Читайте также:
|
По дисциплине: «Конструкции из дерева и пластмасс»
На тему: «Деревянные конструкции промышленного здания»
Проверил: Выполнил:
Преподаватель
Содержание:
1. Исходные данные
2. Расчетная часть
2.1 Обоснование и выбор покрытия и его основной
несущей конструкции
2.1.1 Выбор основной несущей конструкции
2.1.2. Выбор покрытия
2.2. Определение нагрузок
2.3 Расчет элементов покрытия
2.4. Расчет основных несущих конструкций
2.4.1. Расчет и конструирование арки
2.5. Конструирование и расчет связей
3. Технико-экономические показатели
4. Средства защиты элементов конструкций
5. Литература
1. Исходные данные:
Пролет здания: b=36м.
Длина здания: l=60м.
Варианты основной несущей конструкции:
1) Многоугольная (полигональная) брусчатая ферма.
2) Крутая треугольная арка (система) из прямоугольных клееных элементов.
Условия эксплуатации – А3.
Температурно-влажностные условия эксплуатации: mb=0,9.
Порода древесины – пихта.
Нагрузки от снега и ветра по районам ІІ и ІV.
2. Расчетная часть.
2.1. Обоснование и выбор покрытия и его основной несущей конструкции.
2.1.1. Выбор основной несущей конструкции.
Вариант 4: Многоугольная (полигональная) брусчатая ферма.
1.1. Определение собственной массы (веса) ОНК на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия (пола):
,
где qн – нормативная постоянная нагрузка от массы покрытия (за исключением собственного веса ОНК), кН/м2 горизонтальной проекции покрытия; с учетом очертания покрытия (кровли) она определяется по формуле:
;
;
qнкр –вес одного квадратного метра покрытия (настила, прогонов, утеплителя, кровли или панелей покрытия) согласно выбранной конструктивной схеме и ориентировочно принятых размеров, кН/м2, крыши;
l –пролет ОНК, в м;
S –длина верхнего пояса ОНК, в м;
Pн –суммарная временная нагрузка на покрытие от снега, ветра и подвесного оборудования, в кН/м2, горизонтальной проекции покрытия;
Где pнсн – нормативная снеговая нагрузка на 1 м2 площади горизонтальной проекции покрытия, принимается согласно СНиП 2.01.07-85 для заданного района;
По таблице 4 [3] вес снегового покрова для II снегового района равен 
. Нормативное значение снеговой нагрузки: 
, где: 
.
;
Ксв – коэффициент собственного веса ОНК, зависящий от формы, схемы и размеров конструкции.
1.2. Определение расхода древесины и металла.
,
;
Определение объема древесины:
1.3. Определение сметной стоимости ОНК.
Вариант 2: Крутая треугольная арка из прямоугольных клееных элементов.
2.1. Определение собственной массы (веса) ОНК на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия (пола):
;
;
;
1.2. Определение расхода древесины и металла.
,
;
Определение объема древесины:
1.3. Определение сметной стоимости ОНК.
Сравнение вариантов
| № | Показатели | 1. вариант | 2. вариант |
| Расход древесины | 0,019 | 0,053 | |
| Расход металла | 0,031 | 0,014 | |
| Сметная стоимость | 11,53 | 14,76 |
Исходя из сравнения вариантов, выбираю для дальнейшего расчета, крутую треугольную арку из прямоугольных клееных элементов, т.к. она экономичнее по расходу древесины и металла.
2.1.2. Выбор покрытия.
По назначению здания и температурно-влажностному режиму определили, что здание отапливаемое и влажность воздуха внутри здания при температуре до 35оС – до 60 %, а максимальная влажность клееной древесины для конструкции – 9 %. Древесина, используемая в здании, для основной несущей конструкции – пихта, а рекомендуемые типы и марки клеев – резорциновые и фенольно-резорциновые (ФР-12, ТУ 6-05-1748-75, ФРФ-50, ТУ 6-05-281-14-77). Поправочный коэффициент к механическим характеристикам mв=1, см. в табл. 5 СНиП II-25-80, а расчетные сопротивления в зависимости от напряженного состояния и характеристики элементов см. в табл. 3 СНиП II-25-80.
Для покрытия используем клеефанерную панель, листы из водостойкой фанеры в качестве обшивки.
Принимаем ширину плиты 
. Шаг ферм В=6м, значит длина плиты 
. Получили следующие размеры фанерной плиты покрытия: длина-5980мм, ширина-1440мм.
Обшивку устраиваем из фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ по ГОСТ 3916-69 толщ.8мм, ребра из сосновых досок второго сорта. Клей марки ФР-12. утеплитель - минераловатные плиты толщиной 8см на синтетическом связующем, плотность утеплителя 1 кг/м3. Пароизоляция из полиэтиленовой пленки толщиной 2мм. Воздушная прослойка над утеплителем - вентилируемая вдоль панели. Обшивки конструируем наименьшей допустимой толщины: верхнюю из семислойной фанеры толщиной 8мм, нижнюю- аналогично. Для удержания утеплителя в проектном положении устанавливаем решетку из брусков 25х25мм, которые крепятся гвоздями к ребрам. Стыки обшивки могут быть выполнены на ус или впритык с накладками.
Панели предназначены для укладки по несущим деревянным конструкциям. Кровля из рулонных материалов (рубероид)-трехслойная. Первый слой рубероида наклеивают на заводе с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной прокатки слоя. Оставшиеся два слоя наклеивают после установки панели.
Каркас панели состоит из четырех продольных ребер (см. рис 1). Высота панели 
, ширина ребра после механической обработки бруска составляет 40мм. Получили ребра сечением 40х184мм. Шаг ребер принимаем из расчета верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперек волокон от сосредоточенной силы 
как балки, заделанной по концам (у ребер) шириной 1000мм. Расстояние между ребрами в осях 
.
Изгибающий момент в обшивке 
. Момент сопротивления обшивки шириной 1000мм 
. Напряжение от изгиба сосредоточенной силой 
(здесь 1,2 – коэффициент условия работы для монтажной нагрузки).
Воздушная прослойка над утеплителем вентилируемая вдоль панели.
Рис.2 Утепленная клеефанерная панель покрытия
2.2. Определение нагрузок.
| Нагрузка | Нормативная, кН/м2 | Коэффициент надежности по нагрузке | Расчетная, кН/м2 |
| Постоянные: | |||
| Кровля рубероидная трехслойная | 0,12 | 1,3 | 0,148 |
| Фанера марки ФСФ 2х0,008х7 | 0,112 | 1,1 | 0,123 |
Каркас из сосновой древесины:
продольные ребра с учетом брусков продольных стыков 
поперечные ребра
| 0,127 0,011 | 1,1 1,1 | 0,139 0,011 |
Утеплитель – минераловатные плиты 
| 0,124 | 1,1 | 0,136 |
| Пароизоляция | 0,02 | 1,1 | 0,022 |
| Вес панели: | 0,514 | 0,579 | |
| Собственный вес фермы | 0,18 | 1,1 | 0,20 |
| ИТОГО: | 0,69 | 0,78 | |
| Временные: | |||
| Временная (снеговая) | 0,70 | 1,4 | 0,98 |
Собственный вес фермы: 
Коэффициент надежности по снеговой нагрузке в соответствии с п. 5.7 СНиП 2.01.07-85 для отношения нормативного веса покрытия к весу снегового покрова 
равен γf=1,4, где 
. Коэффициент 
(прил. 3 СНиП 2.01.07-85). Полное нормативное значение снеговой нагрузки 
Полная нагрузка на 1м панели: нормативная 
; расчетная 
.
Постоянная нагрузка:
- нормативная: 
- расчетная: 
Временная нагрузка:
- нормативная: 
- расчетная: 
Расчетные характеристики материалов.
Для фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ семислойной толщиной 8мм по табл. 10 и 11 СНиП II.25-85 имеем:
1. Расчетное сопротивление растяжению 
;
2. Расчетное сопротивление сжатию 
;
3. Расчетное сопротивление скалыванию 
;
4. Модуль упругости 
.
Для древесины ребер по СНиП II.25-85 имеем:
1. Расчетное сопротивление изгибу, сжатию и смятию: 
;
2. Расчетное сопротивление скалыванию 
;
3. Модуль упругости 
2.3. Расчет элементов покрытия.
Геометрические характеристики сечения панели.
Приведенная расчетная ширина фанерных обшивок согласно СНиП II.25-85 п. 4.25
Геометрические характеристики поперечного сечения клеефанерной панели приводим к фанерной обшивке. Приведенный момент инерции поперечного сечения панели:
Приведенный момент сопротивления поперечного сечения панели:
Приведенная площадь сечения:
Проверка панели на прочность.
Нормативная нагрузка:
Максимальный изгибающий момент в середине пролета
Напряжения в растянутой обшивке:
,
где 0,6-коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры в растянутом стыке.
Расчет на устойчивость сжатой обшивки производят по формуле
При расстоянии между продольными ребрами в свету 
и толщине фанеры 
, тогда 
.
, прочность обеспечена.
Проверка клеевых соединений фанеры на скалывание.
Поперечная сила равна опорной реакции панели 
.
Приведенный статический момент верхней обшивки относительно нейтральной оси 
.
Расчетная ширина клеевого соединения 
.
Расчет на скалывание по клеевому слою фанерной обшивки (в пределах ширины продольных ребер) производят по формуле:
. Прочность обеспечена.
Расчет панели на отрыв ветром.
к=0,65 - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.
с=2 – аэродинамический коэффициент (СНиП 2.01.07-85)
Несущая способность одного гвоздя из условия прогиба, d=5мм. 
.
Крепление на шурупах:
(пластинки толщиной t=4,0мм)
,
где 
- из табл. 19 СНиП.
.
Принимаем 2 шурупа d=5,0мм.
Размеры накладки 50х70мм.
Проверка прогиба панели
Относительный прогиб
Жесткость обеспечена.
2.4. Расчет основных несущих конструкций.
2.4.1. Многоугольная (полигональная) брусчатая ферма.
Геометрические размеры.
L=36м – длина фермы;
f=36/6=6м – высота фермы;
Нагрузки.
Постоянная нагрузка:
- нормативная:
- расчетная:
Снеговая нагрузка:
- нормативная:
- расчетная:
а) Равномерно распределенная по всему пролету:
б) Распределенная с коэффициентами 1,25 и 0,75 на половинах пролета:
Расчетная схема фермы 
Статический расчет сегментной фермы.
Выполняем в программе Лира-9.4 для глобальной схемы. Результаты вычислений заносим в таблицу.
Усилия в элементах фермы Таблица1
| Элемент фермы | Обозначение | Усилия в элементах фермы, кН | ||||||
| Постоянная нагрузка | Временная нагрузка | Максимальные | ||||||
| Равномерная по всему пролету | По закону треугольника на каждом полупролете | Равномерная на ½ пролете | Треугольная на ½ пролета | Min | Max | |||
| Верхний пояс | О1 О2 О3 О4 О5 О6 О7 О8 О9 О10 О11 О12 | -127,619 -126,674 -126,514 -123,705 -123,640 -126,360 -126,360 -123,640 -123,692 -126,546 -126,610 -127,477 | -120,256 -119,365 -119,215 -116,568 -116,506 -119,070 -119,070 -116,506 -116,555 -119,245 -119,305 -120,122 | -98,686 -87,857 -87,746 -68,391 -68,355 -57,865 -57,865 -55,401 -55,424 -61,257 -61,288 -65,202 | -88,521 -76,758 -76,661 -54,842 -54,813 -39,412 -59,542 -43,695 -43,714 -35,778 -35,796 -32,765 | -87,463 -83,560 -83,455 -72,860 -72,822 -59,542 -39,412 -28,923 -28,935 -23,682 -23,694 -21,688 | -247,875
-246,039
-245,729
-240,273
-240,146
-245,430
-245,430
-240,146
-240,273
-245,729
-246,039
| -215,082
-203,432
-203,175
-178,547
-178,453
-165,772
-165,772
-152,563
-152,627
-150,228
-150,304
|
| Нижний пояс | U1 U2 U3 U4 U5 U6 | -10,858 0,583 10,387 10,387 0,538 -11,036 | -10,231 0,549 9,788 9,788 0,507 -10,399 | 17,165 8,615 -0,322 -6,758 -9,173 -9,527 | 29,011 17,549 4,241 -8,622 -17,969 -24,210 | 16,635 18,021 13,157 -3,381 -17,501 -26,930 | -21,089
1,132
10,065
1,765
-17,431
| 18,153
18,604
20,175
1,045
-20,563
|
| Раскосы | D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 | 16,927 3,975 17,651 -1,706 7,849 7,849 -1,706 17,743 4,064 17,162 | 15,950 3,746 16,632 -1,608 7,396 7,396 -1,608 16,720 3,830 16,171 | 1,566 19,126 -4,926 14,340 -7,196 7,196 0,130 4,829 6,788 4,813 | -0,934 20,926 -9,545 18,825 -14,073 14,688 -9,579 9,886 -3,828 5,380 | 7,887 9,553 1,732 12,860 -14,789 22,190 -14,472 14,936 -5,783 8,129 | 15,993
7,721
8,106
-3,314
-6,940
0,653
22,572
-1,719
21,975
| 
24,901
34,283
17,119
15,245
30,039
-1,576
34,463
10,852
33,333
|
| Стойки | V1 V2 V3 V4 V5 | -13,656 -13,633 -14,040 -13,714 -13,887 | -12,868 -12,846 -13,230 -12,923 -13,085 | -17,374 -8,595 0,000 -4,264 -8,746 | -12,977 -12,990 -6,620 0,115 0,043 | -17,408 -8,640 -0,550 0,076 0,029 | 
-26,623
-27,270
-26,637
-26,972
| -26,524
-22,228
-14,040
-13,844
|
Конструктивный расчет фермы.
Условимся, что при проектировании деревянных элементов сегментной фермы будет использована пихта второго сорта, для изготовления стальных элементов – сталь марки ВСт3сп5. Для склеивания древесины будет использован фенольно-резорциновый клей марки ФРФ-50 (ТУ 6-05-281-14-77).
Подбор сечения панелей верхнего пояса:
Изгибающий момент в панелях разрезного верхнего пояса сегментных ферм определяем по формуле:
M0 – балочный момент, т.е. изгибающий момент в свободно лежащей балке пролетом 
равным проекции панели на горизонталь;
N – продольная сила;
f – стрела подъема панели.
Вычисляем изгибающие моменты М в опорных панелях верхнего пояса при различных сочетаниях действия постоянной и временной нагрузок.
● Снеговая нагрузка равномерно распределена:
● Снеговая нагрузка распределена по треугольнику:
● Снеговая нагрузка равномерно распределена на второй половине пролета:
● Снеговая нагрузка распределена по треугольнику на второй половине пролета:
В качестве расчетной принимаем панель А-Б при загружении фермы равномерно распределенной нагрузкой по всему пролету:
.
Принимаем клееные блоки верхнего пояса состоящие из 10 слоев фрезерованных с четырех сторон досок. Сечение досок до фрезерования 4x25см., после фрезерования 3,3x25см. Поперечное сечение имеет следующие геометрические характеристики:
;
Поскольку эпюры моментов близки к симметричным параболического очертания, то:
, так как 
0 
. 
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования сжато-изгибаемого верхнего пояса фермы производим исходя из предложения о том, что связи будут раскреплять панели фермы по концам в узлах и в их средней части:
т.е. устойчивость плоской формы деформирования панелей верхнего пояса фермы обеспечена.
Подбор элементов нижнего пояса:
. Принимаем нижний пояс из двух уголков 
по ГОСТ 8510-86, причем полки у уголков размером 14см. располагаем вертикально, а полки размером 9 см. горизонтально вплотную одни к другим, сваривая их через интервалы не более 
, принимаем интервал 1983мм., т.е каждую панель разбиваем на 3 пояса.
Геометрические характеристики поперечного сечения нижнего пояса:
.
Нагрузка от собственного веса двух уголков (масса 1м. уголка 17кг).
Проверка прочности уголков в середине второй или третьей панели нижней пояса:
Проверка прочности уголков в промежуточных узлах нижнего пояса, где они ослаблены отверстиями под болты (диаметр отверстий 
):
.
Подбор сечения раскосов:
Принимаем раскосы изготовленных из клееной древесины и состоящих из двух досок сечением 
см после фрезерования. Размеры сечений раскосов:
● Раскосы ОГ и КТ рассчитываем на сжатие:
● Раскосы ПЕ и ЗС рассчитываем на сжатие:
● Раскосы ЕР и ЗР рассчитываем на сжатие:
● Раскосы ГП и КС рассчитываем на растяжение (с учетом расслабления сечения болтами):
;
Из условия гибкости: 
Принимаем размеры сечения 
:
Принимаем сечение раскосов и стоек .
Подбор сечения стоек:
Принимаем стойки, изготовленные из клееной древесины и состоящих из двух досок сечением см после фрезерования. Размеры сечений стоек:
Стойку РЖ рассчитываем на сжатие:
Расчет крепления стальных пластинок-наконечников к раскосам.
Принимаем пластинки-наконечники, которые выполнены из полосовой стали толщиной δ=1см. и шириной 10 см. Число пластинок – две. Пластинку к раскосам крепим двумя болтами диаметром 16 мм двумя гвоздями диаметром 5мм.
Определяем несущую способность одного условного среза болта:
Из условия смятия древесины раскоса:
Из условия изгиба болта:
где 
– число болтов; 
- число условных срезов.
Проверка прочности пластинок-наконечников на растяжение в местах ослабления болтами и гвоздями. Раскосы ГП и КС.
Проверка прочности пластинок-наконечников на продольный изгиб. Рассмотрим пластинки-наконечники, прикрепленные к раскосам БО и МТ:
Гибкость 
пластинок-наконечников:
Коэффициент продольного изгиба 
находим по таблице 72 СНиП ІІ-23-81:
Расчет опорного узла
В опорном узле верхний пояс упирается в упорную плиту с ребрами жесткости, приваренную к вертикальным фасонкам сварного башмака. Снизу фасонки приварены к опорной плите. Толщина фасонок 1см. Принимаем размеры площади контакта торца верхнего пояса с упорной плитой 
.
Проверка торца верхнего пояса на смятие: 
Проверяем местную прочность на изгиб упорной плиты. Рассмотрим среднюю часть упорной плиты как прямоугольную плиту. Свободно опертую по четырем сторонам, которыми являются вертикальные фасонки башмака и ребра жесткости упорной плиты. Вертикальные фасонки толщиной по 10мм располагаем на расстоянии 240мм в свету для того, чтобы между ними могли разместиться два неравнобоких уголка нижнего пояса с шириной полок 110 мм.
При 
Изгибающий момент в опертой по контуру плите 
Крайние части упорной плиты рассмотрим как консоль. Расчет ведем для полосы шириной 1см. 
.
Принимаем упорную плиту толщиной 1,6 см:
Проверим общую прочность упорной плиты на изгиб. Расчет ведем приближенно как расчет балок таврового сечения пролетом, равным расстоянию между осями вертикальных фасонок; 
Нагрузка на рассматриваемую полосу плиты:
Интенсивность нагрузки под торцом элемента верхнего пояса шириной 25см:
Изгибающий момент в балке таврового сечения:
Момент инерции сечения:
Рассчитываем опорную плиту. Полагаем, что опорная плита башмака опирается на мауэрлатный брус 
. Принимаем размеры опорной плиты 42x35см. Опорная реакция: 
. Напряжение смятия под опорной плитой:
Изгибающий момент в консоли опорной плиты при ширине расчетной полосы 1см и вылете 
.
Задаемся толщиной плиты 1,2 см. Момент сопротивления поперечного сечения полосы шириной 1см:
Расчет промежуточных узлов верхнего пояса.
В узлах верхнего пояса ставим сварные вкладыши, предназначенные для передачи усилий и крепления раскосов. Площадь поверхностей плит вкладыша, соприкасающихся с торцами блоков верхнего пояса: 
. Толщина плит вкладыша 
.
Проверка торцов клееных блоков верхнего пояса на сжатие и смятие:
Проверка прочности на изгиб плиты вкладыша:
Рассматриваем полосу плиты вкладыша шириной 1см как двухпролетную балку с 
.
r w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> 
Рассчитываем узловой болт на изгиб от равнодействующей усилий в раскосах. При действии на ферму снеговой нагрузки, распределенной по закону треугольника на половине пролета:
t wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="24"/><w:sz-cs w:val="24"/><w:lang w:val="EN-US"/></w:rPr><m:t>R=24,4</m:t></m:r><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="24"/><w:sz-cs w:val="24"/></w:rPr><m:t>РєРќ</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> 
Изгибающий момент в узловом болте:
Принимаем диаметр болта 
.
Проверяем прочность на расстояние стальных пластин-наконечников, ослабленных узловым болтом:
Расчет промежуточных узлов нижнего пояса. Диаметр узлового болта находим из условия его изгиба силой, равной разности усилий в смежных панелях нижнего пояса:
Изгибающий момент в болте определяем аналогично тому, как его вычисляли в промежуточных узлах верхнего пояса:
Принимаем узловой болт 
:
Расчет узла крепления стойки к верхнему поясу.
Проверка на прочность и скалывание от М и Q балочных усилий:
Расчет количества штырей в стыке:
ΣFобщ=Q/Ry =13,64/(23 
0,9)=0,66см2, принимаю 8Ø16 ΣF=8,03см2.
Требуемая площадь шайбы для передачи усилия от растянутой стойки верхнему поясу из условия смятия
= 13,64 · 103 · 0,95/(0,9 · 3,2) = 0,45 · 104 мм2,
Принимаем 8 шайб из стали ВСт3пс размером 30 
30 мм, с площадью 7200 мм2. Толщину шайбы определяем из условия ее изгиба и принимаем 10 мм.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 851 | Нарушение авторских прав