zapogi.ru 1


Министерство образования и науки РФ

Саратовский Государственный Технический Университет

Кафедра: Промышленное и гражданское строительство



Пояснительная записка к курсовой работе



по дисциплине « Конструкции из дерева и пластмасс »

на тему: «Проектирование основных конструкций

деревянного каркаса одноэтажного

промышленного здания»


Выполнил: студент САДИ, ПГС-52

Киселев Ю.Ю.

Проверил: Пшенов А.А.
Саратов 2010

Содержание


Введение

Исходные данные


3


1

Конструирование и расчет клеефанерной плиты покрытия

5

2

Конструирование и расчет клеефанерной балки с параллельными поясами двутаврового сечения

10

3

Конструирование и расчет дощатоклееной колонны прямоугольного сечения

16


4

Расчет узла защемления колонны в фундаменте

Список использованных источников

22

5

Список использованных источников

26


Введение

Выполнение курсового проекта «Каркас одноэтажного промышленного здания» по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс» направлено на усвоение знаний, полученных при изучении теоретической части этой дисциплины и на выработку практических навыков расчета и проектирования деревянных конструкций.


В курсовом проекте рассматриваются особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане и по высоте, схемы связей по балкам и колоннам, компоновка поперечной рамы, правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок – постоянных, временных, а также особенности расчета основных конструкций поперечной рамы одноэтажного промышленного здания.

Расчет деревянных конструкций производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» и согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Исходные данные


  1. Пролет – 21 м;

  2. Шаг несущих конструкций – 6 м;

  3. Длина здания – 78 м;

  4. Высота колонны – 8,5 м;

  5. Район строительства – г. Нижний Тагил, Свердловская область.

  6. Ограждающие конструкции – клеефанерные панели;

  7. Балка покрытия – клеефанерная с параллельными поясами двутаврового сечения;

  8. Колонна – клееная прямоугольного сечения.

  9. Снеговой район – IV

  10. Ветровой район – II


1. Конструирование и расчет клеефанерной плиты покрытия
Принимаем номинальные размеры плиты 1,5х6м. В продольном направлении длину плиты принимаем 5960 мм. Каркас плиты выполняем из сосновых досок 2-го сорта с расчетным сопротивлением скалыванию вдоль волокон при изгибе Rск=1,6 МПа.

Обшивки плит принимаем из березовой фанеры марки ФСФ толщиной 10 мм. Приняв ширину листов фанеры 1525 мм, с учетом обрезки кромок, ширину плиты принимаем 1480 мм, а поверху 1420 мм, что обеспечивает необходимый зазор между плитами.

Расчётные характеристики фанеры принимаем по таблице 10/(3): Rфс=12 МПа; Rфш=6,5 МПа; Rфр=14 МПа; Rск=0,8 МПа. Высоту ребра каркаса принимаем h=l/35=600/35=17 см. С учётом сортамента досок и их острожки высоту рёбер принимаем 20 см. Сечение 210x46 мм и 210х32. Общее число продольных ребер – 4, что обеспечивает расстояние в свету между ребрами менее 50 см(42,13). Торцевые и поперечные ребра принимаем высотой 210 мм.


В качестве утеплителя принимаем минераловатные плиты толщиной 180 мм.

Вес продольных ребер:




Вес поперечных ребер:



Вес обшивок:


Вес решетки удерживающей утеплитель:

Вес утеплителя:



Сбор нагрузок на плиту покрытия. Табл.1

Вид нагрузки

qн,

кН/м2

f

q,

кН/м2

1. Постоянная










- вес кровли

0,15

1,3

0,195

- вес ребер

0,152

1,1

0,167

- вес обшивок

0,132

1,1

0,145

- вес утеплителя

0,289


1,2

0,347













2. Временная










- снеговая (IVрайон)

1,68




2,4

Итого полная нагрузка:

2,41




3,254


Определение расчетных усилий

Определим значения погонной нагрузки:



.

Расчетная длина плиты



Максимальные значения расчетных усилий:

- изгибающий момент



- поперечная сила


Определение геометрических характеристик сечения.

Небольшим наклоном плиты из-за уклона верхнего пояса балки пренебрегаем в запас прочности. Коробчатое сечение клеефанерных плит покрытия заменяем для упрощения расчетов на двутавровое. Так как l>6Чc (5.96>6Ч0.421=2.53), то для учёта неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине плиты уменьшаем расчётную ширину фанерной обшивки путём введения в расстояние между рёбрами коэффициент 0,9. При этом ширина плиты:




Материалы, входящие в поперечное сечение плиты, приводим к фанере обшивки. Для вычисления коэффициента приведения модули упругости древесины и фанеры принимаем по п. 3.5. 1: Едр=10000 МПа, Еф=9000МПа.

Определяем приведенный момент инерции:



Приведенный момент сопротивления:

Wnp=(2Inp)/hn=(258044.57)/23=5047.35 см3

Выполним проверку условий прочности:

1. Проверка верхней обшивки на сжатие с учетом устойчивости при общем изгибе плиты

При расстоянии между ребрами в свету с=42,1 см и толщине фанеры ф=1 см имеем отношение:




2. Проверка верхней обшивки на местный изгиб между продольными ребрами от сосредоточенного груза.

Предполагается, что в процессе монтажа и эксплуатации на плиту может выходить рабочий, вес которого с инструментом принимают 1 кН с коэффициентом надежности 1,2. при этом считается, что действие этой нагрузки распределяется на полосу шириной 100 см. В качестве расчетной схемы принимают балку с обоими защемленными концами (рис.3). Тогда максимальный изгибающий момент:

М=(Рс1,2)/8=142,11,2/8=6.32 кНсм.

Момент сопротивления сечения обшивки с расчетной шириной 100 см:

Wф=100ф2/6=10012/6=16,7 см3






3. Проверка нижней обшивки на растяжение при общем изгибе плиты.



4. Проверка клеевого шва между шпонами фанеры на скалывание.

Статический момент обшивки относительно нейтральной оси:

Sф=bрасфz= 129.3111=1422,3см3



5. Проверка продольных ребер на скалывание.



Статический момент половины сечения, приведенный к древесине относительно нейтральной оси сечения плиты:





Момент инерции сечения, приведенный к древесине:







6.Относительный прогиб плиты от нормативной нагрузки.


Можно сделать вывод, что запроектированная клеефанерная плита покрытия имеет прогиб от нормативных нагрузок, не превосходящий предельно допустимого, и её несущая способность по отношению к расчётным нагрузкам имеет дополнительные запасы несущей способности.


2. Конструирование и расчет клеефанерной балки.

Конструирование балки

Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок, дощатых поясов и ребер, склеенных между собой. Балку проектируем двутаврового сечения. Для стенок применяем водостойкую фанеру ФБФ по ГОСТ 3916-69 толщиной не менее 10 мм. Для поясов применяем сосновые доски сечением 200х40 и 150х40 (после острожки и калибровки пиломатериалов получаем доски с сечением 185х33 мм и 135х33мм).

Высоту сечения балки в середине пролета определяем из условия:

hтр=(1/8…1/12)L – принимаем 1900 мм.

Высоту пояса принимаем 320 мм

h/6=320 мм.

Предварительно ширину пояса принимаем равной высоте пояса, т.е. 320 мм.

В наружных досках делаем прорези шириной 5 мм для предотвращения клеевых швов в результате различных деформаций древесины поперек волокон и фанеры при колебаниях влажности.

По длине доски соединяем зубчатым шипом. Нижние растянутые пояса изготавливаются из досок первого сорта, верхние сжатые пояса - из досок второго сорта.

Сбор нагрузок и определение расчетных усилий


Нагрузки на балку берем из расчета плиты с учетом собственного веса балки. Сбор нагрузок в таблице 2.
Сбор нагрузок на балку Табл.2

Сбор нагрузок на плиту покрытия. Табл.1

Вид нагрузки

qн,

кН/м2

f

q,

кН/м2

1. Постоянная








- вес кровли

0,15

1,3

0,195

- вес ребер

0,152

1,1

0,167

- вес обшивок

0,132

1,1

0,145

- вес утеплителя

0,289

1,2

0,347

-вес балки

0,189

1,1

0,208

2. Временная










- снеговая (IVрайон)

1,68




2,4

Итого полная нагрузка:

2,6




3,46


Расчетной схемой балки покрытия является балка на шарнирных опорах нагруженная равномерно распределенной нагрузкой.

Для приведения распределенной нагрузки к погонной умножаем на ширину грузовой площади:

нормативная -

расчетная -

Расчет клеефанерной балки

Расчет клеефанерной балки производят с учетом совместной работы дощатых поясов и фанерных стенок без учета податливости соединений. Расчет производят по методу приведенного сечения по указаниям СНиП II-25-80 в части особенностей расчета клееных элементов из фанеры с древесиной. При этом значение модуля упругости фанеры вдоль волокон наружных слоев по табл.11 1 следует повышать на 20%.


1.Проверка поясов на действие нормальных напряжений

Расчет клеефанерных балок производят с учетом работы фанеры стенки на нормальные напряжения.

Изгибающий момент определяется по формуле:

M=qn l2/8=15,6212/8=860 кНм.

Требуемый момент сопротивления (приведенный к уравнению):

Wnp=Mx/Rp=860103/(12105)=0,72 м3

Соответствующий ему момент инерции:

Inp=Wnph/2=0,115 м4

Фактический момент инерции и момент сопротивления сечения, приведенные к древесине, равны:

Inp=Iд+IфЕфкфд=2(3203203/12)+320320(1900-320)2+

+(16190031,29000)/(12100000)=5,141011=0,514 м4 >0,115 м4

Wnp= Inp2/hx=0,81 м3 >0,72 м3

Напряжения в нижнем поясе:

р=М/ Wпр=860/(0,81100)=10,6 Мпа < Rp= 12 МПа

Условие выполняется.

Напряжения в верхнем поясе:

c=М/( Wпр)=860/(0,811000,88)=12,06 < Rсж= 15 МПа

y=0,88

Условие выполняется.

2.Проверка фанерной стенки в опасном сечении на растяжение


Rр.ф.=14 МПа – расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев шпона.

3.Проверка фанерной стенки на действие главных растягивающих напряжений

Проверку выполняем в зоне первого от опоры стыка фанерных стенок.

Для данного сечения:

М=qx(l-x)/2=20,767,700(21-7,700)/2=1063 кНм;

Q=q(l/2-x)=20,76(21/2-7,700)=58,13 кН.

h=190см – высота балки в данном сечении.

hст=190-232=126 см – высота стенки по внутренним проемам поясов, откуда 0,5hст=63 см.

Высота сечения между осями поясов 190-32=158 см.

Момент инерции данного сечения и статический момент на уровне внутренней кромке, приведенный к фанере:

Iпр.ф.=Iф+IдЕдф=(1619003)/12+2(3203203/12)+ 32032015802(100000,8/9000)=4,651011=0,46 м4

Sпр=Sф+SдЕдф=16320(1580/2)+320320(1580/2)100000,8/9000=

=2250000+60750000=0,076 м3

Нормальные и касательные напряжения, в фанерной стенке на уровне внутренней кромки растянутого пояса:

ст= М0,5hст/Iпр=10630,51,26/(0,46100)=14,56 МПа


Главные растягивающие напряжения по СНиП II-25-80:



4.Проверка местной устойчивости фанерной стенки

Проверка выполняется для сечения в середине опорной панели балки при условии hст/ст>50.

Вычисляем необходимые геометрические характеристики:


  • длина опорной панели а=1,0 м (расстояние между опорными ребрами в свету);

  • расстояние расчетного сечения от оси опоры х2=10,5 м;

  • высота фанерной стенки в расчетном сечении hст=1,26м.

hст/ст=1900/16=118,8>50

kn=33 и

k=5,7.

Момент инерции и статический момент для расчетного сечения, приведенные к фанере:

Iпр.ф.=Iф+IдЕдф=(1619003)/12+2(3203203/12)+ 32032015802(100000,8/9000)=0,465 м4

Sпр=Sф+SдЕдф=16320(1580/2)+320320(1580/2)100000,8/9000=

=0,076 м3

Изгибающий момент и поперечная сила в этом сечении:

M=qn l2/8=20,76212/8=1144,4кНм.


Q=q l/2=20,7621/2=218 кН.

Нормальные и касательные напряжения, в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов:

ст= М0,5hст/Iпр=1144,40,51,26/(0,465100)=15,7 МПа



По СНиП II-25-80 формула (48) проверяем выполнение условия устойчивости фанерной стенки:



условие выполняется.

5.Проверка фанерных стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси.

Q=q l/2=20,7621/2=218 кН – максимальная поперечная сила;

Snp , Inpстатический момент и момент инерции опорного сечения, приведенный к фанере;

Rфср=12 МПа – расчетное сопротивление фанеры срезу перпендикулярно плоскости листа.


Iпр.ф.=Iф+IдЕдф=(1619003)/12+2(3203203/12)+ 32032015802(100000,8/9000)=0,46 м4

Sпр=Sф+SдЕдф=200300(1500/2)+300300(1500/2)100000,8/8500=

=0,076 м3

6.Проверка фанерных стенок в опорном сечении на скалывание по вертикальным швам между поясами и стенкой.




Rск=1,8 МПа – расчетное сопротивление фанеры скалыванию в плоскости листа;

hстсуммарная длина швов между поясами и стенкой.

7.Проверка прогиба от действия нормативной нагрузки.

Прогиб балки определяем с учетом коэффициента, учитывающего влияние переменности высоты сечения, и коэффициента, учитывающего влияние деформаций сдвига от поперечной силы. При этом вычисляем момент инерции в середине пролета, приведенный к древесине, и учитываем модуль упругости древесины.





- нормативная погонная нагрузка;

-модуль упругости древесины,;

ккоэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, равен 1 (балка с параллельными поясами);

-момент инерции сечения в середине пролета;

с коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы, определяется по табл.3 прил.4 [1];

h – наибольшая высота сечения;

l – пролет балки;

3. Конструирование и расчет дощатоклееной колонны прямоугольного сечения


        1. Компоновка сечения колонны

Колонну проектируем клеенную, прямоугольного сечения.

высота колонны – 8,5 м, шаг колонн – 6 м.

Предварительный подбор сечения колонны:


Задаемся гибкостью колонны =100. Предварительные размеры сечения колонны принимаем

hк=H/13=8,5/13=0,65 м;

bк=Н/29=8,5/29=0,3 м.

Из-за отсутствия досок такой ширины принимаем доски шириной 150 мм и 200 мм с предварительной склейкой их по кромке в щит.

Фактическая ширина с учетом припусков на усушку и механическую обработку составит bк=(150-15)+(200-15)=320 мм.

Для изготовления колонн используем сосновые доски второго сорта толщиной 40 мм. После двухстороннего фрезерования (острожки) толщина досок составит tф=35 мм.

С учетом принятой толщины досок высота сечения колонн будет:

hк=3521 =665 мм; bк=320 мм.

2. Сбор нагрузок
г.Нижний Тагил, Свердловская обл. относится к первому ветровому району и нормативное значение ветрового давления принимаем

w0=0,30 кН/м2; для данного типа местности находим коэффициент к=0,65.

Вертикальные нагрузки, действующие на поперечную раму, сведены в табл.3.

Табл.3

Вид нагрузки

Нормативная


нагрузка

кН/м2

Коэффициент надежности

по нагрузке

Расчетная нагрузка

кН/м2

1.Постоянная

- вес кровли

- вес рёбер

- вес обшивок

- вес утеплителя

- вес балки

- вес колонны

2.Временная

- снеговая

Итого


0,15

0,152

0,132

0,289

0,189

8,12
1,68

10,72



1,3

1,1

1,1

1,2

1,1

1,1



0,195

0,167

0,145

0,347

0,208

8,93
2,4

12,39



Расчетные значения погонной ветровой нагрузки для активного и пассивного давления ветра:

=w0kfcb, где

w0давление ветра;

f=1,4 - коэффициент надежности для ветровой нагрузки определяем по п.611.

к – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по табл.6 [2] (тип местности В(городские территории, лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями высотой более 10м));

c – аэродинамический коэффициент;

b – ширина грузовой площади равная шагу колонн.

По приложению 42 определяем аэродинамический коэффициент для наветренной и подветренной стороны здания:

  • для наветренной с=+0,8;

  • для подветренной с=-0,6.



+=w0kcb=0,300,651,40,86=1,31 кН/м;

-=w0kc-b=0,300,651,4(-0,6)6= -0,98 кН/м.

Ветровая нагрузка, передаваемая от покрытия вне колонны:

w+=+hоп=1,312,13=2,79 кН;


w-=-hоп=-0,982,13= -2,09 кН.



        1. Определение расчетных усилий



Рама один раз статически неопределимая система. За неизвестное принимаем продольное усилие в ригеле, которое определяется для каждого вида загружения отдельно.

X=xw+x

От ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля:

xw=0,5(w+- w-)=0,5(2,79-2,09)=0,35 кН.

От ветровой нагрузки, приложенной на стены:

x=(3/16)Н(+--)=(3/16)8,5(1,31-0,98)=0,526 кН.

Х=0,876 кН.

При дальнейшем расчете стойку рассматриваем как консоль защемленную в фундаменте.

Изгибающие моменты в заделке стоек:

;



Продольные силы в заделке стоек:

Nлев=Nnp =3,460,5216+8,93=226,91 кН

4.Расчет колонны на прочность в плоскости рамы
Расчетная длина колонны в плоскости рамы:

l0=2,2Н=2,28,5=18,7 м.

Площадь сечения колонны:

.

Приведенный момент инерции сечения:

Момент сопротивления прямоугольного сечения:

.

Гибкость колонны в плоскости рамы:

, следовательно, коэффициент продольного изгиба определяем по формуле:

х=3000/х2=3000/97,32=0,317

Для сосновой древесины второго сорта и при принятых размерах поперечного сечения по табл.31 находим расчетное сопротивление сжатию Rс=15 МПа. По п.3.21 находим коэффициенты условий работы:

mн=1,2; mб=0,93; mcл=1,01.

Окончательное значение расчетного сопротивления составит:

Rс= Rс mн mб mcл/п=151,20,931,01=16,5 МПа.



Найдем значение коэффициента :



Найдем значения изгибающего момента от действия поперечных и продольных нагрузок:

МД=М/=63,6/0,935=68,02 кНм.

Найдем нормальные напряжения и сравним их с расчетным сопротивлением:

, т.е. прочность обеспечена с большим запасом, однако, оставляем ранее принятые размеры поперечного сечения, исходя из необходимости ограничения гибкости.

  1. Расчет колонны на устойчивость плоской формы деформирования (в плоскости рамы)



В формуле (33)1 принимаем n=2, т.к. по принятой схеме вертикальных связей по колоннам нет раскрепления растянутой зоны из плоскости деформирования. По той же причине принимаем расчетную длину колонны из плоскости рамы равной высоте колонны ly=Н=8,5 м. Найдем значения гибкости из плоскости рамы:



y=3000/2=3000/91,912=0,355.
Для нахождения коэффициента м предварительно найдем значение коэффициента Кф по табл. прил.41.

Кф=1,75-0,75d=1,75

d=0 из-за того, что момент верхней части колонны равен нулю.

м=140b2/(lph)Кф =1400,322/(8,50,66)1,75=4,47

Проверим устойчивость:

,

устойчивость в плоскости рамы обеспечена.
6.Расчет колонны на устойчивость из плоскости рамы.

Коэффициент продольного изгиба из плоскости рамы определили в предыдущем пункте. Поэтому сразу делаем проверку.

с=N/(А)=226,91/(0,3552128)=0,300 кН/см2=3 МПа <16,5 МПа

устойчивость колонны из плоскости рамы обеспечена.


  1. Расчет узла защемления колонны в фундаменте

В фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В 25, из которой выпущены четыре стержня из арматуры периодического сечения класса А II. Вклеивание арматуры в древесину осуществляется с помощью эпоксидно-цементного клея марки ЭПЦ-1.

Принимаем предварительно диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диаметр отверстия 18+5=23 мм. Расстояние между осью стержня до наружной грани должно быть не менее 2d=36 мм.


При определении усилий в арматуре прочность бетона на смятие более прочности древесины.

Пренебрегая для упрощения расчета работой арматурных стержней, усилия в растянутых арматурных стержнях находим используя два условия равновесия:



При ;

=1-N/(RcA)=1-76,86/(0,3551,652128)=0,938;

Кн=1,22+(1-1,22)=1,01;

Мд=63,6/(1,010,938)=67,1 кНм;

Получим

e0 = Мд/N = 67,1/76,86 =0,87 > hк/6 = 0,11 - сечение сжато не по всей площади.

Высота сжатой зоны сечения:



Возникающее растягивающее усилие:



  1. Приняв ширину анкерной полосы равной ширине колонны, определим требуемую толщину (Ra=230 МПа для С 235):

.

Конструктивно принимаем ?а=6 мм.

  1. Усилие в наклонных тяжах:



Требуемая площадь наклонных тяжей:



Принимаем тяжи диаметром d=27 мм2 Ант=4,183 см2.
  1. Конструктивная длина уголка:




0,005 м – зазор между колонной и тяжем.

Нагрузка на уголок:



Изгибающий момент в уголке:



Требуемый момент сопротивления:



Принимаем равнополочный уголок 125х9: А=22 см2,

Ix=327 см4, z0=3,4 см.

Момент сопротивления уголка:

, т.е. прочность уголка обеспечена.



  1. Назначим размеры уширения колонны внизу.

Расчетное сопротивление древесины смятию под углом 45 ° определим по формуле 2 [1]:



С учетом коэффициента условий работы mн=1,2 Rсм,45=7,45 МПа.

Площадь смятия древесины под уголком:

Асм=bугbк=0,125·0,32=0,04 м2.

Напряжение смятия:



Принимаем толщину уширения колонны равной трем толщинам досок после фрезерования 3х0,035=0,115 м, что достаточно для размещения уголка под углом 45°:



С учетом принятых уширений высота сечения колонны понизу:

Высоту накладок, учитывая конструктивное решение узла и расположение тяжей под углом 45°, принимаем равной высоте сечения колонны + 150 мм.

Длина накладок:

lнакл=hкн+0,15=0,895+0,15=1,045 м. Принимаем lнакл=1,045 м.


  1. Проверим прочность на скалывание в плоскости приклейки досок-накладок, на которые опираются уголки.

Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление древесины скалыванию определим по формуле 54 [1]:



,

,

(промежуточное скалывание),





Напряжения скалывания:



5. Список используемой литературы.

  1. Пшенов А.А. Компоновка конструктивной схемы здания проектирование плит покрытия. Мет. Указания. Сарат. гос. техн. унив. 1995.-25с.

  2. Пшенов А.А. Конструирование и расчёт дощатоклеёных и клеефанерных балок. Мет. Указания. Сарат. гос. техн. унив. 1995.-25с.

  3. Пшенов А.А. Конструирование расчёт дощатоклеёных колонн. Мет. Указания. Сарат. гос. техн. унив. 1995.-25с.

  4. СНиП -25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования/ Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1983. – 31 с.
  5. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования/ Ю.В. Слицкоухов и др.- М.: Стройиздат, 1991. – 256 с.


  6. Конструкции из дерева и пластмасс: Г.Г. Карлсен. – М.: Стройиздат, 1986. – 543 с.,ил.

Приложение

Ведомость курсовой работы




п/п

Формат

Наименование

Кол-во

Примечание

1

А-4

Пояснительная записка


28




2

А-1

Графическая часть

1