Определение требуемых материалов и сравнение вариантов по стоимости конструкций в деле

Ростовский  строительный колледж 
 

Специальность 270802

Дисциплина  СД.ДС.02

Особенности проектирования

Строительных  конструкций 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к расчетно-графической  работе 
 
 
 
 
 

Выполнила студентка

Группы  С-41

Кислякова И.С. 
 
 
 
 

Ростов-на-Дону, 2011

Задание

Студентке группы С-41

Запроектировать элементы деревянного  покрытия здания

Пролет  – 18 м, длина – 45 м

Несущие конструкции:

- металлодеревянные  фермы – Вариант  1;

- клееные арки –  Вариант 2.

Материал  кровли – Саркров;

Древесина – пихта 2 сорт;

Район строительства –  г. Киев;

Условия эксплуатации – А-3;

Класс ответственности  сооружения – 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Дата  выдачи 10.09.2011                                           преподаватель 

Дата  окончания 01.10.2011                                      Черногубова Л.И.

Содержание

1. Конструктивные элементы деревянного покрытия здания                  4
2. Расчет конструкций покрытия здания по варианту 1                          6
1. Расчет рабочего настила                                                               6
2. Расчет скатных балок                                                                   10
3. Расчет прогона                                                                               14
3. Расчет конструкций покрытия здания по варианту 2                        14
1. Расчет брусков, щитов, обрешетки                                            14
2. Расчет прогона                                                                               16
4. Определение требуемых материалов и сравнение вариантов по стоимости конструкций в деле                                                              18
5. Литература                                                                                              20

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Конструктивные  элементы деревянного  покрытия здания

Для несущих конструкций  зданий возможно применение конструкций построечного изготовления (цельные  балки, наслонные стропила) и сборных конструкций заводского изготовления (клееные балки и фермы, металлодеревянные фермы и т.д.).

Покрытия  из цельных балок  применяют для  пролетов до 6,5 м, которые  выполняют из бревен или брусьев.

Для зданий со скатными крышами применяют  наслонные стропила – простейшие стропильные конструкции. Они представляют собой систему из цельных балок (стропильных ног, конькового прогона) и цельных стоек (стоек и подкосов). Наслонные стропила применяют для односкатных крыш при небольшой ширине здания, для двускатных крыш, если в здании имеются внутренние продольные стены на расстоянии 4 – 7 метров друг от друга.

Главный элемент наслонных стропил - стропильные ноги. Верхним концом они упираются на коньковый брус, а нижним концом – на мауэрлаты, уложенные на наружную стену. При длине более 4м стропильные ноги подпирают подкосами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1. Наслонные стропила

Деревянные  конструкции покрытий состоят из:

- защитного настила,  являющегося основанием  для гидроизоляции;

- рабочего настила,  поддерживающего  защитный настил;

- прогонов, расположенных  под настилами;

- основных несущих  конструкций (стропил  или стропильных  ферм).

В современных решениях для уменьшения трудоемкости работ настилы  и прогоны объединяют в щиты или панели, уложенные непосредственно  на фермы или арки.

При пролетах более 12м  рекомендуется переходить на сквозные фермы, т.к. балки и подкосные  системы становятся громоздкими и  экономически не выгодными. Наиболее экономичный  вариант – металлодеревянная  ферма, у которой  нижний пояс и растянутые элементы выполнены  из металла.

Для неотапливаемого здания, пролетом 18м, длиной 45м рассматривается два возможных варианта покрытия:

Вариант 1. Несущие конструкции  под рулонную кровлю принимаем металлодеревянные  фермы на врубках  с шагом 4м, очертание  их должно быть двускатным пятиугольным для  уменьшения уклона. По верхним узлам  – неразрезные  прогоны, по ним скатные  балки с шагом 1м, по скатным балкам двойной перекрестный настил (рабочий и  защитный). (рисунок 2)

Вариант 2. Несущие конструкции  – клееные арки кругового очертания, по ним неразрезные  прогоны через 1м, по прогонам – щиты (несущие  и кровельные). Шаг  арок – 6м. (рисунок 3)

Материал  кровли – Саркров;

Древесина – пихта 2 сорт;

Район строительства –  г. Киев;

2 снеговой район

Условия эксплуатации – А-3;

Класс ответственности  сооружения – 2.

ɣп=0.95 

2. Расчет  конструкций покрытия по варианту 1 (рисунки 2, 4)

2.1.расчет  рабочего настила.  Для расчета принимаем  полосу настила  шириной 1м. Рабочий  настил толщиной 19 мм, защитный –  16 мм. Материал –  пихта 2 сорт.

2.1.1. нагрузка на 1  кровли

 

Коэффициент надежности по снеговой нагрузке  
=1.6 принят для отношения =0.20/0.86=0.23‹0.8 /5.1 п.5.7/

Нагрузка  на 1м настила:

От  собственного веса кровли

q=g** ɣп=0.46*1*0.95=0.44 кН/м

От  собственного веса кровли и снега

q=1.84*1*0.95=1.75 кН/

2. Статический расчет

Настилы рассчитывают:

А) на прочность и  жесткость (прогиб) при  одновременном действии собственного веса кровли и снеговой нагрузки – 1 случай;

Б) только на прочность  при воздействии  собственного веса кровли и сосредоточенного груза =100 кг=1кН (человек + инструмент) – 2 случай;

Настил  рассматривают как  двухпролетную неразрезную балку с пролетом l==1 (шаг прогонов) 
 
 
 
 
 

Рисунок 6. Расчетная схема  для 1 случая загружения

Наибольший  изгибающий момент

=q*/8= 1.75*/8=0.22 кН*м 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 7. Расчетная схема  для 2-го случая загружения

Сосредоточенный груз Р=1.2кН воспринимается полосой настила шириной 0.5м /5.2 п. 6.14 б/

Изгибающий  момент

=0.07*q*+0.21*Р*=0.07*0.44*0.5*+0.21*1.03*1=0.23кН*м

Наиболее  невыгодный для расчета  прочности мастика  – второй случай загружения

==0.23кН*м

3. Определение высоты рабочего настила из условия прочности

ᵟ=M/W ≤**

где =***

1.3 кН/  /5.2 табл.3/

1

=0.9

=0.8

=1.15 – коэффициент  условий работы  по 1 и 2 случаю

=1.20 -  коэффициент условий  работы по 2 случаю

=1.3*1*0.9*0.8=0.94 кН/

Требуемый момент сопротивления

=М/* = 23/0.94*1.15*1.10=17.7

W= при ширине настила b=1м (100 см)

===1.15 см

(коэффициентом  0.8 учтена разрешенность досок настила)

По  сортаменту пиломатериалов, принимаю h=1.9 см (меньше не рекомендуется нормами)

J===57.2

4. Проверка жесткости (для 1-го случая загружения)

Нормативная нагрузка 1м настила (1 случай)

=1.06*1*0.95=1.01 кН*м

f≤

f===0.1

=*l==0.67 см /5.2 табл.16/

F=0.1 см ‹ =0.67 см

Жесткость сечения достаточна

Вывод. Сечение настила  b=100 см, h=1.9 см удовлетворяет условию прочности и жесткости. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Расчет  скатных балок

2.2.1. нагрузки на 1 пог.метр балки, включая ее собственный вес. Шаг балок =1м. пролет балки – 3м =

=***1.05=1.06*1*0.95*1.05=1.06 кН/м

q=**1.05=1.84*1*0.95*1.05=1.84 кН/м

коэффициентом 1.05 учтен собственный  вес балки.

2. Статический расчет

Скатные балки работают как  однопролетные балки, расчет выполняют  на поперечный изгиб  по прочности на нагрузки: от собственного веса кровли, снега и  веса человека с инструментом Р=1.2 кН; по жесткости на нагрузки от собственного веса кровли, снега и Р=1.0 кН. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 9. Расчетная схема  скатной балки

Изгибающий  момент

 = + =1.84*/8 + 1.2*3/4=2.97 кН*м

3. Определение размеров сечения балки из условия прочности

ᵟ = M/W ≤ → = M/

  * * * *

Ru = 1.3*1*0.9*0.8 = 1.29 кН/

Требуемый момент сопротивления

Wтреб=297/1.29=230

W=; при b=7.5 см, h= = = 13.56 см

По  сортаменту пиломатериалов принимаю h=15

J= = =2109.4  
 
 
 
 

Рисунок 10. Сечение скатной  балки

4. Проверка жесткости f≤fпред

f= + = + = 0.8 см 

fпред = 1/200 * = 300/200 = 1.50 см > f=0.8 см

Жесткость обеспечена  
 
 
 
 
 
 

2.3 Расчет прогона

2.3.1. нагрузка на 1 пог.метр прогона. Шаг прогонов 3м. Пролет – 4м

=1.06*3*1.05=3.34 кН/м

q=1.84*3*1.05=5.8 кН/м

коэффициентом 1.05 учтен собственный  вес прогона

5. Статический расчет

Прогон  работает как неразрезная  многопролетная балка  с равномерно-распределенной нагрузкой 
 
 
 
 
 

Рисунок 11. Расчетная схема  прогона

Изгибающий  момент

М= = = 7.73 кН*м

2.2.3. Определение размеров  сечения из условия  прочности

ᵟ=М/W ≤ Ru* → Wтреб = М/Ru*

Требуемый момент сопротивления

Wтреб=773/1.3*0.8*1.15=646.32

Где Ru=* * = 1.3*0.8*1.15

Принимаем ширину доски b=5 см. Сечение из двух досок на ребро.

W= → h = = = 19.7 см

По  сортаменту пиломатериалов принимаем h = 20 см.

J= = = 6666  
 
 
 

Рисунок 12. Сечение прогона 

2.3.4 Проверка жесткости  f ≤ fпред

f = = = 0.30 см

fпред = 1/200*l = 400/200 = 2см /5.2 табл.16/

Жесткость прогона обеспечена, т.к

f = 0.30 см ‹ fпред = 2см 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Расчет  конструкций покрытия по варианту 2 (рис. 3, 5)
1. Расчет брусков, щитов, обрешетки

Сечение брусков принимаем 60×130 мм. Угол наклона a ‹ 10°, поэтому в расчете не учитывается. Шаг брусков – 0.5 м

3.1.1. Нагрузка на 1 кровли

 

= 1.6 т.к. 0.34/10 = 0.34 ‹ 0.8 /5.1 п 5.7/

Нагрузка  на 1 погон.метр обрешетки

Нормативная = * * = 1.15*0.5*0.95 = 0.55 кН/м

Расчетная q = g* * = 1.94*0.5*0.95 = 0.92 кН/м

2. Статический расчет

Бруски  щитов обрешетки  работают, как однопролетные  балки, расчет выполняют  на поперечный изгиб  на два случая загружения:

- от собственного  веса кровли и  снега – 1 случай;

- от собственного  веса кровли и  веса человека  с инструментом                ( =  1кН);

1 случай                                                                            2 случай 
 
 
 

Рисунок 13. Расчетная схема  брусков, щитов, обрешетки

Изгибающие  моменты для 1 случая загружения (от собственного веса кровли и снега)

М = q*/8 = 0.95*/8 = 1.07 кН*м

Для 2-го случая загружения (от собственного веса кровли и веса человека с инструментом)

М = q*/8+P*l/4 = 0.27*/8 + 1.2*3/4=1.2 кН*м

Где q=0.56*0.5*0.95=0.27 кН/м

Наиболее  невыгодный для расчета  прочности брусков  – второй случай загружения Мmax=1.20 кН*м

3. Определение геометрических характеристик брусков, щитов обрешетки

  = b*/6 = 6*/6 = 225

= b*/12 = 6*/12 = 1687.5 

Рисунок 14. Сечение брусков, щитов обрешетки.

4. Проверка прочности

ᵟ=М/W ≤ Ru * *

Где Ru= * * * *

ᵟ=120/225=0.53 кН/ ‹ Ru * * = 1.3*1*1*1*1.15*1.2=1.29 кН/

Условие выполняется, прочность  обеспечена.

5. Проверка жесткости (для 1 случая загружения) f ≤ fпред

F= * /10* Е*J, см

= *  / 8 = 0.55 */ 8 =0.62 кН*м

= 62 * /10*1000*1098 = 0.51 см

= 1/200 * l = 300/200 = 1.50 см /5.2 табл.16/

= 0.51см ‹ fпред = 1.50 см

Условие выполняется, жесткость  обеспечена.

2. Расчет прогона

3.2.1. Нагрузка на 1пог.метр прогона. Шаг прогонов – 1м. Пролет – 6м.

= 1.15 * 1 * 1.05=1.21 кН/м

q=1.94 * 1 * 1.05=2.04 кН/м 

Коэффициентом 1.05 – учтен собственный  вес прогона.

2. Статический расчет

Прогон  работает как неразрезная  многопролетная балка  с равномерно-распределенной нагрузкой 
 
 
 
 

Рисунок 15. Расчетная схема  прогона

Изгибающий  момент

М = q * /12 = 2.04 * /12 = 6.12 кН*м

3. Определение размеров сечения из условия прочности

ᵟ=M / W ≤ Ru * → Wтреб = M / Ru *

Требуемый момент сопротивления

Wтреб = 612/1.3 * 0.8 * 1.15 = 512

Задаемся  b=5 см * 2 (две доски на ребро)

W = b * / 6 → h = = = 17.5 см

По  сортаменту пиломатериалов, принимаем  h=20см, две доски сечением 50×200 мм на ребро.

= b*/12 = 10 * /12 = 6666 
 
 
 

Рисунок 16. Сечение прогона.

4. Проверка жесткости f ≤ fпред

F= * = = 0.61 cм

Условие выполняется, жесткость  обеспечена. 
 
 
 
 

4. Определение требуемых материалов и сравнение вариантов  по стоимости конструкций  в деле

Вариант 1.

Доски настилов = (0.019+0.016) * 18 * 45=28.35

Скатные балки  = (0.075*0.15)*18*45 = 9.11

Прогоны = 2 * 0.05 * 0.20 * 8 * 45 = 7.20

Итого                                                    44.66

Расход  на фермы пиломатериалы      2.22

                                             металл     260 кг 

Вариант 2.

Щиты  настила  = 28.35*1.05=29.77

Коэффициент 1.05 – расход материала  на каркас щита.

Прогоны = 2 * 0.05 * 0.20 * 8 * 45 = 7.20

Расход  материалов на арку: пиломатериалов – 1.40

                                                               металла – 175 кг 
 
 
 
 
 
 
 
 

Сравнение вариантов по стоимости  конструкций в  деле 

Таблица 3

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература 

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия

СНиП 2-25-80 Деревянные конструкции