Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли.

Курсовой проект

на тему:

“ Проектирование кровельных конструкций и несущего каркаса здания»

Выполнил студент ИСА IV-5

Федусов Степан

Москва 2015г.

З а д а н и е #20: запроектировать каркас отапливаемого здания с рамами из прямолинейных элементов с зубчатым клеевым соединением ригеля и стойки в карнизном узле.

Исходные данные.

1.	Схема	Гнутоклееная рама (ДГР)
2.	Снеговой район	III
3.	Пролет, м	15,0
4.	Шаг несущих конструкций, м	4,5
5.	Тип ограждающих конструкций	Спаренные неразрезные прогоны
6.	Тип кровли	Натуральная черепица
7.	Высота колонны, м	5,4
8.	Улон кровли	30°
9.	Длина здания	27 м

Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли.

Принимаем рабочий настил из досок размером 125х32мм, II-го сорта согласно сортамента пиломатериалов (ГОСТ 8486-86*Е). Расстояние между осями досок рабочего настила 325мм., а между досками обрешетки 345мм. Шаг прогонов 1,25м

Расчет рабочего настила

Сбор нагрузок на рабочий настил.

Рабочий настил укладывается под защитный настил и закрепляется на прогонах.

По скомпонованному сечению настила составляем таблицу нормативных и расчетных нагрузок на 1 м².

а) Равномерно распределенная нагрузка.

Таблица 2.1

№	Наименование нагрузки	Норм. нагрузка. кН/м^2	Коэф. надежн.	Расч. нагрузка кН/м^2
1.	Мягкая черепица ELRUS 260х420мм	0.41	1.2	0.49
2.	Обрешетка под черепицу-брусок 50х50мм с шагом в осях 345мм ho* bo* γд /co	0,05*0,05*5/0,345= =0,036	1.1	0.04
3.	Водонепроницаемая мембрана TYVEK 60 г/м^2	0,0006	1.2	0.00072
4.	Рабочий настил – 125х50 мм с шагом в осях 325 мм hн* bн*γд/cн	0.125∙0.032∙5/0.325 = = 0,061	1.1	0.068
	Итого постоянная нагрузка	0,508		0,6
5.	Временная нагрузка - снеговая III район	1.26	1,4	1.764
	Итого полная нагрузка	1,768		2,364

где h_o; h_н - ширина сечения обрешетки и настила соответственно

b_o; b_н - толщина сечения обрешетки и настила соответственно

c_o; c_н; - шаг обрешетки и настила соответственно

γ_д – объемный вес древесины.

Расчётное значение снеговой нагрузки принимается по СНиП 2.01.07-85* для г. Москвы S-1.8 кН/м2, а нормативное значение снеговой нагрузки принимается умножением на коэффициент 0.7 расчётной, т.е. S =1.8х0.7=1.26 кН/м2.

Sр=1.26∙1.4=1.764 кПа

б) Сосредоточенная сила Р=1 кН. Коэффициент надежности по нагрузке . Расчетное значение сосредоточенной силы Р_р= Р_н кН.

При двойном настиле (рабочем и защитном, направленным под углом к рабочему) сосредоточенный груз следует распределять на ширину 500 мм рабочего настила.

В случае расчета одинарного настила с расстоянием между осями досок более 150 мм. нагрузку от сосредоточенного груза следует передавать на одну доску, а при расстоянии менее 150мм на две доски.

В нашем примере полная нагрузка на 1 пог. метр распределяется на 500мм. рабочего настила:

а) постоянная + снеговая

нормативная нагрузка: q^н =1.768∙0.5=0.884 кН/м

расчётная нагрузка: q^р =2.364∙0.5=1.182 кН/м

б) постоянная

расчётная нагрузка: q^р_пост=0.6∙0.5=0.3 кН/м

где 0.5 – расчетная ширина рабочего настила.

Расчетная схема.

Расчет настила ведем как балки по 2-х пролетной схеме. Расстояние между опорами равно шагу прогонов L = 1,25м. Настил рассчитываем на два сочетания нагрузок.

1_Постоянная + снеговая.

qпост + qснег = 1,182 кН/м

P=1.2кН

qпост = 0.3кН/м

2_Постоянная + сосредоточенная сила Р = 1,2 кН.

Расчет по первому предельному состоянию.

Проверка рабочего настила на прочность.

где М – максимальный изгибающий момент;

W – момент сопротивления;

Rи – расчетное сопротивление древесины изгибу;

m_Н – 1,2 – коэффициент, учитывающий кратковременность действия сосредоточенной нагрузки (принимается для второго сочетания нагрузок).

При первом сочетании нагрузок:

При втором сочетании нагрузок:

Момент сопротивления сечения рабочего настила определяем на ширине 500 мм.

На рисунке видно, что в выделенную зону 500 мм. Попадает сечение одной доски. Поэтому, чтобы определить искомую величину необходимо вычислить момент сопротивления целого сечения одной доски.

Момент сопротивления сечения досок на участке 500мм:

Проверяем прочность по максимальному моменту из двух сочетаний нагрузок:

Сбор нагрузок на рабочий настил.

По скомпонованному сечению прогона составляем таблицу нормативных и расчетных нагрузок на 1 м².

Сбор нагрузок.

Таблица 2.2

№	Наименование нагрузки	Норм. Нагрузка. кН/м^2	Коэф. надежн.	Расч. нагрузка кН/м^2
1.	Натуральная черепица ERLUS 260х420 мм.	0.41	1.2	0.49
2.	Обрешетка под черепицу – брусок 50х50мм с шагом в осях 345мм b /с	0,05*0,05*5/0,345= =0,036	1.1	0.04
3.	Водонепроницаемая мембрана TYVEK 60 г/м^2	0,0006	1.2	0.00072
4.	Рабочий настил – доска 125х32мм с шагом в осях 325мb /с	0,125*0,032*5/0,325= =0,061	1.1	0.068
5.	Прогон 175х150 с шагом в осях 1.25 м	0,175*0,15*5/1,25= =0,105	1.1	0.12
	Итого постоянная нагрузка	0,613		0,719
6.	Временная нагрузка- - снеговая 3 район	1.26	1,4	1.764
	Итого полная нагрузка	1,873		2,483

- нормативная: q^н = 1,873 * 1,25 = 2,34кН/м

- расчетная: q^р = 2,483* 1,25 = 3,1 кН/м

№1

Характеристики сечения (древесины второго сорта)

Расчетное сопротивление сечения Rи=15 МПа (СНИП II-25-80)

Модуль упругости древесины Е=10 000 МПа

При расчетах прогона надо иметь в виду, что прогон работает на косой изгиб;

b=150мм; h=175мм

нормативная: q = 2,34 кН/м

расчетная: q = 3,1 кН/м

Исходные данные

Пролет рам 15м, шаг 4.5м, длина здания 27м. Ограждающие конструкции покрытия – натуральная черепица Sea Wave. Район строительства – г. Москва. Здание по степени ответственности относится ко II классу (γ=0,95) прил. 7* [6].

Температурно-влажностные условия эксплуатации 1 из табл. 1 СП[5]. Все конструкции заводского изготовления. Материал – древесина из сосны 2-го сорта, металлические конструкции – сталь марки С235 ГОСТ 27772-88*.

 

Сбор нагрузок на раму

Нагрузку от покрытия (постоянная нагрузка) принимаем по предварительно выполненным расчетам ограждающих конструкций:

нормативная ;

расчетная .

Собственный вес рамы определяем при из выражения

, где

– расчетный пролет рамы;

Статический расчет рамы

Максимальные усилия в гнутой части рамы возникают при действии равномерно распределенной нагрузки по пролету. Опорные реакции:

вертикальные: ;

горизонтальные: .

Максимальный изгибающий момент в раме возникает в центральном сечении гнутой части. Координаты этой точки определяем из следующих соотношений:

;

.

Определяем М и N в этом сечении:

;

.

Конструкции и расчет узлов

Опорный узел

Определим усилия, действующие в узле:

продольная сила:

;

поперечная сила:

.

Опорная площадь колонны:

.

При этом, напряжение смятия составляет:

,

где – расчетное сопротивление смятию, которое определяется по СП 64.13330.2011.

Нижняя часть колонны вставляется в стальной сварной башмак, состоящей из диафрагмы, воспринимающей распор, двух боковых пластин, воспринимающих поперечную силу, и стальной плиты – подошвы башмака.

При передаче распора на башмак колонна испытывает сжатие поперек волокон, значение расчетного сопротивления которого определяется по СП 64.13330.2011 и для принятого сорта древесины составляет:

.

Требуемая высота диафрагмы определяется из условия прочности колонны.

.

Принимаем конструктивно высоту диафрагмы .

Рассчитываем опорную вертикальную диафрагму, воспринимающую распор, на изгиб как балку, частично защемленную на опорах, с учетом пластического перераспределения моментов:

Найдем требуемый из условия прочности момент сопротивления сечения. При этом примем, что для устройства башмака применяется сталь с расчетным сопротивлением .

.

Тогда толщина диафрагмы:

.

Принимаем толщину диафрагмы . Боковые пластины принимаем той же толщины в запас прочности.

Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты:

длина опорной плиты:

,

ширина:

включая зазор «с» между боковыми пластинами и рамой по 0,5 см.

Для крепления башмака к фундаменту принимаем анкерные болты диаметром 20 мм, имеющие следующие геометрические характеристики:

;.

Анкерные болты работают на срез от действия распора. Определяем срезывающее усилие:

кН

Напряжение среза определим по формуле:

,

Условие прочности анкерных болтов выполняется.

Коньковый узел

Коньковый узел устраивается путем соединения двух полурам нагельным соединением с помощью накладок.

Максимальная поперечная сила в коньковом узле возникает при несимметричной временной снеговой равномерно-распределенной нагрузке на половине пролета, которая воспринимается парными накладками на болтах.

Поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке:

,

где – расчетная снеговая нагрузка, вычисленная ранее.

Определяем усилия, на болты, присоединяющие накладки к поясу.

,

где – расстояние между первым рядом болтов в узле;

– расстояние между вторым рядом болтов.

По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями может быть или . Мы приняли отношение 1/3

Принимаем диаметр болтов 16 мм и толщину накладок 75 мм.

Несущая способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 900 к волокнам находим из условий:

Изгиба болта:

кН

но не более кН

где а – толщина накладки (см)

d – диаметр болта (см)

ka- коэф. зависящий от диаметра болтов и величины угла между направлением усилия и волокнами древесины накладки

Смятия крайних элементов-накладок при угле смятия 900:

кН

Смятие среднего элемента – рамы при угле смятия a=900 – 300 = 600

кН

где с – ширина среднего элемента рамы, равная b (см)

Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов: Тmin=4,62 кН

Необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:

, принимаем 2 болта

Количество болтов в дальнем от узла ряду:

, принимаем 1 болт

Принимаем расстояние между болтами по правилам расстановки СП

l1 ≥ 7*d = 7*1,6 = 11,2 см, принимаем 12 см, тогда расстояние

l2 =3*l1 = 3*12 = 36 см

Ширину накладки принимаем ³ 9,5*d, что равно 152 мм, согласно сортамента по ГОСТ 24454-80*(3) принимаем ширину накладки 175 мм, тогда

- расстояние от края накладки до болтов S2 ³ 3*d = 3*1,6 =4,8 см, принимаем 5 см;

- расстояние между болтами S3 ³ 3,5*d = 3,5*1,6 = 5,6 см, принимаем S3= 175-2*50=75 мм,что больше чем 56 мм

Изгибающий момент в накладках равен:

кНсм

Момент инерции накладки, ослабленной отверстиями диаметром 1,2 см:

Момент сопротивления накладки:

см3

Напряжение в накладках:

где 2 – количество накладок

Rи = 13 МПа –расчетное сопротивление древесины изгибу по табл.3 СНиП

Следовательно, принимаем 2 болта в первом ряду и 1 болт в крайнем ряду.

Проверку боковых накладок на изгиб не выполняем ввиду очевидного запаса прочности.

Используемая литература

1. Методическое пособие «Примеры расчета распорных конструкций. (Гнутоклеёные рамы и рамы с соединением ригеля и стойки на зубчатый шип)», В.И. Линьков, Е.Т. Серова, А.Ю. Ушаков. МГСУ, Москва 2007г.
2. Методические указания «Примеры расчета ограждающий конструкций»,

В.И.Линьков, Е.Т. Серова, А.Ю. Ушаков МГСУ, Москва, 2007г.

1. СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции».
2. СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».
3. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

Курсовой проект

на тему:

“ Проектирование кровельных конструкций и несущего каркаса здания»

Выполнил студент ИСА IV-5

Федусов Степан

Москва 2015г.

З а д а н и е #20: запроектировать каркас отапливаемого здания с рамами из прямолинейных элементов с зубчатым клеевым соединением ригеля и стойки в карнизном узле.

Исходные данные.

1.	Схема	Гнутоклееная рама (ДГР)
2.	Снеговой район	III
3.	Пролет, м	15,0
4.	Шаг несущих конструкций, м	4,5
5.	Тип ограждающих конструкций	Спаренные неразрезные прогоны
6.	Тип кровли	Натуральная черепица
7.	Высота колонны, м	5,4
8.	Улон кровли	30°
9.	Длина здания	27 м

Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли.

Принимаем рабочий настил из досок размером 125х32мм, II-го сорта согласно сортамента пиломатериалов (ГОСТ 8486-86*Е). Расстояние между осями досок рабочего настила 325мм., а между досками обрешетки 345мм. Шаг прогонов 1,25м

Расчет рабочего настила