Производственное здание из древесины и синтетических материалов

    Министерство  науки и образования Украины

    Одесская  государственная академия строительства  и архитектуры 

    Кафедра: Металлических, деревянных и пластмассовых конструкций 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Курсовой  проект на тему:

    «Производственное здание из древесины и синтетических материалов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                    Выполнил: студент гр. ПГС-306                 Романь А.С.  

                                                     Проверила: Кожокарь О.С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Одесса-2011

    1. РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ

Для принятого  по заданию ригеля рамы необходимо предварительно вычислить длину  одного ската верхнего пояса при  уклоне кровли 1:4.

Модули  упругости: фанеры Е_ф = 9000 МПа; древесины Е_д = 10000 МПа.

Расчетная схема трехшарнирной рамы

      α=arctg¹/₄=14°02'    l_ck = = 15,46 м

    Максимальная  ширина       панели: b_mах=1500мм.

    Требуемое количество панелей:

=10,31≈ 11шт;

      Номинальная ширина панели:

     где b_сm.n. = 120 мм – ширина стеновой панели;

    Фактическая ширина панели с учетом допуска Δ_b =10...50 мм:

    b_ф = b_ном – Δ_b= 1416 –16 =1400 мм=1,4м;

       Конструирование поперечного сечения панели:

       Принимаем сжатую фанерную обшивку толщиной δ_фс = 0,8 cм;

       Принимаем растянутую фанерную обшивку толщиной δ_фр = 0,6 cм;

       Предварительно  требуемая высота сечения панели:

    

м;

    По  рекомендованному сортаменту пиломатериалов назначаем продольные ребра сечением 50х2000 мм, после острожки по пластям и кромкам получаем чистые заготовки сечением 46х194 мм.

    Поперечные  ребра принимаем такой же толщины  и высотой на один номер сортамента меньше, чем продольные – 50х175мм, после острожки – 46х169 мм;

    Определяем  расстояние между продольными ребрами в свету: 
 

    Определяем  расстояние между поперечными ребрами  в свету: 

    Проверяем сжатую обшивку на местный изгиб  сосредоточенной силой Р=1,2 кН (вес  рабочего с инструментом). Рассматриваем  панель как балку шириной 1 м.

       Момент  от действия сосредоточенной силы:

       

 кНсм;

       Момент  сопротивления:

       

       Напряжение  в сжатой обшивке:

    σ =

    где т_н – коэффициент, учитывающий действие монтажной нагрузки.

     = 0,65 МПа – расчетное сопротивление фанеры.

    Сбор  нагрузок на панель покрытия:

    Максимальные  изгибающий  момент  и  поперечная  сила:

    

 
 

    Геометрические  характеристики сечения  панели:

    Приведенная расчетная ширина сечения панели:

    b_пр = 0.9 · b_ф = 0,9 · 1. 4= 1.26 м;

    Приведенная площадь поперечного сечения:

Fnp = δ_фс·b_пр+ δ_фр·b_пр +b_р·h_p·n

573.02см²;

    Статический момент относительно растянутой кромки сечения:

               

               =6164.21 см³;

    Расстояние  от растянутой кромки панели до нейтральной  линии:

    

 ≈ 10.76 см;    у_с = h_n – y_p = 20.8 – 10.76 = 10.04см;

    Определение момента инерции относительно нейтральной  линии сечения:

    

     = + 0,8 ∙ +

    +

+4 =30377.37 см⁴;

    Приведенные моменты сопротивления:

    W_пр^Р = см³;       W_пр^с = см³;

    Проверяем прочность растянутой обшивки:

    

    m_ф = 0,6 - коэффициент, учитывающий ослабление сечения в стыках обшивки по длине панели;

    Проверяем прочность сжатой обшивки:

    при

    

 
 

    

    Определяем  статический момент сжатой обшивки  относительно центра тяжести сечения:

    

    Проверяем скалывающие напряжения по клеевому слою фанеры в пределах ширины продольных ребер.

    

 

    Расчет  по второй группе предельных состояний.

    Определяем  прогиб плиты в середине пролета:

    

     = 1.4 – коэффициент, учитывающий  длительность приложения нагрузки;

      Определяем относительный прогиб:   

    

 
 

2. РАСЧЕТ ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ 

    Рассчитаем  и запроектируем несущие конструкции рамы из прямолинейных элементов. Температурно-влажностные условия эксплуатации Б1, т_в=1.

Пролет  рамы l = 19.5 м, шаг рам В =6 м. Класс надежности здания - III,   у_n= 0,9. Район строительства — г. Луцк, I район по весу снегового покрова, нормативная снеговая нагрузка S₀ = 0,5 кН/м². Ветровая нагрузка при данной схеме рамы и высоте стойки Η ≤ 3 м не учитывается, так как разгружает раму.

    Определение геометрических размеров конструкции:

    Уклон ригеля принимаем 1:4

    Поперечное  сечение рамы прямоугольное постоянной ширины b и переменной высоты h.

    Высота  стойки и ригеля в карнизе: см.

    Высота  поперечного сечения рамы по биссектрисе: где φ = 90°+а,

    при уклоне 1:4  а = arctan 0,25 = 14°02', φ = 90°+14°02'=104°02';

    

см;

    Высота  стойки на опоре h_cm > 0,4h = 39 см.

    Высота  сечения ригеля в коньке h_p > 0,3h = 30см.

    Ширина  сечения принимается: b=200мм

    Принимаем доски сечением 200х40 мм. После острожки досок по пластям (5-8 мм) и фрезеровки кромок клееного пакета (15-20 мм) получаем сечение чистых досок 180х32 мм.

    Ригель  и стойку компонуем в виде прямоугольных  клееных пакетов с последующей распиловкой пакета:

                  

    Схема распиловки пакетов для ригеля и  стойки полурамы. 

    

    _lриг=

    

= 6 см;

      
 
 

Статический расчет. 

    Расчетная схема 3-х шарнирной рамы из прямолинейных элементов

    q = g + p

 
 

    Определяем  координаты центров характерных  сечений, считая центр тяжести опорного сечения началом координат:

    

      

    Длина полурамы по осевой линии: l₀ = l₁ + l₂;

    

    l₀ = 263,52+991,55= 1255,07 см;

    Сбор  нагрузок на раму

    Определяем  расчетные погонные нагрузки на ригель рамы:

    Постоянная: g = ·В = 0,867·6=5,202 κΗ/м;

    Временная: р = р^р·В = 0,7·6 = 4,2 кН/м·,

    Полная: q = g + p = 5,202+4,2 = 9,402 кH/м;

    Опорные реакции:

    

    Изгибающие  моменты в сечениях:

     М₁= 0;

 
 
 

     Нормальные  и поперечные усилия: N₁ = N₂ = v_a,

    

    

    Проверяем максимальные напряжения в биссектрисном  сечении 3:

    а) для сжатой зоны вдоль оси х  под углом к волокнам β₁

                         β₁= 90 - = 90° - 52°01' = 37°59'

    σ_хс=

                    =0,649 кН/см² ≤ R_смβ₁ = 0,817 кН/см²

                 ξ=

                 λ= φ=

       

k_ЖN = 0,66+0,34β=0,66+0,34·0,335=0,77 – коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения;

    Расчетное сопротивление древесины смятию под углом β₁ к волокнам:

    

    б) Для растянутой зоны вдоль оси  х под углом к волокнам β₁:

    

    в) Для сжатой зоны вдоль оси у  под углом к волокнам :

      

    Проверяем прочность по нормальным напряжениям  в сечении 4:

    

    Раскрепляем раму в направлении из плоскости  стеновыми панелями, плитами покрытия, поперечными (скатными) связями, расположенными по наружному контуру рамы, а также  вертикальной связью, установленной  в биссектрисном сечении 3.

    Определяем  положение нулевой точки на эпюре  изгибающих моментов:

    

    На 3-х участках (от опорного узла до биссектрисного сечения, от биссектрисного сечения  до нулевой точки на эпюре моментов и от нулевой точки до конькового узла) проверяем устойчивость плоской  формы деформирования рамы с учетом переменности сечения:

    а) на участке от опорного до биссектрисного сечения:

 – коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения по длине элемента, не закрепленного из плоскости по растянутой от момента кромке.

 

k_Ф = 1,5 – коэф-т, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке;

    б) на втором участке от биссектрисного сечения до нулевой точки 

         

    в) на третьем участке от нулевой  точки на эпюре моментов ( ) до конькового узла:

    Максимальное  значение изгибающего момента и  соответствующей продольной силы определяем в сечении, в котором поперечная сила равна нулю.

    

    

    

    

    Проверяем клеевые швы на скалывание в опорном  сечении:

    

           

            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

       

Опорная плита

       

Траверса  башмака

       КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНОГО УЗЛА:

Анкерный  болт

Конструкция опорного узла рамы 

    Проверяем торец стойки на смятие вдоль волокон:

    

    Для фундамента принимаем бетон класса В 7,5, R_b = 4,5 Мпа;

    Базу  проектируем из стали марки ВСтЗкп2, сварка осуществляется электродами  Э 42.

      Размеры опорной  плиты башмака:

    Длина плиты l_b = hcm + 2·(3...5 см) = 39,8 + 2·3=45,8 см,

    Округляя  до целого числа назначаем длину  плиты l_b= 46 см;

    Ширина  плиты b_b = b + 2·(5...10 см) =18 + 2·6 = 30 см,

    Определяем  фактическое давление на бетон:

    

    Толщину траверс t_T конструктивно назначаем равной 1 см. Толщину опорной плиты назначаем из условия изгиба её как консоли, защемленной на опоре (участок 1), или как пластинки, опертой по трем сторонам   (участок 2).

 

                  
 
 

    Момент  в заделке консольного участка 1:

=0,825 кНсм;

    Момент  на участке 2, при отношении сторон >2;

    

 

    Толщина плиты t_пл:

    

    Принимаем толщину опорной плиты 1 см.

    Определяем  требуемый диаметр анкерных болтов:

    Требуемая площадь сечения одного болта  из условия среза:

    

    Принимаем болты диаметром d = 18 мм, А = 2,54 см²;

    Из  условия смятия: 

    

      - расчетное сопротивление смятию элементов из стали ВСт3кп2 с временным сопротивлением Run = 365 МПа, соединяемых болтами нормальной точности.

    Принимаем высоту башмака h_Б = 20 см;

    Проверяем кромку стойки на смятие поперек волокон:

    

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНЬКОВОГО УЗЛА.

     

     

     

Q7

     Принимаем накладки из брусьев сечением bнхhn = 125×200 мм, после острожки 115х190 мм длиной l_н ≥ 2,5 h_P = 2,5 ·30,9 = 77,25 см, принимаем накладку длиной l_н = 80 см.

    Принимаем расстояния между осями болтов е₁ = 30 см, е₂ = 60 см; диаметр болтов d_Б = 20 мм;

    Взаимное  смятие торцов полурам под углом  к волокнам Ν₇ = Н_А:

    

 

    Проверяем накладки на изгиб: 

    

    Определяем  несущую способность одного болта:

    а) из условия смятия крайнего элемента:

    Ткр = 0,8·а·d_Б =0,8·11,5·2 = 18,4 кН;

    б) из условия смятия среднего элемента:

    Tcp = 0,8·c·d_Б = 0,8·18·2 = 28,8 кН;

    в) из условия изгиба болта:

    Т_и = 1,8 · d_Б² + 0,02 · а² = 1,8 · 2² + 0,02 · 11,5² = 9,8 кН;

    Т min =

кН;

    Определяем  усилия в болтах:

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЕТ  СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ С  АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫМИ  ОБШИВКАМИ. 

    

Таблица сбора нагрузок

    Расчетное сопротивление древесины сосны  II сорта растяжению Rp= 0.7кН/см²   

    Модуль  упругости листового асбестоцемента: Е=1300· = 1300·0,65 =845 кН/см² .

Коэффициент приведения : k_np = E_a/E_др = = 1300/1000=1,3

      Расчет  асбестоцементных панелей на ветровую нагрузку и собственный вес двух панелей:

    

;

расчетный момент от ветровой нагрузки на период эксплуатации;

2.59кНм; - то же, на период возведения;

    k_w – коэффициент, учитывающий влияние податливости шурупов;

6136,43 см³; – момент сопротивления листов обшивки относительно оси х;

      Момент  инерции поперечного сечения  панели относительно оси у:

    Рассматриваем сечение как цельное коробчатое:

    

    

    

 

    Прогиб  от ветровой нагрузки:

    k_ж – коэффициент жесткости составного сечения на податливых связях;

    

    

    Определяем  количество шурупов расставляемых  на половине пролета панели с каждой стороны при расчете на ветровую нагрузку:

    

      Статический момент брутто одного листа обшивки  относительно оси у:

    

    Расчетная несущая способность одного шурупа:

    при d = 6 мм T = 180d² + 2a²= 180·0,6² + 2·1²= 66,8 кгс = 0,67кН;