехшарнирные клееные арки стрельчатого очертания. Пролет арок 26 м, шаг арок – 4.2 м. Кровля –клеефанерные панели. Район строительства по снеговой нагрузке – IБ, по ветровой нагрузке – I.

Рис. 1 Поперечный разрез склада

Компоновка здания

Рис. 2 Компоновочная схема

 

Таблица 1

Подсчёт нагрузок на 1 м² покрытия

№	Состав покрытия	Нормативная нагрузка, кПа		Расчётная нагрузка, кПа
	Три слоя рубероида на битумной мастике	0,120	1,3	0,156
	Фанерные обшивки 0,008·2·7	0,112	1,1	0,123
	Дощатые продольные рёбра с учётом брусков продольных стыков	0,043	1,1	0,047
	Дощатые поперечные рёбра	0,0065	1,1	0,007
	Утеплитель – минеральная вата = 200 кг/м^3	0,062	1,2	0,074
	Пароизоляция	0,020	1,2	0,024
Итого постоянная нагрузка	0,363	-	0,431
	Снеговая нагрузка	0,8	1,6	1,28
Итого полная нагрузка	1,1625		1,711

Коэффициент надежности по нагрузке γ _f = 1.6, т.к. (по п. 5.7 [2]). Полная нагрузка на 1 м панели:

;

Далее выписываем расчётные характеристики фанеры по [1]. В зависимости от условий эксплуатации значения расчетных сопротивлений фанеры следует умножать на коэффициенты (табл.6.4 [1]), а также на и (требования п.6.1.4.4.2 и 6.1.4.4.7).

- расчетное сопротивление растяжению в плоскости листа (т.6.11 [1]);

- расчетное сопротивление сжатию в плоскости листа (т.6.11 [1]);

- расчетное сопротивление скалыванию в плоскости листа (т.6.11 [1]);

- расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа (т.6.11 [1]);

- модуль упругости для древесины при расчете по предельным состояниям второй группы вдоль волокон (п.6.1.5.1 [1]);

- модуль упругости при расчете по первой группе предельных состояний (п.6.1.5.2 [1]),

- расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон (т.6.5 [1]);

;

-модуль упругости фанеры (т.6.12 [1]);

- расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон (т.6.5 [1]);

Расчет геометрических характеристик сечения панели.

Так как , то расчетная ширина фанерных обшивок будет (п.7.3.1.10 [1]).

 

 

 

Рис.4 Поперечное сечение клеефанерной панели покрытия

 

Приведенный момент инерции поперечного сечения панели:

Приведенный момент сопротивления поперечного сечения панели:

Далее проверяем панель на прочность. Максимальный изгибающий момент в середине пролёта:

Напряжения в растянутой обшивке:

; (п.7.3.1.9 [1])

,

где – коэффициент, учитывающий снижение расчётного сопротивления фанеры в растянутом стыке (п.7.3.1.9 [1]);

. - коэффициент надежности по ответственности (СНиП 2.01.07-85 прил.7).

Недонапряжение:

 

Теперь проверяем сжатую фанеру на устойчивость:

(ф-ла 7.63 [1]);

Находим коэффициент продольного изгиба фанеры. Расстояние в свету между продольными рёбрами составляет . Тогда будем иметь:

, тогда ; (п.7.3.1.11)

Недонапряжение составит:

Проводим расчёт на скалывание по клеевому слою фанерной обшивки (в пределах ширины продольных рёбер):

(ф-ла 7.67 [1]);

Приведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси:

Расчётная ширина клеевого соединения в данном случае:

Расчетная поперечная сила:

Далее найдём касательные напряжения:

Проверяем панель по прогибу.

Приведенный модуль упругости панели для второй группы предельных состояний:

, (ф.-ла 8.1 [1])

где =1 - для балок постоянного сечения (п.8.3 [1])

=22,5 - коэффициент, учитывающий влияние деформации сдвига от поперечной силы (табл.8.2[1])

=0,106 м – наибольшая высота сечения

Относительный прогиб панели:

Предельный прогиб составляет . Т.о. .

Недонапряжение:

Запроектированная панель удовлетворяет требованиям по прочности и жёсткости.

 

3. Конструирование и расчёт трёхшарнирной арки стрельчатого очертания.

 

В качестве основных несущих конструкций покрытия склада приняты арки из клееной древесины. Металлические элементы конструкции выполняют из оцинкованной стали. По аркам укладывают разрезные прогоны из брусьев. В средней части покрытия вдоль всего склада расположена галерея для транспортера. Опорами арок служат железобетонные фундаменты.

 

3.1. Геометрические характеристики арки

 

Длина хорды полуарки:

R_н =

sin(α/2)=l₀/2*R=18,4/2*25,7=0,358

α= 41,954

Длина дуги полуарки:

a - угол наклона хорды полуарки к горизонту.

Определим угол наклона касательной в коньке к горизонту. Для этого нам необходимо определить координаты центра радиуса кривизны относительно центра окружности:

Рис.5

 

, т.к. l/ 2 = f, то a = b

25,7² = (13+ a)² + a ²

660,49 = 169 + 26 a + a ² + a ²

2a ² + 26 a –491,49 = 0

D = b ² – 4 ac = 676 - 4×2×491,49 = 4607,92

Отрицательный корень уравнения в данном случае будет равен:

 

Для удобства расчета разобьем полуарку на 5 отрезков сечениями 0 – 5. Найдем длину этих отрезков. Примем за начало координат левый опорный шарнир арки.

Определим длину отрезков:

, где

S_i – длина i- го отрезка;

S – длина дуги полуарки;

5 – число отрезков.

 

Координаты центра радиуса (кривизны) полуарки:

Координаты расчетных сечений 0 – 5:

, где

(n – номер сечения).

Расчеты координат расчетных сечений будем вести в форме таблицы 3. "Расчетные сечения".

Таблица 2. "Расчетные сечения"

№ сеч.	n× α 1	α n	cos α n	sin α n	R×cos α n	R×sin α n	xn	yn
	8,4 16,8 25,2 33,6	24,023 32,414 40,804 49,194 57,584 65,974	0,913 0,844 0,757 0,6535 0,536 0,407	0,407 0,536 0,6535 0,757 0,844 0,913	23,464 21,961 19,455 16,795 13,775 10,46	10,46 13,775 16,795 19,455 21,961 23,464	1,783 4,019 6,679 9,699 13,014	3,312 6,332 8,992 11,228

 

Определим зону L = 2 x _c, где a £ 50°. Для этого определим x ₅₀ и y ₅₀:

R*sin40=25,7*0.643=16,52 y_k=16.52-a=16,52-10,47=6,05

R*cos40=25,7*0,766=19,6862 x_k=x₅-(19.6862-a)=13-(19,6862-10,47)=3,7838

Рис. 6

3.2. Сбор нагрузок на арку.

Сбор нагрузок на арку будем вести в форме таблицы 2 "Нагрузки на арку". Коэффициент перехода от веса вышележащих конструкций к нормативной нагрузке:

P₂=P₃= 2,03 кН/м

, где

S – длина дуги полуарки, м;

f – стрела подъёма, м.

P₁= 0,947 кН/м

 

Рис. 7 P₄= 0,541 кН/м

 

Таблица 3. "Нагрузки на арку"

Вид нагрузки	Вес покрытия кН/м^2	k	Нормат. нагрузка gн, кН/м^2	Расчетная gd, кН/м^2
Постоянная: Плита	0,3625 0,431	1,45 1,45	0,5242	0,623
Итого:			0,5242	0,623
Временная: Снеговая:				0,8*1,6=1,28

 

В таблице снеговая нагрузка:

Собственный вес арки:

Постоянная равномерно-распределенная нагрузка:

Отношение её к нормативному весу снегового покрова:

Т.о. полная нагрузка на арку:

, где

n = 1,4 – коэффициент надежности по нагрузке;

p ₀ = 0,23кН/м² – скоростной напор ветра для I района /3/

Коэффициент изменения напора ветра с изменением высоты.

c₁ = 0,7; c₂ = -1,2; c₃ = -0,4 - аэродинамический коэффициент /3/

Боковые зоны ветрового давления ограничены точками имеющими ординату:

y = 0,7 f = 0,7×13 = 9,1 м.

Итак, ветровая нагрузка будет равна:

P₁ = k × p₀×n×B = 0,7×1,0×0,23×1,4×4,2 =0,9467 кН/м

P₂ = P₃ = 1,2×1,25×0,23×1,4×4,2 = 2,0286 кН/м

P₄ = 0,4×1,0×0,23×1,4×4,2 =0,541 кН/м

Угол β = 24⁰ > 15⁰. Согласно схемам 1б приложения 3 СНиП 2.01.07-85 расчет несущих конструкций покрытия в виде стрельчатых арок необходимо вести с учетом следующих вариантов снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия:

1. Равномерно распределенная по средней части арки в интервале между точками, где касательные к дуге образуют с горизонтальной плоскостью углы не более 50⁰

s = s ₀μg _f g_nB=0.8*1*1.6*0.95*4.2=5.107 кН/м

2. Распределенная по левой полуарке с =0.75 а на правой с = 1.25

s_л = s ₀μg _f g_nB=0,8*0,75*1,6*0,95*4,2=3,83 кН/м

s_п = s ₀μg _f g_nВ=0,8*1,25*1,6*0,95*4,2=6,384 кН/м

Схема нагружения арки:

Рис.8 Схема нагрузок на арку

3.3. Статический расчет арки.

Статический расчет арки производится с помощью инженерной программы SCAD. Исходными данными для расчета служат схема загружений и координаты расчетных сечений арки.

 

№сеч	Постоянная	Нагрузка от снега №1	Нагрузка от снега №2	Нагрузка от ветра	Комбинации усилий
пол пр. слева	пол пр. справа	весь пролет	пол пр. слева	пол пр. справа	весь пролет	слева	справа	М(+)­	М(-)
	7.48	7.24	-18.74	-11.5	5.43	-23.43	-18	28.77	-10.43	39.889	-22.994
	19.35	48.75	-28.35	20.4	22.56	-35.44	-12.88	35.52	-19.69	95.193	-30.267
	29.94	50.55	-28.35	22.2	36.56	-35.44	1.12	18.9	-30.08	92.445	-29.028
	23.18	41.4	-18.74	22.66	31.05	-23.43	7.62	-3.88	-25.04	56.948	-20.443
	23.18	-18.74	41.4	22.66	-14.06	51.76	37.7	-25.04	-3.88	66.272	-16.222
	29.94	-28.35	50.55	22.2	-21.26	63.18	41.92	-30.08	18.9	103.812	-22.647
	19.35	-28.35	48.75	20.4	-21.26	37.59	16.33	-19.69	35.52	85.149	-23.886
	7.48	-18.74	7.24	-11.5	-14.06	9.05	-5.01	-10.43	28.77	41.518	-18.773

 

Таблица 4²Комбинация усилий²

 

 

Формула нахождения продольной силы в сечении арки:

N = Q°× sin j_n + H× cos j_n

 

для сечения 7:

x₇ = 19,321 м; j₇ =49,194; sin j₇ = 0,757; cos j₇ = 0,653.

 

Для вертикальных нагрузок определяем значения балочных и поперечных сил от:

собственного веса:

;

 

снеговая на правой полуарке:

;

 

полная:

Суммарный распор от тех же загружений:

H = 20,315 +15,3216*09 =34,10444 кН.

Т.о. N₇ =18,467*0,757+34,10444*0,6535 = 36,265 кН.