Расчет ограждающих конструкций покрытия

Курсовой проект

по конструкциям из дерева и пластмасс

Тема: производственное здание

 

 

Выполнил: Шаев К.Е.

студент гр.424

 

Проверил: Шведов В. Н.

 

Новосибирск 2015

Содержание

 

1. Расчет ограждающих конструкций покрытия. 4

2. Расчёт фермы.. 10

2.1 Определение геометрических размеров фермы.. 10

2.2 Сбор нагрузок. 11

2.3 Определение усилий в элементах фермы и подбор сечений. 12

3. Расчёт и конструирование узловых соединений. 23

3.1 Опорный узел. 23

3.2 Узел примыкания раскоса к верхнему поясу. 27

3.3 Средний узел нижнего пояса. 30

3.4 Коньковый узел. 33

4. Конструирование и расчет клеедощатой стойки. 35

Список литературы.. 43

 

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

(Сибстрин)

 

Задание № 19

на курсовой проект по конструкциям из дерева и пластмасс

 

 

Фамилия студента _____ Шаев К.Е. ___________________ группа_ 424 __

Тема проекта _ расчет и конструирование деревянных несущих конструкций _

Схема и основные размеры проектируемого сооружения__________________

Назначение сооружения и его краткая характеристика

производственное отапливаемое здание длиной 60 метров с шагом несущихконструкций 5 метров

 

Район постройки

___ снеговой район IV ;____ветровой район _ II ___________________________

 

Специальные указания_______________________________________________

____________________________________________________________________

Специальная литература_______________________________________________

____________________________________________________________________

 

Дата выдачи задания____0 2.02.2015 _____________________ _____________

(подпись студента)

Срок защиты____________ ___________________________________________

 

Руководитель проекта Шведов В.Н.

Расчет ограждающих конструкций покрытия

Принимаем клеефанерную панель перекрытия размером в плане 1,5*5 м.

Фанерные листы обшивок стыкуются между собой на усовое соединение длиной уса 10*δ, где δ – толщина обшивки. Наружные слои фанеры располагаются вдоль пролета панели.

Обшивки - фанера марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной - нижняя δ_н= 7 мм, верхняя δ_в= 9 мм, плотностью ρ = 7 кН/м³. Рёбра - сосновые доски 2-го сорта, ρ = 5 кН/м³. Утеплитель – твердые минераловатные плиты толщиной 10см на синтетическом связующем ρ = 2 кН/м³.

Пароизоляция – слой битума 2 мм, которым приклеивается утеплитель. Каркас - 4 продольных ребра из досок 50*175 мм (в заготовке). После острожки кромок h_р = 175-5,5 = 169,5 ≈ 170 мм.

Поперечные ребра не ставятся (кроме двух обрамляющих в торцах). Ширина панели по низу – 1490 мм, по верху 1470 мм. Высота панели из условия жесткости и теплотехнического расчета принимается h = (1/30 ÷ 1/40)* l, h = 17 + 0,7+0,9 = 18,6 см (≈1/30* l).

Нагрузки на 1м² панели Таблица1

№   п/п	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка,
	Постоянная
	Рубероидный рулонный трехслойный ковер	0,1	1,2	0,12
	Собственный вес панели: фанера	0,112	1,1	0,123
	Каркас из продольных ребер 5*4*0,05*0,17/1,5 и поперечных ребер 5*2*0,05*0,17/5	0,13	1,1	0,143
	-утеплитель 0,1*1,3*2/1,5	0,173	1,2	0,208
	-пароизоляция 0,002*10,5	0,021	1,2	0,025
	Итого постоянная нагрузка:	0,536		0,619
	Временная
	Снеговая	1,68		2,4
	Всего:	2,216		3,019

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

Фактический продольный размер l_o= 5 – 0,02 = 4,98 м.

Расчетный пролет панели l_р = 5*0,99 = 4,95 м.

Полные нагрузки на 1 погонный метр панели при её ширине 1,5 м составят:

Нормативная нагрузка: g^н = 2,216*1,5 = 3,324 кН/м

Расчетная нагрузка: g = 3,019*1,5 = 4,529 кН/м

Расчетные характеристики материалов

Для фанеры δ_н= 7 мм, δ_в= 9 мм, 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.ск.= 0,8 МПа – скалывание;

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.

 

 

 

 

Рис.1 Расчетная схема

 

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

δ_н= 0,007 м;

δ_в= 0,009 м;

h_р=0,17 м;

b_р=4*0,04=0,16 м;

В_расч.=0,9*1,5=1,35 м.

 

Рис.2 Приведенное 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.3Разрушение растянутой обшивки

 

σ= = 5,537 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

 

,

где a - расстояние между рёбрами в свету.

а = = 0,437 м;

Рис.4 Разрушение сжатой обшивки

σ = = 10,7 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

Рис. 5 Схема загружения панели

М= = 7,16*10^-2 кН*м;

м³;

7,1

=5,3 < R⁹⁰_ф m_н = 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 = 0,477 м – расстояние между рёбрами в осях.

Предполагается, что действие сосредоточенной нагрузки распределяется на ширину b=1 м, 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 = = 0,011 МПа < R_фск = 0,8 МПа.

 

1.5 Прочность рёбер на скалывание по нейтральной оси у опор

Рис.7 Скалывание ребер

 

τ = = 0,144 МПа < R_ск = 1,6 МПа.

 

2. Расчет по деформациям

2.1 Прогиб панели в середине пролета

Прогиб панели в середине пролета следует определять, принимая жесткость равной 0,7 Е_ф J_пр.ф.

 

Условия прочности и деформативности выполнены.

 

 

Рис 8. Клеефанерная панель покрытия (пароизоляция и утеплитель условно не показываются)

 

 

Расчёт фермы

Запроектировать и рассчитать несущие конструкции под кровлю из утепленных клеефанерных панелей производственного здания пролетом 12 м. Температурно-влажностный режим условия эксплуатации А2.

Шаг ферм В = 5 м. Место строительства – IV снеговой район. Материал фермы: сосновые доски 2-го сорта и сталь марки С235. Класс ответственности здания II,

Сбор нагрузок

Нагрузки, приходящиеся на 1 м²плана здания, представлены в табл.2

Сбор нагрузок на 1м² плана зданияТаблица 2

Нагрузка	Нормативная нагрузка, кН/м^2	Коэф-т надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м^2
1. Постоянная от плиты qп^пл/cos	0,536/0,949=0,565	1,1	0,622
2. Собственный вес фермы	0,143	1,1	0,157
Итого постоянная нагрузка	0,708		0,779
3. Временная (снеговая) нагрузка	1,68		2,4
Полная нагрузка	2,388		3,179

Собственный вес фермы определяем:

где g^н - нормативная постоянная нагрузка от массы конструкций покрытия, опирающихся на стропильную конструкцию;

s^н - нормативная снеговая нагрузка;

q_экв - условная эквивалентная равномерно распределенная нагрузка при наличии в пролете сосредоточенные сил;

l - расчетный пролет в м;

k_св- коэффициент собственного веса конструкции

 

Полное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле:

S = S_g*μ,

где S_g – расчётное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли.

μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

 

Опорный узел

Рис.21 Опорный узел

Верхний пояс фермы упирается в стальной башмак (из стали С235), состоящий из нижней опорной плиты, вертикальных листов δ=10 мм и приваренной к ним сверху упорной наклонной плиты, усиленной тремя ребрами жесткости δ=6 мм. К вертикальным листам башмака изнутри приварены ветви нижнего пояса.

Верхнюю упорную плиту считают на изгиб как однопролетную балку.

Для создания принятого при расчете верхнего пояса эксцентриситета е=0,04 м высота упорной плитки должна быть:

h_n=h-2*e=0,264-2*0,04=0,184 м.

Статический момент инерции поперечного сечения относительно оси Х1-Х1 равен

S_x1=184*8*(60+8/2)+3*6*60/2=94748 мм³.

Площадь поперечного сечения F=184*8+3*60*6=2552 мм².

Расстояние от оси Х1-Х1до центра тяжести сечения:

y₀=S/F=94748/2552=37 мм.

Расстояние от центра тяжести сечения до наружной грани упорной плиты y₁=68-37=31 мм.

Момент инерции сечения относительно центральной оси:

J_x=184*8³/12+184*8*(31-8/2)²+3*6*60³/12+3*6*60*(37-60/2)²=1457858 мм⁴.

Минимальный момент сопротивления сечения:

W_min= J_x/ y₀=1457858/37=39401 мм³.

Рис.22 Упорная плита

Напряжение смятия древесины в месте упора верхнего пояса в упорную плиту:

Пролет упорной плиты принимаем равным расстоянию между осями вертикальными листов l _n=140 мм.

Погонная нагрузка на упорную плиту:

q=δ*h_n=8,17*184*10^-6=1,5*10^-3 МН/мм.

Изгибающий момент:

М=q*l_n²/8=1,5*10^-3*140²/8=3,675 МН*мм=3,675*10^-3 МН*м.

Напряжение изгиба в плите:

Условие прочности выполняется.

 

Опорная плита

Горизонтальную опорную плиту рассчитываем на изгиб под действием напряжения смятия ее основания как однопролетную балку с двумя консолями. Максимальная опорная реакция фермы ,размеры опорной плиты принимаем bх l =200х270мм,

площадь опорной плиты:

Рис.23 Опорная плита

Напряжение смятия:

Равномерно-распределенная нагрузка на балку:

q=δ*b=1,93*0,2=0,386 МН/м

Изгибающий момент в сечении над опорой:

Изгибающий момент в середине пролета балки:

расчетным является сечение над опорой.

Требуемый момент сопротивления:

Требуемая толщина плиты:

Принимаем толщину плиты =12мм.

Рассчитаем сварные швы, прикрепляющие уголки нижнего пояса к вертикальным фасонкам в опорном узле.

Продольная сила в нижнем поясе N= 271,58 кН.

Принимаем катет шва kf=6 мм. Расчетная длина шва (с учетом количества уголков - 2 шт. и m= 0,85)

Для неравнополочных уголков (75х50х6) длина шва у “обушка” должна составлять l ₁ =0,6* l.

l ₁=0,6*0,223=134 мм; l ₂=0,4*0,223=89 мм – длина шва у “пера”.

Конструктивно длину швов принимаем l ₁=150 мм; l ₂=100 мм.

Сварные швы, прикрепляющие пластинки – ребра упорной плиты к вертикальным листам. Необходимая длина шва при k_f=6 мм

Имеется l _ш=2*(60+60)=240>149 мм.

 

Коньковый узел

В коньковом узле между концами панелей верхнего пояса установлен металлический вкладыш.

Рис.27 Коньковый узел

Смятие торца верхнего пояса:

Металлическую стену вкладыша рассчитываем на изгиб как консольную балку под действием напряжения смятия от упора торца верхнего пояса. Изгибающий момент консольной части стенки вкладыша шириной 10мм:

Момент в средней части:

Необходимый момент сопротивления:

Требуемая толщина стенки вкладыша:

Принимаем

Уголок-шайбу стойки рассчитываем на изгиб:

l – расстояние между ребрами вкладыша

Требуемый момент сопротивления:

Проверку прочности пластинок-наконечников на продольный изгиб производим у наиболее сжатого раскоса: , свободная длина пластинки-наконечника .

Гибкость:

;

Напряжение сжатия:

Список литературы

1. СНиП 2 – 25 - 80 «Деревянные конструкции»

2. СНиП 2.01.07.-85*. Нагрузки и воздействия. – М.: М-во стр-ва РФ, 2003. – 42 с.

3. СНиП 2-23-81 «Стальные конструкции».

4. Пособие по проектированию ДК (к СНиП 2-25-80)/ ЦНИИСК им. Кучеренко М.: Стройиздат, 1982. – 79с.

5. Шмидт А.Б., Дмитриев П.А. Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры

6. 15 примеров расчета деревянных конструкций для курсовых и дипломных работ. Учебное пособие.

7. Д.К. Арленинов, Ю.Н. Буслаев «Деревянные конструкции» 2006г.

Курсовой проект

по конструкциям из дерева и пластмасс

Тема: производственное здание

 

 

Выполнил: Шаев К.Е.

студент гр.424

 

Проверил: Шведов В. Н.

 

Новосибирск 2015

Содержание

 

1. Расчет ограждающих конструкций покрытия. 4

2. Расчёт фермы.. 10

2.1 Определение геометрических размеров фермы.. 10

2.2 Сбор нагрузок. 11

2.3 Определение усилий в элементах фермы и подбор сечений. 12

3. Расчёт и конструирование узловых соединений. 23

3.1 Опорный узел. 23

3.2 Узел примыкания раскоса к верхнему поясу. 27

3.3 Средний узел нижнего пояса. 30

3.4 Коньковый узел. 33

4. Конструирование и расчет клеедощатой стойки. 35

Список литературы.. 43

 

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

(Сибстрин)

 

Задание № 19

на курсовой проект по конструкциям из дерева и пластмасс

 

 

Фамилия студента _____ Шаев К.Е. ___________________ группа_ 424 __

Тема проекта _ расчет и конструирование деревянных несущих конструкций _

Схема и основные размеры проектируемого сооружения__________________

Назначение сооружения и его краткая характеристика

производственное отапливаемое здание длиной 60 метров с шагом несущихконструкций 5 метров

 

Район постройки

___ снеговой район IV ;____ветровой район _ II ___________________________

 

Специальные указания_______________________________________________

____________________________________________________________________

Специальная литература_______________________________________________

____________________________________________________________________

 

Дата выдачи задания____0 2.02.2015 _____________________ _____________

(подпись студента)

Срок защиты____________ ___________________________________________

 

Руководитель проекта Шведов В.Н.

Расчет ограждающих конструкций покрытия

Принимаем клеефанерную панель перекрытия размером в плане 1,5*5 м.

Фанерные листы обшивок стыкуются между собой на усовое соединение длиной уса 10*δ, где δ – толщина обшивки. Наружные слои фанеры располагаются вдоль пролета панели.

Обшивки - фанера марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной - нижняя δ_н= 7 мм, верхняя δ_в= 9 мм, плотностью ρ = 7 кН/м³. Рёбра - сосновые доски 2-го сорта, ρ = 5 кН/м³. Утеплитель – твердые минераловатные плиты толщиной 10см на синтетическом связующем ρ = 2 кН/м³.

Пароизоляция – слой битума 2 мм, которым приклеивается утеплитель. Каркас - 4 продольных ребра из досок 50*175 мм (в заготовке). После острожки кромок h_р = 175-5,5 = 169,5 ≈ 170 мм.

Поперечные ребра не ставятся (кроме двух обрамляющих в торцах). Ширина панели по низу – 1490 мм, по верху 1470 мм. Высота панели из условия жесткости и теплотехнического расчета принимается h = (1/30 ÷ 1/40)* l, h = 17 + 0,7+0,9 = 18,6 см (≈1/30* l).

Нагрузки на 1м² панели Таблица1

№   п/п	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка,
	Постоянная
	Рубероидный рулонный трехслойный ковер	0,1	1,2	0,12
	Собственный вес панели: фанера	0,112	1,1	0,123
	Каркас из продольных ребер 5*4*0,05*0,17/1,5 и поперечных ребер 5*2*0,05*0,17/5	0,13	1,1	0,143
	-утеплитель 0,1*1,3*2/1,5	0,173	1,2	0,208
	-пароизоляция 0,002*10,5	0,021	1,2	0,025
	Итого постоянная нагрузка:	0,536		0,619
	Временная
	Снеговая	1,68		2,4
	Всего:	2,216		3,019

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

Фактический продольный размер l_o= 5 – 0,02 = 4,98 м.

Расчетный пролет панели l_р = 5*0,99 = 4,95 м.

Полные нагрузки на 1 погонный метр панели при её ширине 1,5 м составят:

Нормативная нагрузка: g^н = 2,216*1,5 = 3,324 кН/м

Расчетная нагрузка: g = 3,019*1,5 = 4,529 кН/м