Деревянные конструкции. 6

 

Исходные данные для проектирования

СОДЕРЖАНИЕ

 

     Исходные данные по шифру   328    .....……………………………………….

1. Компоновка конструктивной схемы здания…………………..…………..

1.1. Выбор несущих и ограждающих строительных конструкций……….…

     1.2. Мероприятия по обеспечение пространственной жесткости каркаса….

2.  Расчет и конструирование ограждающих конструкций кровли………..

     2.1.Расчет прогона……...………………………………………..................…..

     2.1.1.Сбор нагрузок на прогон.…………..….……………….………..….……

     2.1.2.Расчет прогона на прочность…………………………...................….....

    2.1.3.Расчет прогибов…...…………………...………………………….……...

3.  Проектирование арки………………………….…………………………….

     3.1.Статический расчёт арки……………………………….…………….…….

     3.2.Проектирование узлов……………………………………………………..

           3.2.1. Опорный узел …………………..…………………………………….

         3.2.2. Коньковый узел……………………………………………………….

4.  Мероприятия по защите конструкций от возгорания и гниения ………

5.ТЭП проекта……………………………………………………………………..

Библиографический список…………………………………………………

 

 

1. Компоновка конструктивной схемы здания

1.1. Выбор несущих и ограждающих строительных конструкций

 

Каркас проектируемого здания состоит из арок. Конструктивными элементами здания являются также прогоны, соединяющие арки в единую пространственную систему, стеновое ограждение, стойки торцевого фахверка и фундаменты.

Поперечная рама.

Поперечная рама представляет собой трехшарнирную клеедощатую арку. Конструкционным материалом для арки служат доски из сосны по ГОСТ 24454-80. Склеивание элементов ведут водостойким фенолформальдегидным клеем КБ-3.

Высоту стрелы подъема арки назначаем конструктивно: м.

Длина здания:

Произведем расчет геометрических размеров арки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1.1. Схема для определения геометрических размеров арки

 

Определим радиус кривизны оси арки r. Для этого составим систему уравнений согласно рис. 1.1.1:

Т.к. за начало координат приняли левую опору, то координаты центра кривизны оси арки в т. А:

 

Длина дуги арки:

,

где α – угол раствора арки,

Угол наклона радиуса, проходящего через опору арки:

Для нахождения зоны , в пределах которой угол наклона к горизонту касательной не превышает 500, необходимо определить координаты x50 и y50 из уравнения кривой полуарки:

;

.

Взяв первую производную, получим:

Ограждающие конструкции покрытия

Так как здание неотапливаемое, применяем холодную кровлю. Конструктивное решение кровли – прогонное.

Несущими конструкциями являются прогоны из брусьев или спаренных досок “на ребро”, располагаемые в направлении продольной оси здания, передающие нагрузку на основную несущую конструкцию – трехшарнирную арку. Прогоны принимаем неразрезного типа с шагом 1,5 м

Кровля выполнена из волнистых асбоцементных листов.

 

 

1.2. Мероприятия по обеспечению  пространственной жесткости каркаса

Связи устанавливаются для создания жесткости, восприятия ветровых нагрузок, создания условий пространственной работы каркаса, обеспечения необходимых условий монтажа элементов здания.

Устойчивость арок из плоскости обеспечивается прогонами и деревянными диагональными элементами, которые расположены в торцах здания и через шаг вдоль здания, образуя поперечные связевые фермы.

 

2. Расчет и конструирование ограждающих конструкций кровли

2.1. Расчет прогона

2.1.1. Сбор нагрузок на  прогон

 

Расчет неразрезного прогона выполним по схеме многопролетной статически неопределимой балки.

Прогон примем из двух рядов досок сечением 75х220 мм после острожки каждая и трех досок крайних пролетов. Стыки досок расположены на расстоянии от опор и соединены на гвоздях диаметром 6 мм, длиной 200 мм. Шаг прогонов 1,5 м.

 

где:

м – шаг арок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.1.1.1. Неразрезной прогон

Произведем расчет прогонов, расположенных в коньковом узле, в точке приложения максимальной снеговой нагрузки, а также в опорном узле арки.

Т.к. арка кругового очертания, значит, угол β - угол наклона к горизонту касательной в коньковом узле арки равен 0, поэтому расчет снеговой нагрузки ведем по схеме 2 приложения 3 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

Согласно схеме 2 возможны два варианта распределения снеговой нагрузки:

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 1

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.1.1.2 Схемы распределения снеговой нагрузки

 

Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле:

,

где - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности, ;

 - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый по схеме 2 приложения 3 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»:

Тогда для точки (х50; у50):

Для точки (10; 9):

Расчетными будут являться прогоны, которые попадают в наибольшую зону нагружения от снеговой нагрузки по варианту 2 и прогоны в коньковом узле по варианту 1. Произведем раскладку прогонов по длине дуги полуарки и приложим снеговую нагрузку – рис. 2.1.1.3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1.1.3 Схема раскладки прогонов полуарки

 

;

Тогда полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия:

по варианту 1

  ,

по варианту 2

  ,

Сбор нагрузок на прогон сведен в табл.2.1.1.1

Таблица 2.1.1.1

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэф. надежности по нагр., γf	Расчетная нагр.,
1	Волнистые асбоцементные листы	20	1,1	22
2	Прогон 150х225 мм	16,875	1,1	18,563
	ИТОГО	36,875	-	40,563
4	Снеговая нагрузка	84	-	120

 

 

 

 

 

2.1.2. Расчет прогона на  прочность

Прогон, расположенный в зоне максимальной снеговой нагрузки

α =42 0

Собственный вес прогонов, расположенных с шагом 1,5 м:

gпр. = 0,15∙0,225∙500∙1,1/1,5 = 12,375 .

Средняя нагрузка на 1 м горизонтальной проекции покрытия от собственного веса конструкции кровли:

Расчетная нагрузка на прогон:

Составляющие вертикальной нагрузки:

Изгибающие моменты:

 

Поперечная сила в стыке:

кгс.

Проверка прочности досок:

- моменты сопротивления: см3;

см3.

- напряжения изгиба: кгс/см2  < Ru=130 кгс/см2 , следовательно

                  оставляем прогон сечением 150x225 мм.

 

 

 

 

Проверим принятое поперечное сечение прогонов, расположенных в коньковом узле и в опорном узле арки.

 

Прогон конькового узла

α = 0 0

Расчетная нагрузка на прогон:

Максимальный изгибающий момент:

 кгс·см

Проверка прочности досок:

- момент сопротивления: см3;

- напряжение изгиба:

 кгс/см2  < Ru=130 кгс/см2 - условие выполняется.

Прогон опорного узла

α = 840

Расчетная нагрузка на прогон:

Составляющие вертикальной нагрузки:

Изгибающие моменты:

 

Проверка прочности досок:

- моменты сопротивления: см3;

см3.

          - напряжения изгиба: кгс/см2  < Ru=130 кгс/см2 - условие выполняется.

 

 

Проверка прочности гвоздей стыка:

- расчетная длина защемления 1 гвоздя  в доске:

- несущая способность 1 гвоздя из условия его изгиба:

 кгс < 400d2=400·0,62=144 кгс;

- прочность на смятие древесины  окологвоздевого гнезда:

 кгс.

В расчет принимаем меньшее значение, при котором может произойти разрушение гвоздевого соединения, т.е. кгс.

Требуемое количество гвоздей:  штуки.

Принимаем: количество гвоздей = 4  шт.

Расстановку гвоздей по высоте поперечного сечения производим в соответствии с требованиями СНиП:

- расстояние от торца доски  до оси гвоздей:

S1 = 15dгв = 15·6 = 90 мм

при толщине прибиваемого элемента с = 75 мм ³ 10dгв = 60 мм;

- расстояние S2 = S3 ≥ 4· dгв = 4·6 = 24 мм.

S2= S3=

мм > 24 мм.

Окончательно принимаем: S1 = 100 мм, S2 = 45 мм, S3 = 45 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.1.2.1. Расстановка гвоздей в стыке

2.1.3. Расчет прогибов

Прогиб проверяем по формуле:

Прогон, расположенный в зоне максимальной снеговой нагрузки

Нормативное значение собственного веса прогонов из 3 досок, расположенных с шагом 1,5 м в крайнем пролете:

gпрн. = 0,225∙0,225∙500/1,5 = 16,87 .

Средняя нормативная нагрузка на 1 м горизонтальной проекции покрытия от собственного веса конструкции кровли:

Нагрузка на прогон:

= 3,2 кгс/см.

Составляющие вертикальной нормативной нагрузки:

Момент инерции сечения из 3-х досок в крайних пролетах:

 см4;

 см4.

Прогиб в крайних пролетах:

;

.

Тогда:

Относительный прогиб:

- условие выполняется

 

 

 

Нормативное значение собственного веса прогонов из 2 досок, расположенных с шагом 1,5 м в средних пролетах:

gпрн. = 0,15∙0,225∙500/1,5 = 11,25 .

 

Средняя нормативная нагрузка на 1 м горизонтальной проекции покрытия от собственного веса конструкции кровли:

Нагрузка на прогон:

= 3,11кгс/см.

Составляющие вертикальной нормативной нагрузки:

Момент инерции сечения из 2 досок в крайних пролетах:

 см4;

 см4.

Прогиб в крайних пролетах:

;

.

Тогда:

Относительный прогиб:

- условие  выполняется,

Прогон имеет необходимую прочность, его прогиб не превышает допускаемой величины.

Проверим на прогиб принятое поперечное сечение прогонов, расположенных в коньковом узле и в опорном узле арки.

 

 

Прогон, расположенный в коньковом узле

Нагрузка на прогон из 3 досок, расположенный в крайних пролетах:

= 1,0кгс/см.

Момент инерции сечения из 3-х досок в крайних пролетах:

 см4

Прогиб в крайних пролетах:

Относительный прогиб:

- условие выполняется.

Нагрузка на прогон из 2 досок, расположенный в средних пролетах:

= 0,94 кгс/см.

Момент инерции сечения из 2 досок в крайних пролетах:

 см4.

Прогиб в крайних пролетах:

.

Относительный прогиб:

- условие выполняется.

Прогон имеет необходимую прочность, его прогиб не превышает допускаемой величины.

Прогон, расположенный в опорном узле

Нагрузка на прогон из 3 досок, расположенный в крайних пролетах:

= 0,34 кгс/см.

Составляющие вертикальной нормативной нагрузки:

 

 

Прогиб в крайних пролетах:

 ;

.

Тогда:

Относительный прогиб:

- условие выполняется.

Нагрузка на прогон из 2 досок, расположенный в средних пролетах:

= 0,28 кг/см.

Составляющие вертикальной нормативной нагрузки:

Прогиб в крайних пролетах:

 ;

.

Тогда:

Относительный прогиб:

- условие выполняется.

Прогон имеет необходимую прочность, его прогиб не превышает допускаемой величины.

Проверка прочности гвоздей стыка прогона сечением 150х225 мм:

    -    расчетная длина защемления 1 гвоздя в доске:

   -    несущая способность 1 гвоздя из условия его изгиба:

 кгс > 400d2=400·0,62=144 кгс;

- прочность на смятие древесины  окологвоздевого гнезда:

 кгс.

В расчет принимаем меньшее значение, при котором может произойти разрушение гвоздевого соединения, т.е. кгс.

Требуемое количество гвоздей: штуки.

Принимаем: количество гвоздей = 4  шт.

Расстановку гвоздей по высоте поперечного сечения оставляем без изменений (п.2.1.2).

 

 

 

3. Проектирование арки

3.1.Статический расчёт арки.

Сбор постоянных нагрузок от веса покрытия приведен в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1

Наименование	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэфф. надежности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Волнистые асбоцементные листы	0,2	1,1	0,22
Прогоны 150x225 мм через 1,5 м	0,167	1,1	0,184
Итого	0,367		0,404

 

Статический расчёт арки выполняется на ЭВМ с помощью программы “Arca”.

Исходные данные для расчёта:

• Номер варианта                                                              328
• Тип трёхшарнирной арки                                              кругового очертания
• Пролёт                                                                             L=20м
• Стрела подъёма                                                              Н=9м
• Шаг арок                                                                         В=5м
• Тип кровельной конструкции                                       по прогонам
• Шаг прогонов                                                                 1,5м
• Снеговой район                                                              II
• Нормативная ветровая нагрузка                                   W0=0,38кПа
• Нормативная нагрузка на прогон                                 334,87кгс/м2
• Расчётная нагрузка на прогон                                       455,71кгс/м2
• Коэффициент надёжности по назначению                  1,00
• Сорт древесины                                                              1    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подбор поперечного сечения арки

Для изготовления арки принимаем пиломатериал из древесины сосны 1-го сорта толщиной 4,5 см.

Относительная высота поперечного сечения арки находится в пределах (1/40…1/50)l=(1/40…1/50)20000=500…400 мм.

Приняв h/b=5…6 получим:

h × b= 429 × 75 мм из 15 слоев толщиной 3,3 см после острожки.

Согласно СНиП II-25-80 коэффициенты условий работы древесины будут при h=4,29cм, δсл=3,3 см, rк/а=1006/3,3=304,85:

mн=1,2;     mб=1;     mсл=1;     mгн=1.

 

Расчет арки на прочность выполняем по п. 4.17 СНиП II-25-80.

Rc=16,800 МПа.

Определим гибкость:

Проверяем сечение на комбинацию усилий Ммах=21,071 кНм; Nсоот=11,270кН.

Согласно п.6.27, при определении коэффициента ξ вместо N в формулу (30), п.4.17, СНиП II-25-80 подставляем N = 20,77 кН – усилие в ключевом сечении для расчетного сочетания нагрузок:

момент:

расчетный момент сопротивления:

- условие выполняется,

т.е. прочность сечения достаточна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Проектирование узлов

3.2.1. Опорный узел

 

Qрасч = 40,699 кН; Nрасч = 4,559 кН.

Для создания шарнирности в опорном узле арку в месте упора в фундамент срезаем в торце симметрично относительно ее оси (3.5.1.1). Производим проверку торца на смятие:

,

м2;

Nсм = 4,559 кН;

- условие выполняется.

Предусматриваем крепление арки к фундаменту с помощью гнутых уголков из листовой стали марки С235 толщиной 10 мм на болтах диаметром 16 мм. Уголки крепятся в фундаменте анкерными болтами диаметром 24 мм.

Рассчитываем крепление гнутых уголков и анкерных болтов на восприятие поперечной силы Q = 40,699 кН.

Количество болтов для прикрепления гнутых уголков:

,

где пср = 2 – количество плоскостей среза болта;

Тн = 460,8 кгс – минимальная несущая способность болта.

Принимаем пб = 6 шт.

Проверяем анкерные болты на срез:

,

- условие выполняется.

Проверяем анкерные болты на смятие:

,

- условие выполняется.

Проверка анкерного болта на растяжение по ослабленному нарезкой сечению:

,

- условие выполняется.

Расчет опорного узла окончен.

 

 

 

Рис. 3.5.1. Опорный узел

1 – арка;

11 – гнутый уголок 255х100х10 мм;

10– болт d = 16 мм, l = 150 мм;

5 – швеллер 10П;

9 – болт d = 16 мм, l = 550 мм;

7 – анкерный болт d = 24 мм;

 

3.2.2. Коньковый узел

Qрасч = 0,761 кН.

Соединение полуарок в коньковом узле предусматриваем упором торцов со срезкой сверху и снизу (рис. 3.5.2.1). Концы полуарок перекрываются парными клееными деревянными накладками, обеспечивающими восприятие поперечной силы Qрасч и поперечную жесткость арки из плоскости.

Для крепления накладок на каждой полуарке ставим по 3 болта диаметром 12 мм.

При расстоянии между болтами и находим вертикальные усилия в болтах:

;

.

Расчетная несущая способность двух двухсрезных болтов из условий изгиба нагеля при направлении усилий под углом к волокнам :

;

.

Напряжение в накладках:

;

.

- условие выполняется.

Расчет конькового узла окончен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         Рис. 3.5.2.1. Коньковый узел

 

1 – арка;

15 – болт d = 12 мм, l = 250 мм;

14– клееные накладки сечением 66х160 мм;

8 – швеллер 10П;

9 – болт d = 16 мм, l = 550 мм

 

4. Мероприятия по защите конструкций от возгорания и гниения

К химическим мерам защиты деревянных конструкций от возгорания относится применение пропитки огнезащитными составами или нанесение огнезащитных красок. Огнезащитные средства представляют собой вещества, способные при нагревании разлагаться с выделением большого количества негорючих газов, либо, увеличиваясь в объеме, создавать защитный слой, препятствующий возгоранию древесины и распространению в ней огня. Как правило, огнезащитные средства наносятся в виде водных растворов.

Для клееных конструкций рекомендуется применять вспучивающиеся составы (вспучивающееся покрытие ВПД) и антипирены, наносимые на поверхность конструкций (ОФП-9).

Для защиты деревянных элементов каркаса ограждающих конструкций требуется глубокая пропитка антипиренами под давлением.

Антипирены ВПД и ОФП-9 повышают предел огнестойкости конструкций сечением менее 120 x 120 мм на 5 мин. И уменьшают пределы распространения огня по деревянным конструкциям (по вертикали менее 40 см, по горизонтали менее 25 см) и переводят древесину в группу трудносгораемых материалов.

Конструкционные меры защиты от возгорания: не рекомендуется применять конструкции из дерева в условиях длительного нагрева, если температура окружающего воздуха превышает 50 0С для не клееной древесины и  35 0С – для клееной.

Деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из несгораемых материалов.

Деревянные конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, недоступное для тушения.

В противопожарном отношении предпочтительнее деревянные конструкции массивного прямоугольного сечения с закруглениями, имеющие большие пределы огнестойкости, чем дощатые и клеефанерные.

Защита от гниения.

Суть конструкционных мероприятий:

- обеспечение воздушно-сухого состояния  деревянных элементов здания. Это  достигается следующими способами:

- устройство гидро- и пароизоляции;

- отвод воды с крыши;

- применение водонепроницаемой  наружной обшивки.

- устройство хорошей вентиляции;

- правильный подбор породы древесины  для изготовления соответствующих деревянных конструкций и элементов.

 

 

Химические средства бывают двух видов:

- влагозащитные лаки и эмали;

- антисептические водные и масляные  пропиточные составы и пасты.

Выбор средств для биологической защиты древесины осуществляется с учетом условий эксплуатации деревянных конструкций и элементов, назначения защитного средства, химической совместимости вновь используемого защитного средства с примененным ранее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ТЭП проекта

 

Расход древесины на 1 арку:   ;

Расход древесины на 1 прогон: .

 

Материал	Расход
	общий	на 1 м2 площади
Древесина	508,94 м 3	0,593 м 3
Металл	7582,6 кг	8,84 кг

 

Коэффициент расхода металла:

,

где   35,41 кг – расход металла на одну арку;

320 кг – расход древесины на  одну арку.

 

6.  Библиографический  список

 

1. СНиП II-25-80*. Деревянные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1996.-31 с.

 

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия – М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 2003. – 44 с.

 

3. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) / ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.: Стройиздат,1986. – 216 с.

 

4. Конструкции из дерева и пластмасс. Легкие ограждающие конструкции покрытий из эффективных материалов: Учебное пособие для строит. спец. вузов. / Сост. С.А. Малбиев. Иванов. инж.-строит. ин-т. Иваново, 1990. – 108 с.

 

5. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учеб. пособие для вузов / Под. ред. проф. Иванова В.А. – 3-е изд., перераб. и доп. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. – 392 с.

 

6. Строительные конструкции. Учебное пособие / Иван. гос. архит.- строит. универ./ ост.: С.А. Малбиев, А.Л. Телоян, А.Н. Лопатин – Иваново, 2006. – 128 с.

 

Исходные данные по шифру 328

ИГАСУ Кафедра СК   Задание на курсовое проектирование по дисциплине:   «Конструкции из дерева и пластмасс »		Номер зачетной книжки:            05128   Шифр курсового проекта: 328
		Составил и принял к исполнению студент группы ПГС – 54**         ___________________  / Моисеев  С.А. /
№ п/п	Наименование		Показатель
1	Пролет здания		L = 20 м
2	Высота		Н = 9 м
3	Шаг		B = 3 м
4	Тип несущих конструкций здания		Трехшарнирная круговая арка из клееных элементов
5	Длина производственного здания		Lзд =33 м
6	Место строительства		г. Волгоград
9	Вес снегового покрова (II Район)		1,2 кПа (120 кгс/м3)
10	Ветровое давление (III Район)		0,38 кПа (38 кгс/м2)
11	Тип здания		Неотапливаемое
12	Схема каркаса