Содержание

1. Задание на проектирование
2. Расчет элементов покрытия

      2.1 Конструирование клеефанерной панели  покрытия

      2.2  Проектирование двускатной клеефанерной  балки покрытия двутаврого сечения

3. Конструирование и расчет дощатоклеенной колонны
4. Расчет узла защемления колонны в фундаменте
5. Литература

1. Задание на проектирование 

Исходные данные для проектирования 

     Расчётный пролёт l₁=18 м

     Высота  от уровня пола до низа несущей конструкции  покрытия Н₁=12м

     Район строительства по весу снегового покрова – III

     по  ветровой нагрузке – IV

     Расстояние (шаг) между несущими конструкциями (рамами) В=5,0 м

     Здание  цеха – однопролётное

     Основной  несущий элемент –двухшарнирная рама со сплошными дощатоклеенными стойками  

Дополнительные данные 

     Порода древесины – сосна

     Все здания – утеплённые

     В качестве ограждающих элементов  покрытий - клеефанерные панели

     В качестве несущей конструкции покрытия – двускатные клеефанерные балки двутаврового сечения

     Длину здания принимаем равной десяти шагам  несущей конструкции –50 м

     Фундаменты  отдельно стоящие, под стойки рамы, проектируем из бетона класса В15. Расчётное сопротивление грунта – 0,2 МПа

     Тип местности для определения ветровых нагрузок – В

     Температурно-влажностные  условия эксплуатации конструкций  принять AI

     Здание  II уровня ответственности, коэффициент надёжности по назначению γ_n=0,95

     Устойчивость  конструкций обеспечивается постановкой  связей в покрытии и вертикальных продольных связей между стойками. 
 
 
 
 
 
 

2. Расчёт элементов покрытия

2.1. Конструирование клеефанерной панели покрытия 

Материалы плиты 

     Древесина рёбер – сосна 2 сорта по ГОСТ 8486-86*Е

     Обшивки из фанеры марки ФСБ по ГОСТ 11539-65

     Клей  марки ФРФ-50

     Утеплитель  – минераловатные плиты толщиной 80 мм

     Пароизоляция  – полиэтиленовая плёнка толщиной 0,2 мм 

Конструктивная  схема плиты 

     Ввиду малости уклона верхнего пояса балки  покрытия (уклон принимается до 10 %) считаем длину верхнего пояса  балки равной пролету здания, т.е. 18 м.

     Принимаем ребристую конструкцию размерами в плане 4980х1180 мм с четырьмя продольными ребрами. Поперечные ребра устанавливаются в торцах панели и в местах стыков фанерных обшивок. Направление слоёв наружных слоёв фанеры верхней и нижней обшивок принимаем продольными.  Деревянный каркас плиты образуем 4 продольными рёбрами из досок, жёстко склеенных с фанерными обшивками. Высоту ребер каркаса принимаем h = l / 35 = 500/ 35 = 14,3 см. С учетом сортамента досок и их острожки сечение продольных ребер 46´120 мм. Общее число продольных ребер – 4, что обеспечивает расстояние в свету между ребрами менее 50 см.

     Обшивки толщиной по 14 мм предварительно состыкованы  по длине. Под стыками обшивок  и в торцах предусматриваем поперечные рёбра. Плиту рассчитываем как свободно лежащую на двух опорах однопролётную балку. Торцевые и поперечные ребра принимаем составного сечения высотой 120 мм и толщиной 46 мм. Число поперечных ребер – 3, что обеспечивает  расстояние между ними не более 1,5 м.

     Для удержания утеплителя в проектном  положении принимаем решетку из брусков 25´25 мм, которые крепятся гвоздями к ребрам. 

     Рис.1 
 

Сбор  нагрузок и статический  расчёт 

  Нагрузки  на плиту приведены в таблице 1 

     Таблица №1

    ;

      Максимальный  изгибающий момент в середине пролёта плиты с учётом II уровня ответственности

      Максимальная  поперечная сила с учётом II уровня ответственности  

     Рис. 2 
 

Геометрические  характеристики поперечного сечения 
 

      Расстояние  между продольными рёбрами по осям равно a=33,2+4,6=37,8 cм, l=492>6a=6*37,8=226,8 см. Расчётная ширина фанерных обшивок

       .

      Положение нейтральной оси симметричного  сечения

Рис.3 

      Приведённый момент инерции поперечного сечения  плиты

      Момент  сопротивления поперечного сечения  плиты 

Проверка  плиты на прочность 
 

      Напряжение  в нижней растянутой обшивке

       р

      Напряжение  в верхней сжатой обшивке 

       , здесь

      Усилие  в верхней обшивке при местном  изгибе определяем как в балке, заделанной по концам (у продольных рёбер). Изгибающий момент в обшивке

       .

Рис.4 

      Момент  сопротивления обшивки шириной 100 см

       .

      Напряжение  от изгиба верхней обшивки сосредоточенной  силой

      Напряжение  скалывания клеевых швов между слоями фанеры (в пределах ширины продольных рёбер) проверяем по формуле:

       ,

      где S_пр – приведённый статический момент фанерной обшивки относительно центра тяжести сечения:

       . 
 

Проверка  жёсткости плиты 

     Прогиб  плиты с учётом II уровня ответственности при q_n=1,5кН/м=0,015кН/см и Е_ф=900 кН/см² вычисляем по формуле 

     Запроектированная клеефанерная плита  покрытия имеет прогиб от нормативных нагрузок не превышающий предельного  допустимого значения, и ее несущая способность имеет дополнительный запас несущей способности. 

2.2. Проектирование двускатной  клеефанерной балки 

покрытия  двутаврового сечения 

Материалы балки 

     Древесина – сосна (ГОСТ 8486-86Е). Верхний пояс и ребра жесткости изготовляют  из древесины 2 сорта, нижний пояс – из древесины 1 сорта. Для стенок используем  фанеру марки ФСФ (ГОСТ 3916-69*)толщиной 15мм. Клей марки ФРФ-50. 

Конструктивная  схема 

     В качестве несущей конструкций покрытия принимаем двускатные  клеефанерные  балки двутаврового сечения. Расстановка балок здания через 5.0 м. При ширине здания 18 м расчетный пролет принимаем 17,7 м.

     Клеефанерные  панели укладывают непосредственно  на балку.

     Балка состоит из фанерных стенок, дощатых  поясов и ребер, склеенных между  собой.

     Высота  балки в середине пролета , принимаем 1,8м.

     Высота  балки на опоре: мм.

     Оба пояса балки принимаем одинакового  сечения из шести вертикальных слоев  досок сечением 275х50мм, с учетом их фрезерования сечение чистой доски 270х46 .

     В фанерных листах стенки волокна наружных шпонов расположены вдоль балки, поэтому стыкование фанеры осуществляется « на ус».

     Для обеспечения жесткости фанерной стенки поставлены ребра жесткости, склеенные из четырех досок сечением 70х144 мм. Размеры поперечных ребер жесткости приняли в соответствии с высотой полки h=270, их ширина равна половине полки:270/2=135, приняли 144. Они расположены в стыках, а если требуется и посередине фанерных листов.

     По  длине ребра устанавливаются  с шагом 1/8-1/10 от пролета. На опорах устанавливаются ребра по ширине равные высоте полки h=270. Принимаем по сортаменту 75*275мм, с учетом усушки и фрезеровки имеем 70*270мм.

     Расстояние  между осями ребер фанерного  листа после обрезки кромок равно 1180мм. При этом расстояние между  осями ребер жесткости (а ) получаем  равным длине фанерного листа, уменьшенной на длину соединения «на ус», которое равно десятикратной толщине фанеры 10 = =150мм; тогда а =1180-150=1030мм.

     В случае необходимости можно усилить двумя дополнительными листами фанеры.  

Геометрические  размеры балки 

       Подсчет нагрузок на 1 м горизонтальной проекции покрытия.

                                                                                              Таблица № 2

     Собственный вес клеефанерной балки:

      ,

     где к =3,5-коэффициент собственного веса для клеефанерных балок.

      кН/м;

      кН/м.

     Расчет  клеефанерных балок проводят с учетом совместной работы дощатых поясов и фанерных стенок без учета податливости соединений. Расчет производиться по методу приведенного сечения по СНИП II-25-80.

     Максимальный  изгибающий момент в середине пролета  балки.

      кН

     Опорная реакция:

      кН.

     Расстояние  от опоры до сечения, где наибольшие нормальные напряжения:

      м.

      м,

     высота  между центрами поясов =0,91-0,27=0,64м.

      кН.

     Расстояние  от  оси левого опорного ребра  до оси первого промежуточного ребра жесткости: м, расстояние от левой опоры до середины первой панели:

      м.

      м.

      м.

      м.

Проверка принятого сечения балки 
 

     Расчет  проводят с учетом работы фанерной стенки на нормальные напряжения. Основная доля нормативных напряжений воспринимается поясами, поэтому при определении напряжений надо сравнивать их с расчетным сопротивлением древесины сжатию и растяжению. Опасным сечением является сечение в середине пролета.

     Определяем  геометрические характеристики поперечных сечений, в которых требуется проверить напряжения – в опасном сечении в половине пролета. Высота сечения балки h=1800мм.

     Высота  сечения между осями поясов м.

      м-высота сечения  между  осями  поясов.

     Приведенный к дереву момент инерции поперечного  сечения балки:

     Нижний  пояс проверяется на растяжение:

      мПа<12мПа.

     где R_р=12 мПа - расчетное сопротивление растяжению древесины 1 сорта.

     Верхний пояс проверяется на сжатие с учетом его устойчивости из плоскости балки:

     где  13 МПа - расчетное сопротивление  древесины II сорта 
 

Проверка  фанерной стенки в опасном сечении на растяжение 
 

      коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры, стыкованной на «ус», при работе её на изгиб в плоскости листа.

      коэффициент, повышающий модуль упругости  фанеры на 20%.

      расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа  вдоль волокон наружных слоев шпона. =14МПа.

     Условие выполняется. 

Проверка  стенки на действие главных растягивающих  напряжений 

     Проверку  стенки на действие главных растягивающих напряжений при действии распределенной нагрузки осуществляют в зоне первого от опоры стыка фанерных стенок.

     Расстояние  от левой опоры до первого стыка  фанерной стенки Х=870мм

     Внутренние  усилия в выбранном сечении балки:

     Условие выполняется 
 

Проверка  местной устойчивости фанерной стенки 
 

     Проверка  выполняется для сечений в  середине опорной панели балки при  условии  ,где - высота стенки между внутренними гранями полок -толщина фанерной стенки.

     x=0,484м

     h(x)=0.9+0.1*0.484=0.9484м

     h_ст(x)  =0.9484-2*0.27=0.4084м

      0.4084/0,015=27.2<50

     x=1.535м

     h(x)=0.9+0.1*1.535=1.05м

     h_ст(x) =1.05-2*0.27=0,51м

      0,51/0,015=34.2<50

     x=2.865м

     h(x)=0.9+0.1*2.865=1,1865м

     h_ст(x)  =1.1865-2*0.27=0.6465м

      0.64/0,015=43.1<50

     Х=4.195м

     h(x)=0.9+0.1*4,195=1,32м

     h_ст(x)  =1.32-2*0.27=0.7795м

      0.779/0,015=52>50

     Делаем  проверку

     Определяем  предварительно:

     - Длина опорной панели – расстояние между ребрами жесткости в свету, a =1.186м;

     - Расстояние от центра сечения  до оси опоры: x=7,185м;

     Высота  балки в расчетном сечении: h=1,32мм;

     - Момент инерции и статический  момент половины сечения для  расчетного сечения, приведенные к фанере:

     - Внутренние усилия в сечении:

     Расчет  по определению устойчивости стенки с продольным расположением волокон наружних слоев производиться по формуле  (48) п.4.30.СНиП II-25-80 :

      - коэффициенты, определяемые по  графику рис.18,19 прил.5СНИП II-25-80;

      -толщина фанерной стенки;

      -нормальные и касательные  напряжения в стенке от изгиба  на уровне внутренней кромки  поясов в расчетном сечении  (в середине расчетной панели балки);

      -расчетная высота стенки, которую следует принимать равной при расстояние между ребрами а и равной а,  если а   1186 >780, принимаем =

     Кроме указанного сечения, проверку необходимо выполнить для опорного сечения, с мах напряжением изгиба.

     По  таблице  для семислойной фанеры.

      .

     Так как в следующей панели расстояние между ребрами жесткости такое же как и в этой, то проверять фанерную стенку на устойчивость из плоскости изгиба не требуется. 

Проверка  фанерных стенок в  опорном сечении  на срез

  в уровне нейтральной оси 

      -максимальное значение поперечной  силы;

      , - момент инерции и статический момент инерции опорного сечения, приведенные к фанере.

      -расчетное сопротивление фанеры  срезу перпендикулярно плоскости листа

      =6МПа  (для семислойной фанеры);

        ; 

Проверка  фанерных стенок в  опорном сечении  на скалывание

по  вертикальным швам между поясами и стенкой  

      -расчетное сопротивление фанеры  скалыванию в плоскости листа,

      =0,8МПа (для семислойной фанеры);

      - суммарная длина вертикальных  швов между стенкой и поясами

      =0,27*2-0,006*2=0,528 м

Проверка  прогиба от действия нормальной нагрузки 
 

     Прогиб  балки определяем с учетом коэффициента, учитывающего влияние переменности высоты сечения, и коэффициента, учитывающего влияние деформаций сдвига от поперечной силы.  

      <

     l =17.7 м – пролет балки

     k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения;

     с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.  k и с – значение коэффициентов по СНиП II-25-80:

3. Конструирование  и расчёт дощатоклеенной колонны 

Предварительный подбор сечения колонн 
 

     Задаемся  гибкостью колонны l=100.

     Предварительные размеры сечения колонны примем:

     Из-за отсутствия досок такой ширины принимаем  доски шириной 175 мм и 275 мм с предварительной  склейкой их по кромкам в щит. Фактическая  ширина с учетом припусков на усушку и механическую обработку составит:

     b_к = ( 175 – 10 ) + ( 275 – 15 ) = 425 мм

     Для изготовления колонн используем сосновые доски 2-го сорта толщиной 50 мм. После двухстороннего фрезерования (острожки) толщина досок составит:

     t_ф = 50 – 2*3,5 = 43 мм

     С учетом принятой толщины досок высота сечения колонн будет:

     h_к = 4,3 * 21 = 90,3 см 

Сбор нагрузок

     Нагрузка  от собственного веса колонны:

     Р_С.К. = h_k * b_k * H * r = 0,903 * 0,425 * 12 * 500 = 2302,65 кг = 23,02 кН