Проектирование склада сельскохозяйственной техники

Федеральное агентство по образованию 

Российской  Федерации

 

 

Санкт-Петербургский  Государственный 

Архитектурно-строительный Университет

 

 

Кафедра городского строительства 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

Проектирование  склада сельскохозяйственной техники

 

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту

                                                                                 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студент гр. ГС-IV

Баландин А. О.

 

Преподаватель:

Корзон С. А.

 

 

 

 

 

 

 

Санкт - Петербург

2010

Содержание:

 

1. Задание  на проектирование

2. Введение

3. Конструирование  и расчет ограждающих элементов 

3.1. Конструирование  и расчет клеефанерной плиты покрытия

3.2. Конструирование  навесных панелей стен

4. Конструирование  и расчет основных несущих конструкций

4.1. Конструирование и расчет балки

4.2. Конструирование и расчет колонны

5. Конструирование  и расчет узлов

6. Список литературы  
1. Задание на проектирование

 

 

Номер варианта	Внутренние габариты здания	Вид кровли	Рекомендованная конструкция	Место строительства	Основные материалы
1	2	3	4	5	6
20	27х54 м H=5,6 м	утепленная беспрогонная	клеедощатая арка, треугольного очертании с затяжками	Омск (III снеговой район)	древесина хвойных пород, лиственная фанера, сталь круглая ВСТ3ПС

 

Назначение: склад сельскохозяйственной техники

 

2. Введение

 

Принимаем в качестве несущих  конструкций покрытия треугольную трехшарнирную распорную систему с клееным верхним поясом и металлической затяжкой. Утепленное кровельное покрытие принято из клеефанерных панелей. Панели кровельного покрытия укладывают непосредственно на верхние пояса несущих конструкций, поставленных вдоль здания с шагом 6 м между осями. Продольная жесткость покрытия обеспечивается панелями кровли, прикрепленными к верхним поясам систем и постановкой горизонтальных связей, воспринимающих и ветровую нагрузку. Горизонтальные связи образуют в плоскости верхних поясов двух соседних несущих конструкций ферму, которая передает действующие в ее плоскости усилия на продольные стены. Горизонтальные связи должны быть расположены в торцевых частях здания и по его длине на расстоянии не более 30 м одна от другой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Конструирование и расчет ограждающих  элементов

 

3.1. Конструирование  и расчет клеефанерной плиты покрытия

 

Фанера 1525х1525 мм

Продольные  32х150, после обстружки 27х145

Поперечные  32х75, после обстружки 27х70

 

Сбор нагрузок:

 

№ п/п	Наименование	Нормативная нагрузка qн Н/м2 (Па)	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка qр Н/м2 (Па)
Постоянные нагрузки
1	Рулонная  кровля (3 слоя)	120	1,3	156
2	Пароизоляция δ=0,005 м γ=600 кг/м3	30	1,3	39
3	Фанерные полки  γ =700 кг/м3 δв=9 мм δн=6 мм	105	1,1	115,5
4	Ребра   продольные 27х145 мм lпрод=5980 мм поперечные 27х70 мм lпопереч=454мм γ=600 кг/м3	71,7	1,1	78,9
5	Утеплитель Rockwool δ=50 мм γ =40 кг/м3	20	1,2	24
	Итого:	346,7	-	413,4
Временные нагрузки
1	Снеговая нагрузка (III район)	1260	1/0,7	1800
2	Ветровая нагрузка	-	-	-
	Всего	1606,7	-	2213,4

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные используемые материалы  и их характеристики:

 

№	Напряженное состояние и характеристика элементов, расчетные сопротивления	Обозначение	Расчетные сопротивления, МПа, для сортов древесины
			1	2	3
древесина сосны
1	Изгиб, сжатие и смятие вдоль волокон:   - элементы прямоугольного сечения   высотой до 50 см	Rи, Rс, Rсм	14	13	8,5
2	Скалывание вдоль волокон: -при изгибе клееных элементов	Rск	1,6	1,5	1,5
3	Смятие поперек волокон местное: -в опорных частях конструкций,  лобовых врубках и узловых  примыканиях элементов	Rсм 90	3	3	3
4	Модуль упругости вдоль волокон	Е	10 000	10 000	10 000
фанера клееная березовая марки  ФСФ (вдоль волокон наружных слоев) толщиной более 8 мм
5	Сопротивление растяжению в плоскости  листа	Rф.р	14
6	Сопротивление сжатию в плоскости  листа	Rф.с	12
7	Сопротивление изгибу из плоскости листа	Rф.и	16
8	Сопротивление скалыванию в плоскости  листа	Rф.ск	0,8
9	Сопротивление срезу перпендикулярно  плоскости листа	Rф.ср	6
10	Модуль упругости вдоль волокон  наружных слоев	Е	9 000
фанера клееная березовая марки  ФСФ (вдоль волокон наружных слоев) толщиной 6 мм
11	Сопротивление растяжению в плоскости  листа	Rф.р	14
12	Сопротивление сжатию в плоскости  листа	Rф.с	13
13	Сопротивление изгибу из плоскости листа	Rф.и	18
14	Сопротивление скалыванию в плоскости  листа	Rф.ск	0,8
15	Сопротивление срезу перпендикулярно  плоскости листа	Rф.ср	5
16	Модуль упругости вдоль волокон  наружных слоев	Е	9 000

 

 

Конструктивный расчет

 

Геометрические характеристики поперечного сечения плиты

 

Расчет клееных элементов из фанеры с древесиной следует выполнять  по методу приведенного поперечного  сечения.

 

расстояние между продольными  ребрами по осям:

пролет плиты 

т.к. l ³ 6a приведенная расчетная ширина фанерных обшивок:

Приведенная площадь сечения:

где  - коэффициент приведения для ребра

 

Приведенный статический момент:

расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани обшивки:

 

Приведенный момент инерции без учета собственных моментов инерции полок:

 

расчетная площадь поперечного  сечения растянутой нижней обшивки:

расчетная площадь поперечного  сечения растянутой верхней обшивки:

площадь поперечного сечения ребер:

момент инерции ребер:

расстояние от нейтральной оси  до центра тяжести ребра:

расстояние от нейтральной оси  до центра тяжести верхней обшивки:

расстояние от нейтральной оси  до центра тяжести нижней обшивки:

Следовательно:

Момент сопротивления:

Проверка  панели на прочность

Расчетный изгибающий момент в середине пролета:

Напряжение в растянутой обшивке:

где 0,6  –  коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры в растянутом стыке при соединении «на ус»)

 

 

Устойчивость сжатой обшивки проверяется по формуле:

а =45,4 см - расстояние между ребрами в свету и

δ=0,9 см   - толщина фанеры

. 

Следовательно:

Проверка верхней обшивки на местный изгиб сосредоточенной силой:

P=1200 Н,

с=48,1 см – расстояние между ребрами в осях

как заделанную по концам (у ребер) балку шириной 100см,

 

Момент сопротивления обшивки  шириной b=100 см

Напряжение от изгиба сосредоточенной  силой

Проверка складывающего напряжения по клеевому слою фанерной обшивки (в пределах ширины дощатых ребер).

Поперечная сила равна опорной  реакции:

Н

Приведенный статический момент в  верхней обшивке относительно нейтральной  оси:

.

Расчетная ширина клеевого соединения:

см

Касательные напряжения:

Проверка панели на прогиб

Относительный прогиб панели равен:

 

Конструирование и расчет основных несущих конструкций

 

1. Конструирование и расчет арки

Геометрческие размеры системы и нашгрузки.

Расчетную схему принимаем  по рис. 1 с отношением h/l - 1/5. При этом 
высота системы будет h = 5,4 м. Угол наклона верхних поясов 
а = 21°50; tgα = 0,4; sin« = 0,371; cosα = 0,928. Длина ската:

 

 

_{Нагрузка на 1м² плана здания:}

 

№ п/п	Наименование	Нормативная нагрузка qн Н/м2 (Па)	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка qр Н/м2 (Па)
Постоянные нагрузки
1	Утепленная  панель покрытия	0,374/0,928= 0,374	-	0,413/0,928= 0,446
2	Собственный вес системы	0,255	1,1	0,281
3	Суммарная	0,629	-	0,727
Временные нагрузки
1	Снеговая нагрузка (III район)	1,26	1,6	2,016
2	Ветровая нагрузка	-	-	-
	Всего	1,869	-	2,743

 

Собственный вес системы определяем при k_св=5 из выражения:

Коэффициент надежности для снеговой нагрузки определим по п. 5.7 СНиП 2.01.07-85 в зависимости от отношения:

Нагрузка на 1 м системы: постоянная q=0,727·6=4,362 кН/м, временная S=2,016·6=12,1 кН/м

 

Определение усилий в элементах  системы:

 

Систему рассчитывают на сочетание  нагрузок рис. 2 – постоянную и временную нагрузку по всему пролёту (первое сочетание) и постоянную нагрузку по всему пролёту и временную по половине пролёта (второе сочетание).

При первом сочетании нагрузок:

Опорные реакции:

 

_{Усилие в стяжке:}

_{Сжимающее усилие в верхнем поясе:}

_{Изгибающий момент от нагрузки по верхнему поясу:}

_{При втором сочетании  нагрузок:}

_{Опорные реакции:}

_{Усилие в затяжке:}

_{Сжимающее усилие в верхнем поясе  у опор:}

 

Подбор сечения верхнего пояса:

Верхний стержень рассчитывают как сжато-изгибающий стержень, находящийся под действием  внецентренно приложенной нормальной силы и изгибающего момента от поперечной нагрузки. Для уменьшения изгибающего момента в верхнем поясе системы создаем внецентренное приложение нормальной силы, в результате чего в опорном и коньковом узлах возникают разгружающие отрицательные моменты. См. рис 3

Задаемся  эксцентриситетом приложения нормальной силы в опорных и коньковых узлах не более ¼ высоты сечения пояса: е=0,209 м.

Сечение верхнего пояса выполняют в виде клееного пакета, состоящего из черновых заготовок  по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов второго сорта сечением 100х250 мм. После фрезерования черных заготовок  по пластям на склейку идут чистые доски сечением 93х250 мм.

Клееный пакет  из 9 досок общей высотой 9х93=837 мм. После склейки пакета его еще  раз фрезеруют по боковым поверхностям, таким образом сечение клееного пакета составляет 235х837 мм.

Площадь поперечного  сечения:

F=0,235·0,837=0,197 м²

Момент сопротивления:

_{Принимает расчетные  характеристики древесины  второго сорта  по таб. СНиП II-25-80. Расчетное сопротивление изгибу и сжатию: Rи=Rсж=15 МПа}

Расчет на прочность сжато-изгибаемых элементов  производят по формуле:

_{Для шарнирно опертых  элементах при эпюрах изгибаемых моментов параболического и прямоугольного очертания, как в нашем случае (рис.3), Мд определяется по формуле:}

_{, где} 

_;

_{Проверяем принятое сечение верхнего пояса для первого  сочетания нагрузок.}

_{Разгружающий  момент в узлах:}

 

_{MN=N1e=295,8·0,209=61,8 кНм}

 

Гибкость верхнего пояса в плоскости  действия изгибающего момента при  l_ск=14,55 м

_{тогда коэффициенты}

_{, где α=0,8 для древесины}

_{, где αн=0,81}

Расчетный изгибающий момент:

_{Напряжение в  верхнем поясе:}

_{Проверяем выбранное  сечение для второго  сочетания нагрузок:}

_{Разгружающий  момент в узлах:}

_{Определяем}

_{Так как панели крепят по всей длине  верхнего пояса, то проверку на устойчивость плоской  формы деформирования не производим.}

 

_{Подбор  сечения нижнего  пояса:}

 

Расчетное усилие в нижнем поясе принимаем максимальным при первом сочетании нагрузок:

 

Н₁=274,5 кН

 

Нижний пояс выполняют из стального  тяжа. Необходимая площадь сечения  пояса:

_,где

- расчетное сопротивление принятого  по таб. 51; - коэффициент условия работы по таб.6 п. 5 СНиП II-23-81; m_a=0,8 – согласно п.3.4 СНиП II-25-80

 

Принимаем тяж d=50 мм с F=1964 мм²

 

В хомутах и петлях у опорных  узлов требуемая площадь поперечного  сечения:

_{, здесь 0,85 учитывает  возможную неравномерность  распределения усилия  в двойном тяже (СНиП  II-25-80 п.3.4), а 0,71 учитывает угол наклона тяжа в опорных узлах.}

 

_{Принимаем dx=40 мм с F=1257 мм²}

 

_{Расчет  и конструирование  узловых соединений:}

_{Опорный узел рис.4 выполняют из листовой стали марки ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023-80.}

 

 

 

 

 

_{Упорная плита. Плиту с  ребрами жесткости, в которую упирается  верхний пояс системы, рассчитывают на изгиб  приближенно как  однопролетную балку  с поперечным сечением тавровой формы.}

_{Для создания принятого  эксцентриситета  в опорном узле высота плит должна составлять:}

_{hп=hв.п.-2e=837-2·209=419 мм, где hв.п.- высота сечения верхнего пояса}

_{Ширину упорной  плиты принимают  по ширине сечения  верхнего пояса b=235 мм.}

_{Геометрические  характеристики плиты  таврового сечения:}

_{Площадь:}

_{F=209,5·10+65·8=2615 мм²}

_{статический момент относительно оси х1- х1 до центра тяжести сечения:}

_{Sx1=209,5·10·70+65·8·32,5=163550 мм²}

_{Расстояние от оси х1- х1 до центра тяжести сечения:}

_{y1=70-62,5=7,5 мм; ур=62,5-32,5=30 мм}

_{момент инерции  сечения относительно оси х-х:}

Моменты сопротивления:

_{Напряжение смятия древесины в месте  упора верхнего пояса  в плиту:}

_{Принимаем пролет упорной плиты  равным заданному  расстоянию в осях между вертикальными  листами lп=150 мм}

Изгибающий  момент:

_{Напряжение изгиба:}

_{, где  , согласно таб. 51 СНиП II-23-81}

_{В нижней части упорной  плиты по всей ширине верхнего пояса приваривают  пластину толщиной 8 мм, фиксирующую эксцентриситет в верхнем поясе  у опоры.(см. рис.4)}

 

_{Опорная плита.}

_{Горизонтальную  опорную плиту  рассчитывают на изгиб  под действием  напряжения смятия ее основания как  однопролетную балку  с двумя консолями.}

_{Площадь опорной плиты  принимают:}

_{F=270·150=40500 мм²} 

_{Напряжение  смятия:}

Момент в консольной части плиты:

_{Момент в средней  части плиты:}

_{Необходимый момент сопротивления:}

_{Необходимая толщина  плиты:}

_{Принимаем толщину  плиты} 

Необходимую длину шва приварки нижнего пояса  к вертикальным листам при ручной сварке электродами марки Э-42 и  высоте катета определяют по формуле:

, где n_ш=4 – число швов, прикрепляющих нижний пояс к вертикальным листам; β_f=0,7 – коэффициент согласно таб. 34 СНиП II-23-81; R_wf=180 МПа – расчетное сопротивление металла швов сварных соединений с угловыми швами согласно таб. 56 СНиП II-23-81; - коэффициент условия работы шва согласно п.11.2 СНиП II-23-81; - коэффициент условия работы согласно таб.6,п.5 СНиП II-23-81.

Требуемая длина  шва:

Принимаем длину шва 150 мм

 

Сварные швы, прикрепляющие петли  к нижнему поясу при k_f=6 мм, принимаем

Рассчитываем  сварные швы, прикрепляющие ребра  упорной плиты к вертикальным листам.

Усилие на одну пластинку:

Необходимая длина щва при k_f=6 мм:

Имеем

 

Коньковый узел(рис.5):

 

При полном симметричном снеговом нагружении покрытия верхние концы сжатого пояса подвержены сминающему действию горизонтальной силы и стыкуются простым лобовым упором: N_см=295,8 кН. Размер площадки назначаем из расчета на обеспечение приложения силы, сжимающей верхний пояс, с таким же эксцентриситетом e=0,209 м, как и в опорном узле. Для этого в верхней части сечения устраиваем зазор высотой, равной двум величинам эксцентриситета. Площадка смятия в узле:

Смятие в  коньковом узле происходит под углом  α=21^о50’ к волокнам, и расчетное сопротивление древесины смятию будет:

(см. таб. 3 СНиП II-25-80)

Напряжение смятия в узле:

 

При несимметричном нагружении снегом лишь одного из скатов покрытия в коньковом узле возникает поперечная сила, которая воспринимается парными деревянными накладками на болтах.

Поперечная  сила в узле при несимметричной снеговой нагрузке будет:

_{Накладки  принимаем 75х575. Учитывая кососимметричную схему работы накладок и прикладывая к ним поперечную силу в точке пегегиба их оси (рис.5), определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие накладки к поясу:}

_{Для прикрепления накладок принимаем  болты диаметром 24 мм}

_{Несущая способность болта  на один рабочий шов  при направлении  передаваемого усилия, считая в запас, под  углом 90^о к волокнам будет: (см. таб. 17 и 19 СНиП II-25-80) из условия изгиба болта:}

Из условия  смятия накладки:

Из условия  смятия среднего элемента – верхнего пояса

Минимальная несущая способность T_min=7,2 кН

Необходимое число болтов в ближайшем  к узлу ряду:

, принимаем 6 болтов

Число болтов в дальнем от узла ряду:

, принимаем 2 болта

Указанная расстановка  болтов удовлетворяет требованиям  п.5.18 СНиП II-25-80. Изгибающий момент в накладках:

Момент сопротивления накладки, ослабленной 6-ю отверстиями диаметром 24 мм:

Напряжение в накладках:

 

Список литературы:

1. СНиП II-25-80 Нормы проектирования «Деревянные конструкции», Стройиздат,  Москва, 1983 г.
2. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-2580)
3. ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР, Москва, 1986 г.
4. СНиП II-23-81 Нормы проектирования «Металлические конструкции», Стройиздат,  Москва, 1983 г.
5. СНиП 2.01.07-85** «Нагрузки и воздействия», Госстрой СССР, Москва, 1988 г.
6. «Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций», Стройиздат, Москва, 1977 г.
7. Ю.В.Слицкоухов Пособие по проектированию «Индустриальные древесные конструкции», Стройиздат, Москва, 1991 г.
8. С.А.Корзон, Е.Н.Серов Методические указания «Проектирование клеедощатых и клеефанерных балок. Конструкции из дерева и пластмасс», Ленинград, 1983 г.
9. В.К.Файбишенко «Металлические конструкции», Стройиздат, Москва, 1984 г.
10. И.М.Гринь, К.Е.Джан-Темиров, В.И.Гринь «Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет», «Вища школа», Киев, 1975 г.