Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Деревянный каркас одноэтажного промышленного здания

^{_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________}^{________________________________________________________________}

.Санкт–Петербургский государственный архитектурно–строительный

университет

Кафедра конструкций из дерева и пластмасс

Дисциплина: КДиП

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ НА ТЕМУ

ДЕРЕВЯННЫЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНОГО

ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Работу выполнил

студент группы 1 – п – 5

Шошкин Н. Ю.

Работу принял

Москалев М.Б.

Санкт–Петербург

2010

1. Исходные данные

Пролет здания: 18,0 м

Длина здания: 30,0 м

Отметка низа ригеля: + 7,200 м

Район строительства: III (1,8 кПа = 180 кгс/м²)

Режим эксплуатации: Б–1

Степень ответственности здания: II

Стойка (колонна): клеедосчатая

Древесина: сосна

Основная несущая конструкция покрытия: металлодеревянная ферма

Крыша: рабочий настил

План. Схема поперечника здания

2. Расчет и конструирование крыши

Крыша состоит из основных несущих конструкций и кровельного покрытия.

Основная несущая конструкция – металлодеревянная ферма пролетом 18,0 м. Верхние пояса и сжатые элементы решетки выполнены из древесины. Для нижних поясов и растянутых элементов решетки применяют стальные профили, чаще всего, угловые.

Кровельное покрытие – это непосредственно кровельный ковер и набор элементов, обеспечивающих нормальную эксплуатацию крыши.

Двойные настилы применяют в качестве основания под холодные рулонные кровли.

Нижний рабочий настил выполняют из обзольных досок толщиной 19 – 25 мм. Длина досок рабочего настила должна быть не менее двух шагов прогона.

Верхний защитный настил делается из узких и тонких досок толщиной в заготовке 16 мм и шириной 60 – 100 мм. Настилается он под углом в 30 – 45º к рабочему настилу и плотно сшивается к ним гвоздями. Перед наклейкой рулонной кровли доски защитного настила строгают, поэтому их толщина в деле принимается равной 13 мм. Защитный настил обеспечивает повышенную жесткость основания под кровлю и пространственную жесткость покрытия в плоскости кровли.

2.1. Расчет элементов покрытия.

Рулонная кровля по настилам из досок.

Покрытие состоит из двойного дощато–гвоздевого настила по прогонам. Материал кровельного ковра – рубероид. Здание неутепленное. Режим эксплуатации Б–1 – внутри неотапливаемых помещений в сухой зоне.

Применяем построечную конструкцию покрытия: по прогонам укладываем два настила досок: нижний настил – разряженный рабочий, верхний настил – сплошной защитный под двухслойный рулонный ковер на горячей мастике.

Предварительно проектируем защитный настил (опалубку) под рулонную кровлю из досок 16 х 100 мм, рабочий настил – из досок 22 х 150 мм, уложенных с промежутком в 30 мм. Рабочий настил укладывается по стропильным ногам, которые опираются на прогоны. Защитный настил укладываем под углом 45º к рабочему.

Материал древесина сосна 3 сорта. Плотность при режиме эксплуатации Б–1 = 500 кг/м³. ([2], табл. прил. 3)

Для верхнего слоя кровельного ковра принимаем рубероид марки РКМ–350Б – рубероид кровельный с крупнозернистой посыпкой. Площадь с рулона 10 м², масса рулона 25 кг.

Для двух нижних слоев кровельного ковра принимаем рубероид марки РПМ–300А – рубероид подкладочный с односторонней мелкозернистой посыпкой. Площадь с рулона 20 м², масса рулона 20 кг.

Для склеивания слоев рубероида применяем горячую мастику. Расход мастики при трехслойном рубероиде составляет 7,7 кг/м² покрытия.

Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике

РКМ–350Б:

2 слоя РПМ–300А:

3–хслойная мастика: 7,7 кг/м²

Сумма: 2,5 + 2,0 + 7,7 = 12,2 кг/м²

С учетом нахлеста слоев рубероида, увеличиваем полученное значение массы на 25 %.

Итого: 12,2 · 1,25 = 15,25 кг/м².

Нагрузка на рабочий настил, кН/м²

Коэффициент γ_f определяется по [1], табл. 1

Элемент	Нормативная нагрузка, кН/м²	Коэффициент надеж–ности по нагрузке, γ_f	Расчетная нагрузка, кН/м²
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике 15,25 кг/м²	0,153	1,3	0,199
Защитный настил из досок толщиной 16 мм 500 кг/м³ = 5,1 кН/м³ ([2], табл. прил. 3 для реж. Б1) 5,0 · 1,0 · 1,0 · 0,016 = 0,080	0,080	1,1	0,088
Рабочий настил из досок 22х150 мм с расстоянием между осями досок 180 мм	0,093	1,1	0,102
Итого вес покрытия G (постоянная нагрузка)	0,326		0,389
Снеговая нагрузка S [1], табл. 4* [1], п. 5.7.	1,26		1,80
Итого:	1,586		2,189

Нормативное значение снеговой нагрузки: S^Н = 1,80 · 0,7 = 1,26 кН/м²

Дощатый настил под мягкую кровлю целесообразно конструировать рассчитывать как двух пролетную неразрезную шарнирно–опертую балку. Расчетную ширину настила условно принимают равной 1 м. Пролет составляет 1,5 м, т. е. расстоянию между стропильными ногами.

В соответствии с требованиями [2] настил покрытия рассчитывают на два основных сочетания нагрузок:

1) постоянную и временную от снега (расчет на прочность и прогиб);

2) постоянную и временную от сосредоточенного груза в 1 кН с умножением на коэффициент перегрузки n = 1,2 (расчет только на прочность).

Первое сочетание соответствует периоду нормальной эксплуатации конструкции. Здесь рассматривают равномерно распределенную постоянную нагрузку от собственного веса конструкции и временную от снега.

Условие прочности настила обеспечивается при

([2], п. 4.9.)

M_max1 – максимальный изгибающий момент от действия равномерно распределенных расчетных нагрузок от снега и собственного веса

W_расч – расчетный момент сопротивления настила из досок толщиной h и шириной расчетного сечения

R_u – расчетное сопротивление изгибу. Для элементов настила под кровлю из древесины 3 сорта принимаем R_u = 13 МПа ([2], п. 3.1. прим. 5)

Максимальный изгибающий момент М возникает в сечении над средней опорой и определяется выражением:

G_расч – расчетная постоянная нагрузка от собственного веса

S_расч – расчетная временная нагрузка от снега

В – ширина нагрузочной площадки, В = 1,0 м

l – пролет – расстояние между стропильными ногами, l = 1,5 м

Расчетный момент сопротивления

b – ширина расчетного сечения

h – толщина досок настила

Расчетная схема и эпюра моментов

кровельных настилов на период эксплуатации

Условие жесткости (проверка по прогибу) с учетом двухпролетной схемы изгибаемого элемента, загруженного равномерно распределенной нагрузкой:

f – максимальный прогиб в неразрезном изгибаемом элементе от действия равномерно распределенных нормативных нагрузок от снега и собственной массы конструкции

E – модуль упругости древесины вдоль волокон,

Е = 1000 кН/см² ([2], п. 3.5.)

Расчетный момент инерции настила

b – ширина расчетного сечения;

h – толщина досок настила

Проверка на прочность:

Условие выполнено

Проверка на жесткость

f_u = 1,12 см – предельный вертикальный прогиб настила получен интерполяцией ([2], табл. 19)

Условие выполнено

Второе сочетание соответствует периоду монтажа или ремонта. Здесь рассматривают равномерно распределенную постоянную нагрузку от собственного веса конструкции и сосредоточенную монтажную нагрузку Р = 1,0 кН, учитывающей вес человека с инструментом.

При двойном настиле (рабочем и защитном) при расчете настила на второе сочетание расчетных нагрузок сосредоточенную монтажную нагрузку распределяем на ширину 500 мм рабочего настила.

Наиболее невыгодное приложение нагрузок во втором сочетании – это равномерное распределение нагрузки от собственной массы по всей длине и сосредоточенный груз на расстоянии х = 0,432·l от крайней опоры.

Расчетное значение монтажной нагрузки Р = 1,0 · 1,2 = 1,2 кН

1,2 – коэффициент перегрузки

Расчетная схема и эпюра моментов

кровельных настилов на период монтажа

Условие прочности настила обеспечивается при

([2], п. 4.9.)

М_max2 – максимальный изгибающий момент возникает в сечении в точке приложении сосредоточенной силы и определяется выражением:

g – нагрузка от собственного веса настила на 500 мм

Р – величина сосредоточенной силы, Р = 1,2 кН

l – пролет – расстояние между стропильными ногами, l = 1,5 м

Проверка на прочность:

Условие выполнено

Окончательно принимаем рабочий настил:

– защитный настил из досок 16 х 100 мм, уложенных вплотную встык;

– рабочий настил из досок 22 х 150 мм, уложенных с промежутком в 30 мм.

2.2. Расчет стропильных ног

Стропильные ноги проектируем из досок 50 х 150 мм, поставленных на ребро с шагом 1,5 м. Материал древесина сосна 2 сорта. Нагрузку на стропильную ногу определяем по таблице:

Нагрузка на стропильную ногу, кН/м²

Коэффициент γ_f определяется по [1], табл. 1

Элемент	Нормативная нагрузка, кН/м²	Коэффициент надеж–ности по нагрузке, γ_f	Расчетная нагрузка, кН/м²
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике 15,25 кг/м²	0,153	1,3	0,199
Защитный настил из досок толщиной 16 мм 500 кг/м³ = 5,1 кН/м³ ([2], табл. прил. 3 для реж. Б1) 5,0 · 1,0 · 1,0 · 0,016 = 0,080	0,080	1,1	0,088
Рабочий настил из досок 22 х 150 мм с расстоянием между осями досок 180 мм	0,093	1,1	0,102
Собственный вес стропильной ноги сечением 5 х 15 см установленных через 1,5 м	0,025	1,1	0,028
Итого вес покрытия G₂ (постоянная нагрузка)	0,351		0,417
Снеговая нагрузка S [1], табл. 4* [1], п. 5.7.	1,26		1,80
Итого:	1,611		2,217

Нормативное значение снеговой нагрузки: S^Н = 1,80 · 0,7 = 1,26 кН/м

Погонная нагрузка на 1 погонный метр:

постоянная: q^Н = 0,351 · 1,5 = 0,527 кН/пог.м.

q^Р = 0,417 · 1,5 = 0,626 кН/пог.м.

временная (снеговая) S^Н = 1,26 · 0,9511 · 1,5 = 1,798 кН/пог.м.

S^Р = 1,80 · 0,9511 · 1,5 = 2,568 кН/пог.м.

Нагрузки, перпендикулярные скату:

постоянная: q_х,п^Н = 0,527 · 0,9511 = 0,501 кН/пог.м.

q_х,п^Р = 0,626 · 0,9511 = 0,595 кН/пог.м.

постоянная и снеговая

q_х,п.сн^Н = q_х,п^Н + S^Н · cosα = 0,501 + 1,798 · 0,9511 = 2,211 кН/пог.м.

q_х,п.сн^Р = q_х,п^P + S^P · cosα = 0,595 + 2,568 · 0,9511 = 3,037 кН/пог.м.

В плане расстояние между прогонами составляет 2,225 м, поэтому расстояние между ними по оси стропильной ноги:

Условие прочности

Максимальный момент в стропильной ноге:

Момент сопротивления сечения стропильной ноги из доски 5 х 15 см:

Напряжение изгиба:

m_n и m_B – коэффициенты по [2], табл. 4, 5.

Условие выполнено

Условие жесткости

Прогиб

Условие выполнено

Сечение стропильной ноги можно уменьшить до высоты h

Сечение подобрано верно.

Окончательно принимает стропильные ноги сечением 50 х 150 мм.

2.3. Расчет прогонов

Прогоны воспринимают нагрузки от настилов или обрешетки и передают их на верхние кромки несущих конструкций (здесь ферма) и поперечные стены здания.

Прогоны различают:

– разрезные однопролетные из бревен или брусьев;

– консольно–балочные из брусьев;

– неразрезные многопролетные спаренные из досок.

Разрезные однопролетные прогоны работают и рассчитываются на прочность и жесткость:

– при вертикальном положении – по схеме плоскоизогнутых элементов (рис. 1, а)

– при наклоном расположении – по схеме элементов, работающих на косой изгиб (рис. 1, б)

Рис. 1. Расположение поперечных сечений прогонов:

а – вертикальное положение сечения

б – наклонное положение сечения

Сопряжение разрезных прогонов осуществляется над верхними кромками основных несущих конструкций различными способами: с помощью косого прируба, впритык с накладками, или щекового прируба в полдерева.

Предварительно принимаем прогон из бруса сечением 250 х 250 мм. Материал древесина сосна 2 сорта.

cos 18º = 0,951 sin 18º = 0,309

Нагрузка на 1 погонный метр прогона, кН/пог.м

Коэффициент γ_f определяется по [1], табл. 1

Элемент	Нормативная нагрузка, кН/м	Коэффициент надежности по нагрузке, γ_f	Расчетная нагрузка, кН/м
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике 0,153 · 1,0 · 2,345 = 0,359	0,359	1,3	0,466
Защитный настил из досок толщиной 16 мм 500 кг/м³ = 5,0 кН/м³ ([2], табл. прил. 3 для реж. Б1) 5,0 · 1,0 · 0,016 · 2,345 = 0,188	0,188	1,1	0,207
Рабочий настил из досок 22 х 150 мм с расстоянием между осями досок 180 мм	0,218	1,1	0,240
Собственный вес стропильной ноги сечением 5 х 15 см установленных через 1,5 м	0,058	1,1	0,064
Собственный вес прогонов 5,0 · 0,250 · 0,250 · 1,0 = 0,313	0,313	1,1	0,344
Итого вес покрытия G₂ (постоянная нагрузка)	1,136	–	1,321
Снеговая нагрузка S [1], табл. 4* [1], п. 5.7. cos 18º = 0,951 1,80 · 0,951 · 2,345 = 4,014	2,810	–	4,014
Итого:	3,946	–	5,335

Нормативное значение снеговой нагрузки: S^Н = 1,80 · 0,7 = 1,26 кН/м²

Принимаем схему разрезного прогона. Прогоны устанавливаются по скату наклонно, поэтому испытывают действие скатной составляющей и работает на косой изгиб. Применение составного прогона из спаренных досок нежелательно ввиду стремления его под действием скатной составляющей к расслоению. Опираются прогоны непосредственно на ферму. Расстояние между стропильными ногами составляет 1,5 м. Шаг ферм 6,0 м.

Необходимо выполнение условий:

1. Проверка прочности по нормальным напряжениям

([2], п. 4.12)

2. Проверка по второй группе предельных состояний – по прогибу

Определяем внутренние усилия:

– максимальный изгибающий момент относительно оси у

– максимальный изгибающий момент относительно оси z

Определяем основные геометрические характеристики сечения

b – ширина сечение, b = 25,0 см

h – высота сечения, h = 25,0 см

A – площадь сечения

– моменты инерции

– моменты сопротивления

Определяем максимальный прогиб прогона:

Условие выполнено

Проверка условия 1:

Условие выполнено. Сечение подобрано неверно.

Окончательно принимаем прогоны в виде бруса сечением 25,0 х 25,0 см.

3. Расчет и конструирование

основной несущей конструкции

Ферма представляет собой систему стержней, шарнирно соединенных в узлах и работающих, в основном, на продольные усилия.

Рассчитывают фермы на следующие сочетания нагрузок:

– постоянная и временная нагрузки, распределенные по всему пролету для определения наибольших усилий в элементах поясов ферм;

– постоянная нагрузка, распределенная по всему пролету, временная – на половину фермы для определения усилий в элементах решетки

Ветровая нагрузка не учитывается.

3.1. Исходные данные

Здание II уровня ответственности, неотапливаемое

Температурно–влажностные условия эксплуатации Б1

Район строительства по снеговой нагрузке – III

Древесина – сосна 2 сорта.

Металл – сталь класса А–III.

3.2. Конструирование схема

Очертание фермы – треугольная. Треугольные фермы применяют для кровель из материалов, требующих значительного уклона. Отношение высоты фермы к пролету при металлическом нижнем поясом принимают 1/6.

Решетка в треугольной ферме для повышения индустриальности их изготовления должна состоять из минимального числа элементов. Поэтому проектируем четырехпанельную (по верхнему поясу) ферму.

Тип верхнего пояса – разрезной.

Стержни центрированы в узлах.

Ферму выполняем металлодеревянную.

Верхний пояс в ней и сжатые элементы решетки из древесины.

Для нижних поясов и растянутых элементов решетки применяют стальные профили, чаще угловые.

Пролет фермы 18000 мм

Расчетный пролет фермы 17800 мм.

Расчетная высота фермы

Тангенс угла наклона верхнего пояса к горизонту Угол наклона верхнего пояса к горизонту α = 18º, cos 18º = 0,951

Длина верхнего пояса фермы

Длина панелей нижнего пояса

Длина раскосов: l_раск = 4690 мм

Геометрическая схема фермы

Отличительной особенностью треугольной фермы является то, что при загружении временной нагрузкой половины пролета решетка на незагруженной половине не работает. Поэтому расчетные усилия во всех элементах ферм получаются про снеговой нагрузке на всем пролете ([4], стр. 302).

Разгружающий эффект ветровой нагрузки на ферму не учитывается.

3.3. Определение узловых нагрузок и усилий в стержнях фермы

Величина нагрузки по всему пролету

S = 1,8 · 6,0 = 10,8 кН/м

1,8 кПа – значение снеговой нагрузки для III района строительства

6,0 м – шаг треугольных ферм

Условные сосредоточенные нагрузки в узлах верхнего пояса фермы:

Р = 10,8 · 2,225 · 2 = 48 кН

Опорные реакции:

Нагрузки на ферму

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка,

кН/м

Коэффициент надежности по нагрузке, γ_f

Расчетная нагрузка,

кН/м

Собственный вес покрытия:

– 3–хслойная рубероидная кровля

0,359 · 6,0 = 2,154

– защитный настил из досок

0,188 · 6,0 = 1,128

– рабочий настил из досок

0,218 · 6,0 = 1,308

– стропильные ноги

0,058 · 6,0 = 1,348

– прогоны

0,313 · 6,0 = 1,878

ИТОГО

Собственный вес фермы:

2,154

1,128

1,308

1,348

1,878

7,82

1,16

1,3

1,1

–

1,1

2,800

1,241

1,440

1,383

2,066

7,93

1,28

Постоянная

Временная снеговая

8,98

7,56

–

9,21

10,80

Полная

16,54

–

20,01

Собственный вес фермы определяем по формуле:

К_С.В. – коэффициент собственного веса металлодеревянной фермы треугольного очертания пролетом 18,0 м. К_С.В. = 3,875

Для подбора размеров поперечных сечений стержней фермы необходимо использовать только загружение на весь пролет. Таким образом, мы имеем одинаковый характер нагружения – равномерно–распределенную нагрузку по всему пролету фермы, которое отличается лишь численным значением. Так постоянная нагрузка g = 9,21 кН/м в 1,173 раз меньше временной снеговой s = 10,8 кН/м. Поэтому достаточно методом сечений и вырезания узлов определить усилия в стержнях фермы только от снеговой нагрузки. Усилия в стержнях от действия постоянной нагрузки получим поделив усилия в соответствующих стрежнях на 1,173.

Определение усилий в стержнях фермы от снеговой нагрузки s = 10,8 кН/м

∑ Y = 0

96 – 24 – N₁ · sin18º = 0

72 = N₁ · 0,309

N₁ = 233 кН

∑ X = 0

N₂ – N₁ · cos18º = 0

N₂ = 233 · 0,951

N₂ = 221,6 кН

∑ Y = 0

– 48 · cos18º + N₄ · cos54º = 0

– 48 · 0,951 + N₄ · 0,588 = 0

– 45,6 = – N₄ · 0,588

N₄ = 77,6 кН

∑ X = 0

– N₃ + 233 – 48 · sin18º – N₄ · sin54º = 0

– N₃ + 233 – 48 · 0,309 – 77,6 · 0,809 = 0

– N₃ + 233 – 14,8 – 62,8 = 0

N₃ = 155,4 кН

∑ Y = 0

– 48 – N₅ + (155,4 · cos72º) · 2 = 0

– N₅ = – 2 · 155,4 · 0,309 + 48

N₅ = 48,0 кН

Определение усилий в стержнях фермы от постоянной нагрузки g = 9,21 кН/м

Продольные усилия N, кН, в стержнях фермы

Наименование элемента	Обозначение	От постоянной нагрузки g = 9,21 кН/м на всем пролете	От снеговой нагрузки g = 10,8 кН/м на всем пролете	Действие всех нагрузок (сумма)
1	2	3	4	5
Верхний пояс	АС	– 199,0	– 233,0	– 432,0
	CD	– 132,5	– 155,4	– 287,9
	DE	– 132,5	– 155,4	– 287,9
	EB	– 199,0	– 233,0	– 432,0
Нижний пояс	AF	189,0	221,6	410,6
Нижний пояс	BF	189,0	221,6	410,6
Стойка	DF	41,0	48,0	89,0
Раскосы	CF	–66,2	–77,6	–143,8
Раскосы	EF	–66,2	–77,6	–143,8

“–” – стержень сжат

3.4. Подбор сечения элементов фермы

Подбор сечения панелей верхнего пояса

Кроме продольных усилий в панелях возникают изгибающие моменты и поперечные силы.

В качестве расчетной рассматриваем приопорную панель АС при действии снеговой нагрузки на всем пролете. Максимальное усилие в стержнях верхнего пояса возникает в стержне АС. Предварительный подбор сечения ведем с учетом максимального усилия N = 432,0 кН.

Изначально принимаем верхний пояс в виде клееного разрезного бруса прямоугольного поперечного сечения 20,0 х 40,0 см, где высота сечения скомпонована из 8 слоев досок толщиной 5,0 см после фрезерования досок сечением 6,0 х 20,0 см.

Площадь сечения принятого верхнего пояса:

A = b · h = 20,0 · 40,0 = 800,0 см².

Момент сопротивления сечения

Предусматриваем разгружающий момент в верхнем поясе за счет введенного эксцентриситета е = 10,0 см, что не превышает 1/4 высоты сечения.

Изгибающий момент в более напряженной приопорной панели

l_н – длина горизонтальной проекции, которая составляет 4,450 м

Наибольшее значение поперечной силы

Радиус инерции

А – площадь сечения

I – момент инерции

Гибкость элемента цельного сечения ([2], п. 4.4.)

_l₀_{– расчетная длина
элемента}

l₀ = l · μ

μ – коэффициент, μ = 1,0 ([2], п. 4.21) – шарнирно закрепленные концы с двух сторон

Коэффициент ξ, учитывающий дополнительный момент ([2], п. 4.17.)

_{φ –
коэффициент продольного
изгиба, определяемый
по}_{[2], п. 4.3.}

_{Т. к.
гибкость элемента} _λ_{= 41 ≤ 70, то используем
формулу}

_{а –} _{коэффициент, а = 0,8
для древесины.}

Изгибающий момент с учетом деформации изгиба

Проверяем нормальные напряжения в приопорной панели верхнего пояса

Условие выполнено.

Проверяем напряжение в сечении верхнего пояса при максимальном изгибающем моменте и соответствующем продольном усилии N = 287,9 кН.

Максимальный изгибающий момент

Радиус инерции

Деревянный каркас одноэтажного промышленного здания 📙 Курсовая → 🆔 70545