Министерство  образования и науки РФ

Саратовский государственный технический университет 
 
 

Кафедра: Промышленное и гражданское  строительство

Пояснительная записка

к курсовому  проекту на тему:

“Конструирование  и расчет деревянных

 конструкций  одноэтажного промышленного здания” 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент ПГС – 51

Фролов  Д. П

Принял:                                                                                                  

                                                                                          Пшенов А. А 
 
 
 
 
 
 

2010 
Содержание 

 

Введение 

   Цель  курсового проекта состоит в  ознакомлении студентом с методикой проектирования и расчёта клееных деревянных конструкций. Самостоятельная работа над проектом позволяет студенту закрепить теоретические знания по курсу « Конструкции из дерева и пластмасс», более детально познакомиться с нормативными документами. 

   Задание на проектирование

   Пролёт  21м.

   Шаг несущих конструкций 4м.

   Длина здания 80м.

   Высота  колонны 8,5м.

   Район строительства Кемерово.

Балки покрытия – дощатоклееная с параллельными поясами, двутаврового сечения, несимметрично армированная.

   Тип колонны – дощатоклееная прямоугольного сечения.  

 

   Компоновка конструктивной схемы здания 

   Размещение  колонн в плане принимают в  соответствии с пролётом здания и  шагом несущих конструкций по зданию. Привязку наружной грани колонн продольной оси в зданиях без мостовых кранов принимают, как правило, нулевой. Привязку к поперечным осям принимают центральной. У торцов здания колонны обычно смещаются с поперечной разбивочной оси на 500мм внутрь здания для возможности использовании ограждающих конструкций с одинаковой длиной.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         Рис.1 

 

   Конструирование и расчёт клеефанерных плит покрытия 

   Ввиду малости уклона балки покрытия  6%, считаем длину балки равной пролёту здания, т.е. 21 м. В этом случае можно принять номинальные размеры плиты 1,5×4м.

   Рис.2 

   Каркас  плиты принимаем из сосновых досок 2-го сорта с расчётным сопротивлением скалыванию вдоль волокон при изгибе R_ск=1,6МПа.

   Расчётные характеристики фанеры принимаем:

   Для фанеры лиственницы ФСФ толщиной 8мм и более

   R_фс= 13 МПа

   R⁹⁰_фн= 3 МПа

   R_фр = 14 МПа

   R_ск =0,8 МПа

   Конструкция плиты показана на рис. 2.

   Сбор  нагрузок.

   Вес продольных ребер 

     

   Вес поперечных ребер

   

   Всего вес ребер 

   Вес обшивок 

   Вес утеплителя

     

   Снеговая  нагрузка

   Согласно  новым внесениям в СНиП «Нагрузки  и воздействия»

   S_расч для 4 снегового района 2,4МПа.

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проек-

цию покрытия определяем в соответствии с разделом 5 [2]. Город Кемерово относится к 4-му снеговому району (карта 1) – S0 = 2,4 кН/м2. По приложению 3 определяем, что ῃ = 1. Т.к. проектируемое здание однопролетное и без фонарей, а район строительства имеет среднюю скорость ветра за три наиболее холодных месяца V = 3,9 м/с (карта 2), то в соответствии с п. 5.5 коэффициент следует снизить, умножив на коэффициент k:

k = 1,2 – 0,1*V = 1,2 – 0,1 *2,4 = 0,96;

Sн = S0 * ῃ *k = 2,3 кН/м2 

   Определение расчётных усилий

   Т.к. отношение длины плиты к её ширине более 2, то плита рассчитывается как однопролётная балка.                                                              
 
 

        Таблица1 

 

   Определим значение погонной нагрузки

     

   Расчётная длина плиты 

   

   Изгибающий момент и поперечная сила

     

   Расчётное сечение плиты покрытия

   

   Рис. 3 

   Так как 3905<430*10, то для учета неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине плиты уменьшаем расчётную ширину обшивки путём введения в расстояние между ребрами коэффициента 0,9. тогда

   

   Материалы, входящие в поперечное сечение плиты, приводим к фанере обшивки. Принимаем Едр=10000МПа Еф=8500МПа.

   Определяем приведенный момент инерции

   

   Приведенный момент сопротивления

   

   Выполним  проверку пяти условий прочности:

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

   При расстоянии между ребрами в свету с = 43 см и толщине фанеры 1см имеем отношение

   с/d=43/1=43 < 50, тогда

   j_Ф=1 – 43²/5000=0,63

    <

   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 равным 1кН с коэффициентом надежности 1,2. При этом считается, что действие этой нагрузки распределяется на полосу шириной 100см. Расчётная схема балка с обоими защемлёнными концами. Тогда максимальный изгибающий момент:

   

   Момент  сопротивления сечения обшивки  с расчётной шириной 100см

     

   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

       

     

  5. Проверка продольных ребер на скалывание.

   Приведенный статический момент половины сечения  относительно нейтральной оси сечения плиты и приведенный момент инерции половины сечения относительно нейтральной оси сечения плиты находятся из следующих соображений:

   

   

   Приведенный момент инерции половины сечения  относительно нейтральной оси сечения плиты:

    <

   6.Относительный  прогиб плиты от нормативной  нагрузки

   

   Плита отвечает требованиям расчетов по предельным состояниям.

 

   Конструирование и расчет клеефанерной балки с параллельными поясами

Клеефанерные  балки состоят из фанерной стенки толщиной не менее 10 мм и поясов парного  сечения. Пояса выполняют из вертикально  поставленных досок прямоугольной формы. Для устойчивости стенки по длине балки ставяся ребра жесткости с шагом 1/8…1/10l и шириной, равной половине высоты пояса. Ребра жесткости рекомендуется совмещать со стыками стенок и опорами прогонов. Для уменьшения расчетных размеров листа фанерной стенки в опорных панелях устанавливают диагональные ребра. По типу конструкции клеефанерные балки бывают ребристыми и с волнистой стенкой. Ребристые балки, в свою очередь, делятся на балки коробчатого (отличаются повышенной жесткостью из плоскости изгиба и гладкими боковыми поверхностями) и двутаврового сечения.

Проектирование балок осуществляется в следующей последовательности:

   1. Подбирается сечение балки.

   

    , с учетом острошки.

    , с учетом острошки и сортамента пиломатериалов 195

     Принимаем сосновые доски шириной 270 и 32 мм, склеенные между собой плостями в вертикальном положением клеевых швов. В качестве стенок принимаем фанеру ФБФ из лиственницы толщиной 16 мм. В качестве ребер жесткости принимаем доски из сосны размерами 125x32 мм. После обрезки кромок листа его длина принята 1480мм. При этом расстояние между осями ребер жесткости (а₀) получается равным длине фанерного листа, уменьшенного на длину соединения «на ус», которое равно десятикратной толщине фанеры 10δ_ф=10×16=160мм; тогда принимаем

 а₀=1480-160=1320мм

   Все размеры поперечного сечения увязаны с размерами пиломатериалов, а так же подобраны с учетом острожки см. (рис 4).

   

   Рис.4 

  2. Производиться статический расчет.

   осуществляем в табличной форме. 

 

   Определение расчётных усилий

   Расчётной схемой балки покрытия является балка  на двух шарнирных опорах, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой. В расчетной схеме распределённая нагрузка приводится погонной нагрузке.

   

   Для балок с параллельными поясами  наибольший изгибающий момент возникает в середине пролёта и его величину можно принять:

   

      3. Производятся проверки по предельным состояниям.

1. Проверка  прочности по нормальным напряжениям.

   

   

    ,  

2.Проверка устойчивости верхнего пояса.

   Проверка  выполняется по формуле

,  - где коэффициент продольного изгиба сжатого пояса, при определении которого расчетная длина принимается равной расстоянию между точками раскрепления его продольными ребрами плит покрытия;

     

3.Проверка  фанерной стенки в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси.

     

< . Проверка выполняется.

4. Проверка фанерных стенок в опорном сечении на скалывание по

вертикальным  швам между поясами и стенкой.

    <

5. Проверка на прогиб от нормативной нагрузки.

При определении  прогиба учитывают влияние деформаций сдвига от касательных напряжений.

<

6. Проверка фанерной стенки в опасном сечении на растяжение.

7. Проверка местной устойчивости фанерной стенки.

Проверка выполняется  для сечения в середине опорной  панели балки при условии hст/δф > 50. Для этого необходимо предварительно вычислить:

- длину опорной  панели расстояние между ребрами  жесткости в свету «а»;

- расстояние  от центра расчетного сечения  до оси опоры;

- высоту фанерной  стенки в расчетном сечении;

- момент инерции и статический момент для расчетного сечения,

приведенные к  фанере;

- изгибающий  момент и поперечную силу для  расчетного сечения.

Расчет следует  производить по формуле: 

" т и " - соответственно нормальные и касательные напряжения в

стенках от изгиба на уровне внутренней кромки поясов в  расчетном сечении

(середина опорной  панели балки);

   Все проверки выполняются, поэтому оставляем законструированное сечение.  
 
 
 
 
 
 
 
 

 

    3. Конструирование и расчет дощатоклееной колонны прямоугольного сечения 

Компоновка  сечения колонны

Колонну проектируем клеенную, прямоугольного сечения.

Предварительный подбор сечения колонны:

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

h_к=H/13=850/13=65 см;

  b_к=Н/29=850/29=29 см.

Из-за отсутствия досок такой ширины принимаем  доски шириной 100 мм и 200 мм с предварительной склейкой их по кромке в щит.

Фактическая ширина с учетом припусков на усушку и механическую обработку составит  b_к=(100-10)+(200-15)=275 мм.

Для изготовления колонн используем сосновые доски второго  сорта толщиной 40 мм. После двухстороннего фрезерования (острожки) толщина досок  составит t_ф=40-2×3,5=33 мм.

С учетом принятой толщины досок высота сечения  колонн будет:

h_к=33×21 =693 мм;   b_к=275 мм. 

Сбор  нагрузок 

Собственный вес колонны Р_с.к.=0,693×0,275×9×500=857,59кг=8,6 кН.

По карте 3 прил.5[2] г. Вологда относится ко первому ветровому району и нормативное значение ветрового давления принимаем

w₀=0,23 кН/м²; для данного типа местности находим коэффициент к=0,4.

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

  Таблица3.

 

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

w=w₀×k×g_f×c×b, где

w₀ – давление ветра;

g_f=1,4 - коэффициент надежности для ветровой нагрузки определяем по п.6[2].

к – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по табл.6 [2] (тип местности В);

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 при H/L=9/18=0,5=0,5;

 B/L=48/18=2,7>2 ; с=-0,5.

w⁺=w₀×k×g×c×b=0,23×0,4×1,4×0,8×4=0,41 кН/м;

w^-=w₀×k×g×c^-×b=0,23×0,4×1,4×(-0,5)×4= -0,26 кН/м.

Ветровая нагрузка, передаваемая от покрытия вне колонны:

w⁺=w⁺×h_оп=0,41×0,75=0,31 кН;

w^-=w^-×h_оп=-0,26×0,75= -0,2 кН. 

Определение расчетных усилий 

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

X=x_w+x_w

От ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля:

x_w=0,5(w⁺- w^-)=0,5×(0,31-0,2)=0,055 кН.

От ветровой нагрузки, приложенной на стены:

x_w=(3/16)×Н×(w⁺-w^-)=(3/16)×9×(0,41-0,26)=0,253 кН.

При дальнейшем расчете стойку рассматриваем как  консоль защемленную в фундаменте.

Изгибающие  моменты в заделке стоек:

;

Продольные  силы в заделке стоек:

N_лев=N_np=(q_cn+q_сб+S)×0,5×L×b+P_ск=(0,6497+0,165+0,23)×0,5×18×4+9,46=47,1кН

Таким образом расчетные усилия М=16,62кН×м; N=47,1кН. 

Расчет  колонны на прочность  в плоскости рамы 

Расчетная длина колонны в плоскости  рамы:

l₀=2,2×Н=2,2×9=19,8 м.