Одноэтажное здание с деревянным каркасом

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

 

                                                          Кафедра МДК

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект по деревянным конструкциям на тему:

 

«Одноэтажное здание с деревянным каркасом»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:     студент V курса

                ФПГС гр. П-75   


             Кандаев Г.А.

 

Проверил:       Грачев В.А.

 

 

Подпись:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

Самара 2011


Содержание                                                                                                                  

        Введение

     1      Исходные данные

2      Уточнение исходных данных

2.1   Уточнение условий эксплуатации

2.2   Уточнение основных геометрических размеров поперечной рамы

2.3   Уточнение нагрузок и воздействий

2.4   Уточнение сведений о материалах

3      Компоновка каркаса здания

4      Конструирование и расчет элементов покрытия

4.1 Конструирование и расчет настила

4.2 Конструирование и расчет прогонов

5      Статический расчет плоской рамы на ЭВМ

5.1 Составление конечно-элементной модели. Описание ее свойств

5.2 Сбор нагрузок на поперечную раму

5.3 Расчет

5.4 Результаты расчета

6      Конструирование и расчет ригеля

7     Конструирование и расчет колонны

7.1 Колонна по оси «А»

7.2 Опорный узел колонны по оси «А»

7.3 Колонна по оси «Б»

7.4 Опроный узел колонны по оси «А»

8      Конструирование и расчет узла сопряжения стойки с ригелем

8.1 Узел соединения ригеля и колонны по оси «А»

8.2   Узел соединения ригеля и колонны по оси «Б»

9     Мероприятия по защите конструкции от биоповреждения и пожарной            опасности

10    Технико-экономические показатели

        Литература.

        Приложение 1

        Приложение 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Деревянные  конструкции являлись основными  в течении многих веков и имеют  широкие перспективы применения в современном облегченном капитальном  строительстве. Огромные лесные богатства  нашей страны являются надежной сырьевой базой производства деревянных строительных конструкций. Основная масса наших лесов находится в отдаленных районах Дальнего Востока и Севера, которые в первую очередь нуждаются в легких конструкциях. Деревянные конструкции характеризуются малой массой, малой теплопроводностью, повышенной транспортабельностью и их перевозки на значительное расстояние вполне рационально. Легкая обрабатываемость древесины позволяет организовать их изготовление  без особых трудностей с применением, в основном, стандартного деревообрабатывающего оборудования. Высокая (относительно массы) прочность древесины позволяет создавать деревянные конструкции для перекрытий зданий, имеющих свободные пролеты до ста метров и более.

Деревянные  конструкции подвержены загниванию, однако современные методы конструктивной и химической защиты от загнивания позволяют снизить до минимума опасность их гнилостного поражения и обеспечить им необходимую долговечность в самых различных условиях эксплуатации.

Древесина является сгораемым материалом, но современные деревянные конструкции, состоящие из массивных, в первую очередь клееных элементов, показывают достаточную степень огнестойкости.

Древесина –  стойкий материал в ряде агрессивных  по отношению к метолу и бетону сред. Кроме того, деревянные конструкции проявляют необходимую долговечность в ряде сооружений химической промышленности.

Создание высокопрочных  синтетических и полимерных клеев  и разработка высокопроизводительной заводской технологии склеивания позволили  из пиломатериалов ограниченных размеров создавать клееные элементы и конструкции практически любых размеров и форм, имеющих повышенную прочность и стойкость против загнивания и возгорания и при минимальном количестве отходов.


Изготовление  водостойкой строительной фанеры склеенной полимерными клеями дало возможность получать особо легкие и экономные по расходу материалов листовые клеефанерные конструкции.

Производство  и применение клееных деревянных конструкций является одним из главных  направлений в область строительства  из дерева. Изготовление этих конструкций расширяется на создаваемых в ряде районах страны специализированных, оборудованных высокопроизводительными машинами, предприятиях.

 

  1. Исходные данные


1.Вариант №  713

2.Схема здания  – Б3

3.Пролет – 24 м.

4.Длина здания – 66 м.

5.Шаг рам - 6м

6.Высота до  низа ригеля – 8 м.

7.Покрытие  – холодное, по прогонам

8.Тип ригеля  - балка деревянная, клееная, армированная

9.Тип колонн  - клеедощатые

10.Фундамент  под колонны - железобетонный столбчатый

11.Место стройки  - г. Иркутск

12.Материал для конструкций  -  лиственница (сорт 1-3), сталь С-235, арматура класса А 400.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  Уточнение исходных данных

2.1 Уточнение условий эксплуатации

 

Торговый павильон проектируется  для розничной торговли и временного хранения товарного запаса.

Температура воздуха  внутри помещения не нормируется

Класс условий эксплуатации II

Класс ответственности по назначению:  II,  [2] 

     Характеристика пожарной безопасности:


     Сос (степень огнестойкости) -IV

     Фпо (функциональная пожарная опасность) – Ф3.1, согласно ст. 32 [2]

     Кпо (класс конструктивной пожарной опасности) – С2-при учете того, что деревянные конструкции будут обработаны антипиренами

Степень огнестойкости: V [4]

Категория по пожарной и  взрывопожарной опасности: Д, согласно ст. 27 [2]

Климатический район (г. Иркутск): II [3]

2.2. Уточнение основных геометрических размеров поперечной рамы

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Уточнение нагрузок и воздействий

Нагрузка  от снега

Снеговой район (г.Иркутск): II, Sg=1.2 кПа. [3]

Схема здания соответствует рисунку Г.1 (согласно приложению Г [3])


μ=1, так как α<300 (таблица Г.1). [3]

сt=1.0

Коэффицент  надежности по нагрузке: γf =1.4  (п. 10.12  [3]).

Нагрузка от ветра

Ветровой район: III  [3] 

Тип местности: В

Нормативное значение ветрового  давления: кПа.

Коэффициент надежности по нагрузке: (п. 11.1.12  [3]).

 

2.4. Уточнение сведений о материалах.

Лиственница 1,2,3 сорт. по ГОСТ 8486-86, сортамент пиломатериалов хвойных пород по ГОСТ 24454-80.

Модуль упругости  древесины вдоль волокон Е = 10000 МПа.

Модуль упругости  древесины поперек волокон  Е90 = 400 МмПа.

Коэффициент Пуассона при направлении напряжений вдоль волокон .

Коэффициент Пуассона при направлении напряжений поперек волокон .

Расчетные сопротивления  принимаются согласно [1].

Сталь С235 по ГОСТ 27772-88*, Ry=230 МПа.

Бетон класса В 25 по ГОСТ 26633-91, Rb=14.5 МПа.

Болты по ГОСТ 7798-70, класс точности В

Болты фундаментные анкерные по ГОСТ 24379.1-80

     Профнастил оцинкованный НС35-1000-0.8 по ГОСТ 24045-94

     «Линокром», ТУ 5774-002-13157915-98

Клей ФР-12, ТУ 6-05-1748-75,

Гвозди по ГОСТ 283-75

Арматура А-400 по ГОСТ 5781-82


3 Компоновка каркаса здания.

В деревянных каркасах используется нулевая привязка несущих конструкций, т.е. разбивочная ось совпадает с внутренней гранью стенового ограждения. У торцов здания оси основных колонн смещаются внутрь здания на 500 мм. от разбивочных осей.

На выбор  типа решетки влияют вид основной конструкции, ее шаг, а также шаг  колонн торцевого фахверка. Оголовки колонн торцевого фахверка прикрепляются  к основной несущей конструкции  в узлах горизонтальных связевых ферм. Предельная гибкость стержней связей должна быть не более 200.

Чтобы придать  пространственную жесткость объему, необходимо в плоскости покрытия и стен создать жесткие на сдвиг  диски. Жесткий диск покрытия образуют горизонтальные связевые фермы, размещенные  у торцов здания и по его длине. Горизонтальные связевые фермы жесткости воспринимают усилия от ветровой нагрузки. С целью придания всему покрытию пространственной жесткости помимо горизонтальных связей вводятся вертикальные. Вертикальные связи покрытия выполняют в виде системы подкосов. В другом направлении, вдоль здания, вертикальные связи объединяют попарно основные несущие конструкции покрытия.

Крепление вертикальных связей осуществляется либо непосредственно  к конструктивным элементам основной несущей конструкции, либо соединительных деталей из древесины или металла на монтажных болтах, реже гвоздях. Выбор вида вертикальных связей будет зависеть от высоты, шага, гибкости колонны из плоскости рамы. Требуется, чтобы угол наклона связей был в диапазоне 35-55º, а гибкость колонны – не более 120. Причем вертикальные связи в углах должны быть согласованы. Вертикальные связи жесткости по колоннам следует совмещать с горизонтальными связями жесткости по покрытию, с целью создания жестких пространственных блоков. Расстояния между связевыми блоками следует назначать до 30 м включительно (согласно п. 8.6 [1]).

 


Рис. 3.1 Схема расположения элементов конструкций.

 

 

 

 


4 Конструирование и расчет элементов покрытия

4.1 Конструирование и расчет настила

Принимаем в  проекте двойной перекрестный настил, состоящий из двух слоев – нижнего рабочего и верхнего защитного. Рабочий настил подставляет разряженный ряд более толстых досок  и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил – сплошной ряд досок  толщиной 16 мм и шириной 100 мм. укладываемыми на рабочий настил под углом 45º. Крепление настила осуществялется гвоздями по ГОСТ 283-75.

В качестве покрытия по защитному настилу применен наплавляемый кровельный материал «Линокром», уложенный  за два слоя (масса 1 кв.м. материала 4.6 кг)

Материал настила – лиственница 2 сорт, класс условий эксплуатации 3 (табл. 1 [1]).

Рис. 4.1.1 Конструкция покрытия

 

 

В соответствии с п. 8.16 [1] настилы и обрешетки  под кровлю следует рассчитывать по прочности и прогибам на следующие  основные сочетания нагрузок:

-постоянная  и временная от снега (расчет  на прочность и прогиб);

-постоянная  и временная нагрузка от сосредоточенного груза 1 кН с умножение последнего на коэффициент перегрузки n=1.2 и учетом коэффициента условий работы mn (табл. 8 [1]).

 

 

 

 

Таблица 4.1.1. Сбор нагрузок на 1м2 настила.

№ п/п 

Вид нагрузки 

Нормативная нагрузка, кг/м2 

Коэффициент надежности по нагрузке γf  

Расчетная нагрузка, кг/м2  

1

Постоянная нагрузка  

дощатый настил

 

650∙0,048=31.25

1.1 

31.2∙1.1=34,32 

Линокром

(2 слоя) 

2∙4.6=9.2

1.3 

9.2∙1.3=11.96

Итого: 

40.45

- 

46.28

2

Временная нагрузка 

снег 

73.8

1.4 

103.32

Итого: 

  73.8 

-

103.32

Всего:

114.25 

  

149.6


Сосредоточенная нагрузка от массы человека с грузом:


- нормативная  кг;      

     - расчетная кг.

Расчетная схема  рабочего настила – двухпролетная  балка с пролетами

  м.;

Расчетная ширина полосы – 1м;

Угол наклона 

Подбор сечения  настила при первом сочетании  нагрузок:


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1.2. Статическая схема работы настила при первом сочетании нагрузок.

 

 

Нормальная  составляющая нагрузки:

кг/м.

Расчетное сопротивление  изгибу: кг/см2.

mв=0.85 (табл. 7 [1]).

mT=1 (п. 5.2 [1]).

Расчетный изгибающий момент: кг∙м.


Находим требуемый  момент сопротивления:  см3.

Принимаем доски  сечением: 15х3.2 см.

Тогда требуемая  общая ширина досок равна:  см.

Отсюда шаг  расстановки досок равен:  м.

Принимаем сечение  рабочего настила 15х3,2см при шаге 0,7 м.

Тогда см., см3.

Напряжения  кг/см2.

Проверка прогиба  при первом сочетании нагрузок.

Нормальная  составляющая нормативной нагрузки на настил равна:  

 кг/см.

Момент инерции:  см4.

Модуль упругости: кг/см2.

Относительный прогиб:

-условие выполняется.

Учитывая кратковременность  воздействия человека с грузом на настил, проверка прогиба при втором сочетании нагрузок не производится.

Подбор сечения  настила при втором сочетании нагрузок.




 

Рис. 4.1.3 Статическая схема работы настила  при втором сочетании нагрузок.

Нормальная  составляющая нагрузки:  

 кг/м.

 кг.

(сосредоточенный  груз распределяется на ширину 0.5 м. и при расчетной ширине настила 1м входит удвоенной величиной).

Расчетное сопротивление  изгибу:

 кг/см2.

mн - коэффициент условий работы согласно поз. 1 табл. 8 [1]

Расчетный изгибающий момент:

 кг∙м.

Находим требуемый момент сопротивления:  см3.

Тогда требуемая  общая ширина досок равна:  см.

Отсюда шаг  расстановки досок равен:  м.

Принимаем сечение  рабочего настила 15х3,2см при шаге 0,4 м.

Тогда , см3.

Напряжения: кг/см2.

Учитывая, что минимальная толщина защитного слоя (16мм), а рабочего слоя (19мм) в дальнейшем расчете принимаем защитный настил толщиной 16 мм., рабочий настил сечением 15х3.2 см. при шаге 0.4 м.

 

4.2 Конструирование и расчет прогонов

Принимаем в  проекте прогоны разрезного типа, представляющие собой продольные ряды свободно опертых балок, установленных на несущие конструкции покрытия. Нейтральные оси сечений получают такой же уклон к горизонту, как и покрытие. Прогоны соединяются по длине на опорах при помощи косого прируба. От сползания по скату прогоны удерживаются бобышками прибиваемыми к опорам гвоздями.


Прогоны рассчитываем прогон как при косом изгибе согласно п. 6.12 [1].

Расчетная схема  прогона:

                             

Рис. 4.2.1 Схема действия нагрузок на прогоны.

 

Таблица 4.2.1 Сбор нагрузок на  прогоны.

№ п/п 

Вид нагрузки 

Нормативная нагрузка, кг/м2 

Коэффициент надежности по нагрузке γf  

Расчетная нагрузка, кг/м2  

1

Постоянная нагрузка  

Прогоны (Лиственница 2 сорта, ω=12%)

12

1.1

12∙1,1=13.2

- дощатый настил

 

650*0,048=31.2

1.1 

31.2∙1.1=34.32 

- Линокром

(2 слоя) 

2∙4.6=9.2

1.3 

9.2∙1.3=11.96

Итого: 

52.4

- 

59.48

2

Временная нагрузка 

- снег 

73.8

1.4 

103.32

Итого: 

  73.8

-

103.32

Всего:

126.6 

  

162.8


Принимаем шаг  прогонов В=1.5м., тогда погонная нагрузка составит:

- нормативная   кг/м.

- расчетная  кг/м.

Определяем составляющие нагрузки q по осям X и Y:

 кг/м.


 кг/м.

Подбор сечения  прогонов по прочности.

Определяем величины моментов по осям X и Y:

 кг∙м., где l- длина прогона (шаг рам).

 кг∙м.

Примем соотношение сторон прогона как  , отсюда b=1.5∙a.

;                          

Расчетное сопротивление  изгибу:

 тогда   м.

принимаем размеры сечения прогона  (размеры принимаются согласно действующему сортаменту): а=150мм., b=225мм.

Геометрические характеристики сечения:

 см3.;       см3.;

 см4.;

см3.

Выполним проверку прочности

кг/см2. Условие выполняется.

кг.

 кг/см2.

Условие выполняется.

Проверка прогонов по прогибу.

 где fx,у- составляющие деформации f по осям х,у.

см.

 см4.

 см.

 см.;

;    ;     - условие выполняется.

 

  1. Статический расчет плоской рамы на ЭВМ

5.1 Составление конечно-элементной  модели. Описание ее свойств

Конечно-элементная модель плоской поперечной рамы представлена в виде отдельных пространственных стержневых конечных элементов. Тип конечных элементов – 10 (универсальный пространственный стержневой КЭ). Опоры рамы задавались связями в стойках по X и Z (узлы 1 и 8). Геометрия модели принята по заданным ранее размерам рамы. Жесткостные характеристики конечных элементов приняты одинаковыми. Модуль упругости древесины – 109 кг/м2. Плотность древесины 650 кг/м3.


Рис. 5.1.1 Конечно-элементная модель в ПК «Лира».

Размеры сечений  элементов:

1 – колонна,  сечение 21х66 см.

2 – ригель, сечение 21х150 см.

3 – колонна, сечение 21х72.6 cм.

 

Рис. 5.1.2 Номера элементов.

 

5.2 Сбор нагрузок

Поперечная  рама воспринимает следующие нагрузки: постоянные (от веса покрытия, каркаса  и стенового ограждения), временные (от снега и ветра).

Постоянные  нагрузки


Таблица 5.1 Постоянная нагрузка от собственного веса.

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, кг/м

Коэффициент надежности по нагрузке γf

Расчетная нагрузка, кг/м

- Линокром

(2 слоя)

2∙4.6∙6=55.2

1.3

55.2∙1.3=71.76

- Дощатый настил

650∙0,048∙6=187.2

1.1

187.2∙1.1=205.92

-Прогоны (Лиственница 2 сорта, ω=12%)

1,1

153.56∙1.1=168.92

-связи жесткости

8.0

1,1

8.0∙1,1=8.8

Итого

403.96

  

455.4


 

Собственный вес покрытия: кг/м.

Собственный вес покрытия передается на ригель через прогоны. Сосредоточенное усилие, передаваемое одним прогоном, составит:

кг (где 1,5 – шаг прогонов, м.)

Собственный вес ригеля: кг/м.

Собственный вес колонны: кг/м.

кг/м.

Собственный вес ограждения:

Принимаем стеновое ограждение из профлиста НС35-1000-0.8

Нормативные нагрузки от массы стенового ограждения и  двойного остекления можно принять  равным:

 кПа; кПа;

кг/м.

Вес стены соответственно составит

кг. и кг.,

где и - высота стены.

Нагрузка от ограждения приложена  к колонне с эксцентриситетом.

Изгибающие моменты соответственно равны:

кг∙м.

кг∙м.


Временные нагрузки

Снеговая нагрузка:

Согласно [3] расчетное  значение веса снегового покрова  для г. Иркутска (II снеговой район) равно кг/м2.

 кг/м.

Снеговую нагрузку прикладываем в виде сосредоточенных  усилий, так как она передается на ригель через прогоны.

кг.

Ветровая нагрузка:

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Нормативное значение ветрового  давления: кПа (п. 11.1.4 [3]),

для г. Иркутска (IV ветровой район).   

 коэффициент, учитывающий  изменение ветрового давления  по высоте (п. 11.1.5 и 11.1.6 [3]);

 аэродинамический коэффициент  (п. 11.1.7 [3]);

Принимаем тип местности В – городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.

Аэродинамические  коэффициенты:

- с наветренной  стороны  ;

- с подветренной  стороны  ;

- для покрытия при ветре слева

- для покрытия при ветре справа

(для участка J, согласно рис. Д.4.б [3]), (для участка I)

Нагрузки от ветрового давления запишем в  табличной форме:

Ветер слева:


Таблица 5.2 Нормативное ветровое давление на 1м2 стены

Z, м

Наветренная сторона, кг/м2

Подветренная сторона, кг/м2

 

 

  

 


                     Таблица 5.3 Расчетное ветровое давление на 1м стены .

Z, м

Наветренная сторона, кг/м

Подветренная сторона, кг/м

 

 

  

 


Распределенную ветровую нагрузку в торец ригеля заменяем сосредоточенной силой, приложенной в узел 4 и 5 соответственно.

W4=(143.18+151.85)/2∙1.5=221.27 кг.

W5=(98.15+102.89)/2∙1.5=150.78 кг.

Ветер справа:

Таблица 5.4 Нормативное ветровое давление на 1м2 стены

Z, м

Наветренная сторона, кг/м2

Подветренная сторона, кг/м2

 

 

 

 

 

Таблица 5.5 Расчетное ветровое давление на 1м  стены 

.

Z, м

Наветренная сторона, кг/м

Подветренная сторона, кг/м

 

 

 

 


W4=(89.43+96.33)/2∙1.5=139,3 кг.

W5=(157.15+164.57)/2∙1.5=241.3 кг.

     Нагрузки от ветрового давления на покрытие.

Ветер слева:

 кг/м.

 кг/м.

Ветер справа:

Участок покрытия J, шириной 2,28 м.

 кг/м.

 кг/м.

Участок покрытия I

 кг/м.

 кг/м.

Все нагрузки на раму задаются в отдельных загружениях.

 

Загружение 1. Собственный вес конструкций.

Собственный вес деревянных конструкций (колонны, ригеля) задается автоматизировано ПК «Лира», в виде равномерно распределенных нагрузок по длине стержней, в зависимости от заданных жесткостей элементов.

 

Рис. 5.2.1 Загружение 1. Собственный вес конструкций (тс).

 

Загружение 2. Собственный  вес покрытия и ограждения.


 

Рис. 5.2.2 Загружение 2. Собственный  вес покрытия и ограждения (тс, тс∙м).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Загружение 3. Снеговая нагрузка.

 

Рис. 5.2.3 Загружение 3. Снеговая нагрузка (тс).

 


Загружение 4. Ветровая нагрузка. Ветер слева.

Рис. 5.2.4 Загружение 4. Ветровая нагрузка. Ветер слева (тс).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Загружение 5. Ветровая нагрузка. Ветер справа.

 

Рис. 5.2.5 Загружение 5. Ветровая нагрузка. Ветер справа (тс).

 


5.3 Расчет

Расчет плоской поперечной рамы произведен в программном комплексе «Лира 9.4».

В основе расчета  положен метод конечных элементов в форме перемещений.

Для определения  наиболее неблагоприятных загружений было составлено расчетное сочетание  усилий (РСУ):

1 и 2 загружения  – постоянные,

3,4 и 5 загружения  – кратковременные,

загружения  4 и 5 взаимоисключающие.

Тестовый файл задачи в ПК «Лира» прилогается (см. приложение 1).

 

 

5.3 Результаты расчета.

 

Рехультаты расчета  программным комплексом «Лира» представлены в виде таблицы РСУ, см. приложение 2.

 

 

 

 

 


6  Конструирование и  расчет ригеля

В качестве несущих конструкций  покрытия применена односкатная, клеедощатая, балка, армированная продольной аратурой в верхнем и нижнем поясе. Для армирования балки используем арматуру класса А-400 диметром 22 мм.

Модуль упругости стали Е=200000 МПа.

Принимаем для изготовления балки доски из лиственницы 1 и 2-ого сорта, сечением 40х170, после фрезерования 33х165 мм. Клей резарциновоформальдегидный ФР-12.

Для назначения предварительных  размеров балки используем соотно-шения, известные из опыта проектирования подобных конструкций.

Для армированных балок средних и малых пролетов (L=9…24 м) высота сечения приблизительно составляет:

Одноэтажное здание с деревянным каркасом 📙 Курсовая → 🆔 148212

Одноэтажное здание с деревянным каркасом 📙 Курсовая → 🆔 148212

Одноэтажное здание с деревянным каркасом