Проектирование здания с каркасом из гнутоклеенных рам

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

-------------------

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

Кафедра конструкций из дерева и пластмасс 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЯ С КАРКАСОМ ИЗ ГНУТОКЛЕЕННЫХ  РАМ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ТЭС

Гатина  П В 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

МОСКВА 2011г 
 
 

Оглавление

1.  Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли

1.1.1.Исходные  данные

1.1.2.   Расчет  по первому предельному состоянию.

1.1.3.  Расчёт  по второму предельному состоянию.

1.1.4 Расчет  неразрезного консольно-балочного  прогона. 

1.1.5.   Расчет  по первому предельному состоянию.

1.1.6.  Расчёт  по второму предельному состоянию.

2.   Расчет рамы.

2.1.1.    Исходные данные

2.1.2.    Геометрические размеры рам

2.1.3.   Определение  нагрузок на раму

2.1.4.    Статический расчет рамы

2.1.5.    Подбор сечения и проверка  напряжений

2.1.6.   Проверка  напряжений при сжатии с изгибом

2.1.7.   Проверка  устойчивости плоской формы деформирования

 рамы

2.1.8.   Конструкции  и расчет узлов

3.  Библиографический  список 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Расчет  ограждающих и  несущих конструкций  кровли.

  Консольно-балочный  прогон.

Исходные данные:

1. Тип кровли – волнистые листы стеклопластика SALUX.
2. Несущие конструкции: обрешетка и прогоны
3. Район строительства – г. Москва
4. Шаг конструкций 5м
5. Ширина здания 15м
6. Уклон кровли
7. Тип покрытия- теплое. (Утеплитель – минеральная вата NOBASIL.  Рулон-5000х1000х50мм)

Расчет  рабочей обрешетки.

Рис.4.1.

     Принимаем рабочий настил  из брусков   II-го сорта согласно сортамента пиломатериалов (ГОСТ 8486-86^*Е) -  100х50мм. Расстояние между осями досок 225 мм. Шаг прогонов 1.125 метра.

Сбор  нагрузок.

А) Равномерно распределенная нагрузка                                              Табл.4.1

где h_o; h_н - ширина сечения обрешетки и настила соответственно

b_o; b_н - толщина сечения обрешетки и настила соответственно

c_o; c_н; - шаг обрешетки и настила соответственно

 γ_д – объемный вес древесины. 

    Расчётное значение  снеговой нагрузки принимается  по  СНиП 2.01.07-85* для г.Москвы S-1.8 кН/м2, а нормативное значение снеговой нагрузки принимается умножением на коэффициент  0.7  расчётной, т.е. S =1.8х0.7=1.26 кН/м2. 

Б) Сосредоточенная  сила Р=1 кН. Коэффициент надежности по нагрузке . Расчетное значение  сосредоточенной силы  Р_р= Р_н кН.

     При двойном настиле (рабочем и защитном, направленным под углом к рабочему) сосредоточенный груз следует распределять на ширину 500 мм рабочего настила.

     В случае расчета одинарного  настила  с  расстоянием между осями досок  более 150 мм. нагрузку от  сосредоточенного груза следует передавать на одну доску, а при расстоянии менее 150мм на две доски.

В нашем  примере полная нагрузка на 1 пог. метр распределяется на 500мм. рабочего настила:

а) постоянная+ временная

 нормативная  нагрузка:  q^н =1.42*0.5=0.71 кН/м

 расчётная  нагрузка:       q^р =1.98*0.5=0.99 кН/м

б) постоянная

расчётная нагрузка:        q^р_пост=0.18*0.5=0.09 кН/м 

Расчетная схема. 

Расчет настила  ведем как балки по 2^х пролетной схеме. Расстояние между опорами равно шагу прогонов L =1.125 м

 Два сочетания  нагрузок:

1. Постоянная+ временная

Рис.4.2 
 
 
 
 

2. Постоянная + сосредоточенная сила P=1.2 кН

  Рис.4.3 

Расчет  по первому предельному  состоянию. 

Проверка рабочего настила на прочность.

где М- максимальный изгибающий момент

      W – момент сопротивления

      R_и – расчетное сопротивление древесины изгибу

      m_н =1.2– коэффициент, учитывающий кратковременность действия сосредоточенной           нагрузки - принимается для второго сочетания нагрузок.

При первом сочетании  нагрузок:

При втором сочетании  нагрузок:

Момент сопротивления  досок настила на ширине 500 мм.: ,

где  k= -число досок, укладываемых на ширине настила 0,5м.

       с- шаг рабочего настила

       в – ширина досок рабочего настила. 

Расчёт  по второму предельному  состоянию. 

Проверку рабочего настила на прогиб выполняем только от  первого сочетания нагрузок. Прогиб настила равен

Где

- момент инерции досок рабочего  настила  на отрезке 0.5 метра.

Е=10000000 кПа –модуль упругости древесины 

 при пролете  ,

  при пролете .

Запас по одной  из проверок должен быть менее 25%. 

Расчет  неразрезного консольно-балочного  прогона. 

При шаге конструкций 5м  используем неразрезные консольно-балочные прогоны.

                                                      Рис.4.4.   

Согласно сортамента пиломатериалов (ГОСТ 8486-86^*Е) принимаем  прогон из бруса сечением 150х125мм. Шаг прогонов- 1.125 метр. 

Сбор  нагрузок.                      Табл.4.2

Где h_o; h_н; h_п - ширина сечения обрешетки, настила и прогона соответственно

b_o; b_н; b_п; - толщина сечения обрешетки, настила и прогона соответственно

c_o; c_н;  c_п; - шаг обрешетки, настила и прогона соответственно

 γ_д – объемный вес древесины. 

Полная нагрузка на 1 пог. метр при шаге прогонов В=1.125м:

q^н =1.703*1.125= 1.92 кН/м

q^р =2.299*1.125= 2. 59 кН/м

-где 1.125 шаг  прогонов.

Расчетные характеристики древесины 2 сорта для бруса 150х125мм.

Расчетное сопротивление  древесины изгибу R_и=14 МПа.

Модуль упругости  древесины Е=10000000кПа.

При расчетах прогона  надо иметь в виду, что прогон работает на косой изгиб. 

Расчёт  по первому предельному  состоянию.

Проверка прогона  на прочность.

Расчетная нагрузка  при 

1.Расчёт  по равнопрогибной  схеме работы прогона  при х=0.2113 . 

Изгибающий момент над опорой равен  , момент в пролёте равен

Расчет ведём  по максимальному моменту, тогда 

Расчет  по второму предельному  состоянию. 

Проверка  прогона на прогиб.

Относительный прогиб прогона 

, где

= - предельный прогиб  прогона, полученный по интерполяции значений предельных прогибов  табл.19 СНиП 2.01.07-85*:

= при пролётах

= при пролёте

= при пролёте  

2. Расчёт по равномоментной  схеме работы прогона при х=0.1465*l . 

 Изгибающий  момент в неразрезных консольно-балочных  прогонах при равномоментной  схеме работы прогона :

Расчет  по второму предельному состоянию. 

Проверка  прогона на прогиб.

Относительный прогиб прогона 

, где

- предельный прогиб  прогона,  полученный по интерполяции значений  предельных прогибов  табл.19 СНиП 2.01.07-85*:

 при пролётах 

 при пролёте  

 при пролёте    
 
 

Недонапряжение

Условия по прочности  удовлетворяют требованиям.

Недонапряжение  по прочности или прогибу должно быть . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Расчет  рамы.

ГНУТО-КЛЕЕНАЯ  ТРЕХШАРНМРНАЯ РАМА 

2.1.1. Исходные данные 

Пролет рам 15 м, шаг 5 м, длина здания 55 м. Ограждающие  конструкции покрытия — волнистые  листы стеклопластика SALUX 2 кг/м²   по рабочему настилу и прогонам. Район строительства — г. Москва. Здание по степени ответственности относится ко 2 классу =0,95. Температурно-влажностные условия эксплуатации А1  из табл.1 [5]. Все конструкции заводского изготовления. Материал — древесина из сосны 2-го сорта, металлические конструкции — сталь марки С235 ГОСТ 27772-88*.

    Склеивание  рам - клеем ФРФ-50к. 

  2.1.2. Геометрические размеры  рам 

  Геометрические  размеры рамы показаны на рис. 7 и 8.

Рис. 7. Г  гнуто-клееная рама 
 
 
 

Рис. 8. Изогнутая  ось гнуто-клееной рамы. 
 

  Расчетный пролет рамы l = 14,6 м.  Уклон ригеля 1:4,  т.е. tgα =

= 1/4 = 0,25; угол наклона ригеля α=14°02¢; sinα =0,24; cosα=0,97. Высота рамы в коньке (высота по оси рамы) f = 6,4 м. Тогда высота стойки от верха фундамента до точки пересечения касательных по осям стойки и ригеля

Н = f – l/2×tga = 6,4 – 7,3×0,25 = 4,57 м.

  По  условиям гнутья, толщина досок после  фрезерования должна приниматься не более 1,6…2,5 см. Принимаем доски толщиной после фрезеровки 1,9 см. Радиус гнутой части принимаем равным r = 3 м > r_min = 150×δ = 150×0,019 = 2,85 м (где δ – толщина склеиваемых досок).

  Угол в  карнизной гнутой части между  осями ригеля и стойки

   .

  Так как  максимальный изгибающий момент –  в среднем сечении гнутой части  рамы, которое находится на биссектрисе  этого угла, получим:

  Центральный угол гнутой части рамы в градусах и радианах:

  Длина гнутой части  l_гн = rφ_рад = 3×1,33= 3,99 м.

  Длина стойки от опоры до начала гнутой части

  = 6,4– 7,3×0,25 – 3×0,97 + 3×(1 – 0,24)×0,25 = 2,23 м.

  Длину стойки можно определить иначе (если известно f)

  Длина прямолинейной части ригеля

l_риг = (l/2 – r + r×sina) / cosa = (7,3 – 3 + 3×0,24) / 0,97 = 5,17м.

  Длина полурамы

  l_пр = l_ст + l_гн + l_риг = 2,23 + 3,99 + 5,17 = 11,39 м. 

  2.1.3. Определение нагрузок  на раму 

  Нагрузки  от покрытия  (постоянной нагрузки) – принимаем по

предварительно  выполненным расчетам ограждающих  конструкций :

  Собственный вес рамы определяем при к_св = 5 из выражения

где S^н – нормативная снеговая нагрузка для г. Белгорода, которая для II снегового района определяется как произведение расчетной нагрузки по СНиП 2.01.07-85* [6] на коэффициент, равный 0,7, т.е. S^н = 1,8×0,7 = 1,26 кН/м²;

  l – расчетный пролет;

  k_св – коэффициент собственного веса рамы, принимаемый  по табл. 7.3 [7]. k =(5-9) при пролётах рам (15-30м).

  В табл. 2 представлены значения погонных нагрузок, действующих на раму (при шаге рам 3 м).

  Т а б  л и ц а  2

  2.1.4. Статический расчет  рамы 

  Максимальные  усилия в гнутой части рамы возникают  при действии равномерно распределенной нагрузки g = 11,61 кН/м по пролету (см. табл. 2 сбора нагрузок). Опорные реакции:

  вертикальные:

  горизонтальные (распор):

  где  l-рачётный пролёт,

  f-стрела подъёма рамы (высота рамы в коньке).

  Максимальный  изгибающий момент в раме возникает  в центральном сечении 2-2 гнутой части (cм. рис. 7-8). Координаты этой точки можно определить из следующих соотношений:

  Определяем  М и N в этом сечении:

  2.1.5. Подбор сечения  и проверка напряжений 

  В сечении 2-2 (рис.7) максимальный момент М_мах=145,27кH×м, продольная сила N=91,07кН. Расчетное сопротивление сжатию и изгибу для сосны II сорта при ширине b=14 см (принимаем доски шириной b=15 см до фрезерования)

где 15 МПа  – расчетное сопротивление сжатию древесины сосны II сорта (по табл. 3 [5]),

m - коэффициент условий эксплуатации (табл 5 [5]),

-коэффициент надёжности.

  Требуемую высоту сечения h_тр можно определить приближенно по величине изгибающего момента, а наличие продольной силы учесть введением коэффициента 0,6: 

  Принимаем высоту сечения несколько больше (на 5-7 слоев) требуемой, при этом высота сечения должна состоять из целого числа досок, т.е. принимаем 50 слоев толщиной после фрезерования δ = 19 мм, тогда h_гн = 50×19 = 950 мм > 810 мм. Высоту сечения ригеля в коньке рамы принимаем ³0,3×h_гн, т.е. из 17 слоев толщиной δ = 19 мм;

  h_к = 17×19 = 323 мм > 0,3×h_гн = 0,3×950 = 285 мм.

  Высоту  сечения опоры рамы h_оп ≥ 0,4×h_гн принимаем

  h_оп = 22×19 = 418 мм > 0,4×h_гн = 0,4×950 = 380 мм, что позволит не выполнять дополнительных проверок. 

  Геометрические  характеристики принятого сечения:

  Коэффициенты  условий  работы к расчетным сопротивлениям принимаем [5]:

  m_в = 1 по табл. 5 [5];

    по интерполяции согласно  табл. 7 [5]; m_сл = 1,1 по табл. 8 [5].

  Радиус  кривизны в гнутой части по нейтральной  оси

   .

  Отношение , тогда по интерполяции значений табл. 9 [5] находим коэффициент m_гн

  m_гн = 0,8 + = 0,813 (для R_c и R_и) по табл. 9 [5].

  m_гн = 0,6 + = 0,613 (для R_р) по табл. 9 [5].  

  2.1.6. Проверка напряжений  при сжатии с  изгибом

  Изгибающий  момент, действующий в биссектрисном  сечении 2-2 (см. рис.7 и 8) находится на расстоянии от расчетной оси, равном

  е = (h_гн – h_оп) / 2 = (0,95 – 0,418) / 2 = 0,266 м.

  Расчетное сопротивление древесины сосны  II сорта:

  сжатию  и изгибу:

  R_c=R_и=15×m_в×m_б×m_сл×m_гн/γ_n=15×1×0,8625×1,1×0,813/0,95=12,18 МПа,

  где 15 МПа – расчетное сопротивление сосны II сорта – см. табл. 3 СНиП [5];

  растяжению:

  R_р = 9×m_в×m_гн /γ_n  = 9×1×0,613 / 0,95 = 5,807 МПа,