Проектування конструкцій з дерева та пластмас

Міністерство освіти і науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра будівельних конструкцій та мостів





















Розрахунково–пояснююча записка

до курсового проекту з дисципліни

Проектування конструкцій з дерева та пластмас







Виконав:

Студент групи ПЦБ – 41

БІЛИК О.С.















Львів – 2009


Вибір схеми споруди та покриття



Об’ємно–конструктивне рішення промислового будинку - несучі конструкції покриття спираються на окремо стоячі колони, заанкеровані у фундаменти, утворюючи систему несучих поперечних каркасів будинку.

Просторова жорсткість створюється системою настилів, в’язей та ферм і горизонтальними вітровими фермами, вертикальними в’язями по колонам ряду , вертикальними в’язями між фермами, жорстким покриттям. Вітрові ферми влаштовують лише в торцях будинку та розташовують в площині нижніх поясів несучих балок покриття. Вони сприймають вітрове навантаження, що діє на торець вздовж осі будинку. Вертикальні в’язі по колонам ряду складаються з обв’язочного брусу, який зв’язує колони по верху та виконує роль розпірки, та розкосів у вигляді тяжів з круглої сталі, які дозволяють виконувати їх натяг з допомогою муфти.

Дві поперечні рами будинку, зв’язані системою в’язей, складають незмінний просторовий блок. Такі блоки розташовують в торцях будинку та по довжині з відстанню між ними до 30м.

Колони торцевого фахверку зв’язані між собою поверху балками, на які спираються елементи даху. Несучі балки в торцях відсутні. На відмітці нижнього поясу ферм покриття колони фахверку зв’язані між собою горизонтальною вітровою фермою.


Розрахунок конструкцій покриття



1.1 Вибір конструктивної схеми



Приймаємо покриття із розрізними прогонами, розташованими на відстані 2,5м. По прогонах вздовж скату покладені крокви з кроком 1м. По кроквах влаштована обрешітка із брусків 5 х 5 см, з відстанню між осями брусків 50 см. Покрівля із хвилястих азбоцементних листів звичайного профілю (ГОСТ 378 – 76) з ухилом і = 0.4, α = 21°48'.



1.2 Розрахунок обрешітки



Збір навантаження від покрівлі.

Вид навантаження



кН/м2 

нормативне





кН/м2

розрахункове

Постійне 

Азбестоцементні листи

0.15

1.2

0.18

Обрешітка 

0.03

1.1

0.033

Всього 

0.18



0.213

Тимчасове

Снігове навантаження 



1.112

1.6

1.78

Всього

1.3



1.99



При α = 21°48' cosα = 0.93, sinα = 0.37; γn = 0.95 – коефіцієнт умов роботи.




Схема розміщення прогонів.





Розрахункова схема обрешітки.







Розрахунок по першій комбінації навантажень (на міцність і стійкість від дії постійного та снігового навантаження).









При кроці брусків обрешітки b = 0.5м і прольоті 1м, визначаємо згинальний момент.



 



см3; см4; 



Напруження при косому згині:







Визначаємо прогин:



см.

см.

см. 

<.



Розрахунок по другій комбінації навантажень (на міцність від дії зосередженої сили Р = 1кН і власної ваги).



кН; кН; 



Навантаженням від власної ваги нехтуємо.

Визначаємо згинальний момент за формулою:



 





Остаточно приймаємо обрешітку із брусків 5 х 5 см з кроком 0.5 м.



1.3 Розрахунок кроков



Навантаження від покрівлі.

Вид навантаження



кН/м2

нормативне





кН/м2

розрахункове

Постійне

Покрівля і обрешітка

0.18

1.2

0.216

Пароізоляція

0.02

1.2

0.024

Всього

0.182



0.24

Тимчасове

Снігове навантаження



1.112

1.6

1.78

Всього

1.29



2.02



При куті нахилу покрівлі α = 21°48' < 30° скатну складову навантаження не враховуємо.









;  



По сортаменту підбираємо брус 175 х 25 мм,   см4;

Визначаємо прогин:







1.4 Розрахунок прогонів



Проліт прогону становить 5.1м. Крок прогонів 2.5м. Оскільки в прольоті на прогін обпирається 5 крокв, навантаження на прогони приймаємо рівномірно розподіленим.

Визначаємо навантаження на 1 м прогону від покриття і власної ваги.









Оскільки крокви в коньку зв’язують між собою за допомогою цвяхів або болтів, скатна складова на прогони не передається. 









Приймаємо січення 200 х 200 мм. W = 1333 см3, I = 13333 см4.

Визначаємо прогин:










2. Розрахунок клеєної дощато-фанерної балки



2.1 Балка – двоскатна, дощато-фанерна, клеїна, з плоскою стінкою, коробчатого поперечного перетину. Проліт – 10м. Крок несучих конструкцій 5.1 м. Матеріали балки: деревина – сосна Ic (ГОСТ 8486-86Е), фанера – березова марки ФСФ .

Навантаження від власної ваги балки:



.



Повне навантаження на 1 м балки:

						

						qxн = (0,182+0,054+1,112)*5.1*0,95 = 6.53 кН/м = 0,0653кН/см.

						qx = (0,24+0,054*1,1+1,78)*5.1*0,95 =10.1 кН/м = 0,101кН/см.

						

						Висота поперечного перетину балки визначається з умови: 

						

						

						

						Звідси м. Приймаємо висоту клеєфанерної балки всередині прольоту 1.0 м.

	Висота балки на опорах  при врахуванні ухилу покриття і = 0,1.

	

	м.


Момент і поперечне сила :











Конструктивний розрахунок

Для стінок балки вибираємо фанеру, товщиною δ = 10мм.

Пояси компонуємо із дошок. Висоту поясу приймаємо, виходячи з умови: 



.



Приймаємо висоту поясу 13 см.

Необхідний момент опору в розрахунковому перерізі балки:







Rр = 1.2 кН/см2 = 12 МПа – розрахунковий опір деревини нижнього поясу на розтяг вздовж волокон.

М = Мх – згинальний момент в небезпечному перерізі на відстані х від опори.







кН см.

см3.



Необхідний момент інерції:



;



Визначаємо момент інерції поясів:





 - момент інерції поясів.



Нехтуючи в попередньому розрахунку власним моментом інерції поясу I0, визначаємо площу січення одного поясу балки.

h1 – відстань між осями поясів в розрахунковому перерізі.

h1 = h – hп = 84.2 – 13= 71.2 см.





Визначаємо ширину поясу:  Компонуємо пояс із чотирьох дошок, перерізом 13 х 2.5 см.



см2;







Перевіряємо міцність прийнятого поперечного перетину по нормальних напруженнях:

для розтягнутого поясу:







 - міцність нижнього поясу забезпечена.

для верхнього стиснутого поясу:



lу – довжина поясу між стиками фанери. lу = 1.25 м.



Перевірка стінки балки

	Нормальні напруження в стінці балки покриття







mф = 0.8 – коефіцієнт, який враховує зменшення розрахункового опору фанери в стику. ><







Головні розтягуючи напруження в першому від опори стику фанери, тобто в зоні поперечного ребра на рівні внутрішньої кромки поясу:

l = 1.25 м – віддаль між поперечними ребрами жорсткості балки покриття.






Геометричні характеристики балки на віддалі 1.25м від опори – в зоні поперечного ребра жорсткості.



hп = 13 см, bп = 10 см.

h = 62.5 см – висота балки.

h1 = 62.5 – 13 = 49.5 см – висота балки між осями поясів.





Статичний момент:





;





 



- умова не виконується. Приймаємо товщину фанерних стінок 19мм.

Rф,р,α - розрахунковий опір фанери під кутом α до волокон рубашки. 






Статичний момент:





;









Стінку виконати із семишарової будівельної фанери, товщиною 19 мм.



Перевірка фанерної стінки на зріз в зоні опорного ребра.



hп = 13 см, bп = 10 см.

h = 50 см – висота балки.

h1 = 50 – 13 = 37см – висота балки між осями поясів.









 - розрахунковий опір зрізу фанери березової, марки ФСФ при δ = 19мм > 8 мм.



Перевірка клеєного шва між поясами та стінкою.







 - висота клеєного шва.



Оскільки в середині першої від опори панелі < 50 – стійкість стінки забезпечена.



Визначення прогину клеєфанерної балки покриття

Відносний прогин двоскатної клеєної балки коробчатого поперечного перерізу з врахуванням змінного перерізу і впливу зсувів в клеєних швах:



;



де fср – найбільший прогин балки постійного перерізу, визначений по моменту інерції І в середині прольоту двоскатної балки;

k – коефіцієнт врахування зміни висоти перерізу по довжині балки:

;

kс – коефіцієнт, що враховує вплив зсуваючих сил на прогин балки



;



с – коефіцієнт, який враховує вплив зсуваючих напружень 







Отже переріз, прийнятий в прольоті і на опорах, задовольняє вимогам міцності всіх елементів перерізу і жорсткості балки.




3. Розрахунок та проектування поперечної двошарнірної рами



	 Вибір конструктивної схеми

	

	

	

	Приймаємо стійки рами – дощатоклеєні, прямокутного поперечного перерізу із кроком вздовж будівлі В = 5.1 м. Стійки шарнірно кріпляться до ригеля рами (клеєфанерної балки покриття) та жорстко кріпляться до залізобетонного фундаменту на анкерних болтах. Ригель рами – клеєфанерна балка висотою 1000 мм в середині прольоту та 500 мм на опорах, прольотом L = 10 м. Стійкість конструкцій забезпечується влаштуванням поперечних в’язей покриття та вертикальних поздовжніх в’язей між стійками. 

	

Статичний розрахунок



Постійне навантаження на покриття рами:

Навантаження на 1 м п. 



;



де В = 5.1 м – крок поперечних рам.

Снігове навантаження:



;

	

	Навантаження від власної ваги балки покриття визначаємо по формулі:

	

	;

	;

	

	qн, рн – відповідно нормативні значення постійного і тимчасового навантаження, k с. в. – коефіцієнт для навантаження від несучої конструкції, l – проліт конструкції.

	

	Постійний розрахунковий тиск на стійку рами від покриття:

	

	кН.



Постійний розрахунковий тиск від стінового огородження із врахуванням елементів кріплення на стійку рами:



.



Розрахунковий тиск на стійку рами від снігу:

	

	кН.

	
Розрахункове навантаження від власної ваги стійки поперечної рами:

	

	

	

	Нормативне значення вітрового тиску згідно ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи»

	

	.

	

	Розрахункове вітрове навантаження на раму від стіни:

	

	Тиск - 

	

	се – аеродинамічний коефіцієнт для вертикальних навітряних поверхонь промислових споруд.

	

	

	

	Вітрове навантаження на раму від ділянки стіни, вище верху стійок:

	

	Тиск - 

	

	h1 – найбільша висота покриття, яка включає висоту балки та товщину плити покриття.


Зусилля в стійках рами



	Рама – один раз статично невизначена система. За невідоме приймаємо повздовжнє зусилля Х у ригелі, яке визначається для кожного виду завантаження окремо:

від вітрового навантаження, прикладеного на рівні ригеля:







-від вітрового навантаження на стіни:







від стінового огородження при віддалі між серединою стінового огородження і стійкою 



м.



де 0.184 – товщина стінової панелі; 0.528 – висота січення колони (орієнтовно).







Згинальні моменти в закріпленнях стійок:





Поперечні сили у закріпленнях стійок:







Поздовжні сили у закріпленнях стійок:





0.9 – коефіцієнт, який враховує дію двох короткочасних навантажень.



Підбір поперечного перерізу дощатоклеєної колони



Приймаємо стійку прямокутного, постійного по висоті, поперечного перетину із 10 дошок товщиною 3.3 см, шириною 16 см. Тоді  см. Поширення стійки для кріплення анкерних болтів не враховуємо.

Перевіряємо міцність поперечного січення по нормальних напруженнях:





МД – згинальний момент від дії поперечних і поздовжніх навантажень. Визначається розрахунком по деформованій схемі.



  - розрахункова площа.



 см3.





Вздовж будівлі стійки розкріплені вертикальними зв’язками і верхнім обвязочним брусом – розпіркою, які встановлюються по зовнішніх гранях. Стійкість такої форми деформування стійки із розкріпленою зовнішньою кромкою перевіряють по формулі (26) [1].

Якщо на ділянці елемента l0 розтягнута кромка закріплена із площини деформування , значення коефіцієнта , який визначається по формулі (17) [1] множать на коефіцієнт  - формула (18) [1],  - на коефіцієнт  - формула (27) [1].







Для елементів з розкріпленою розтягнутою кромкою n = 1.





 - коефіцієнт, що визначається по табл. 15 [1].







;



Перевірка клеєних швів на сколювання









Розрахунок опорного вузла стійки



Для кріплення анкерних болтів збоку стояка приклеюємо додатково три дошки:






Анкерні болти розраховуємо по максимальному розтягуючому зусиллю при дії постійного навантаження із коефіцієнтом перевантаження n = 0.9 і вітрового навантаження.







Приймаємо опорну плиту бази колони розмірами 16 х 54 см.

Напруження на поверхні фундаменту:





; ;



	

	Для фундаменту приймаємо бетон В15, для якого: 

	

	;

	

	Обчислюємо розміри ділянок епюри:

	

	

	

	

	Зусилля в анкерних болтах: 

	

	

	

	Площа одного болта

	

	

	

	Де n- кількість анкерних болтів з одного боку бази . n=2

	- розрахунковий опір сталі анкерного болта 

	- коефіцієнт умов роботи бетону 

	

	

	

	Приймаємо болти Ø27 мм, для яких 

	як балку.

	Згинальний момент: 

	

	

	

	З умов розміщення анкерних болтів Ø27мм приймаємо

	

	з  та 

	

	Напруження :

	

	

	Перевіряємо міцність приклеєних дошок, на які опирається траверса. Приймаємо довжину приклеювання 

	Розрахунковий середній опір клеєного шва на сколювання:

	

	

	

	lск – розрахункова довжина площі сколювання.

	е – плече пари сил сколювання, яке приймають  - при несиметричній врізці, і  - при симетричній врізці.

	

	 - при розрахунку на одностороннє сколювання розтягнутих елементів,  - при розрахунку на проміжне сколювання стиснутих елементів.

	

	Міцність клеєного шва від дії зусилля Z:

	

	 

	
Використана література

	конструкція рама покрівля балка

1. Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет, Киев, Выща Школа, 1990.

Конструкции из дерева и пластмас. Примери расчета и конструировання./под. ред.проф.В.А. Иванова – Киев 1970, 1981-392с.

Гринь И.М. Проектирование и расчет деревянных конструкций. Справочник, Киев, Будівельник, 1988 г.

Карлсен Г.Г. и др. Конструкций из дерева и пластмасс - Москва, 1986-543с.

ДБН В.1.2-2:2006 Навантаження і впливи – Київ, МІНБУД УКРАЇНИ, 2006. 

СНиП II-25-80 Деревяные конструкции. Нормы проектирования – Москва, 1982-66с.