Цех по изготовлению сложной бытовой техники в г. Краснодаре


Агентство по образованию и науке РФ
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка по курсовому проекту

По дисциплине «конструкции из дерева и пластмасс»

на тему: «Цех по изготовлению сложной бытовой техники в г. Краснодаре»

Вариант № 013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Выполнил: ст-нт Кнуренко М.                                

                                                                                                гр.08-С-ПГ1                                      

 

                                                                                 Проверил:   Профессор СКиГС

                                                                                             Починок В.П.

 

 

 

 

 

Краснодар 2012 г.

РЕФЕРАТ

Стр. 30  ; рис. 1  ; табл. 3  ;

ПОПЕРЕЧНАЯ РАМА, ТРЕУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА, КОЛОННА, РАСЧЕТ, НАГРУЗКА,  
ПОЯС, СТОЙКА,  УЗЕЛ

В курсовом проекте произведен расчет деревянных конструкций поперечной рамы здания. Определены расчетные и нормативные нагрузки на перекрытие и поперечную раму здания.

Подобрано сечение элементов треугольной распорной системы. Выбраны конструктивные решения и рассчитаны узлы треугольной распорной системы. Скомпоновано сечение колоны, которое обеспечивает прочность колоны и общую устойчивость. Осуществлена компоновка и расчет базы колонны.

Перечень графического материала:  2 листа формата А1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

                                           стр.

       Введение……………………………………………………………………………….4

  1. Исходные данные……………………………………………………………………...5
  2. Компоновка конструктивной схемы здания…………………………………………6
  3. Расчет и конструирование клеефанерной ограждающей панели………………….7
  4. Расчет и конструирование металлодеревянной треугольной распорной системы…………………………………………………………………………….…...12
  5. Расчёт узлов треугольной распорной системы ………………………………..…….17
  6. Расчет и конструирование колонн……………………………………………….…..22
  7. Обеспечение пространственной жесткости здания……………………………..…..30

8. Мероприятия по обеспечению долговечности конструкций…………………….….31

  1. Определение расхода материалов …………………………………………………...32

Литература…………………………………………………………………………….33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Курсовое проектирование – важный раздел изучения курса  « Конструкции из дерева и пластмасс». Цели курсового проектирования заключаются в закреплении теоретических знаний, полученных в процессе изучения дисциплины, развитий навыков расчёта и конструирования несущих и ограждающих конструкций из древесины, выработка навыков самостоятельной работы с научно-технической и нормативной литературой.

В данном курсовом проекте  подобрано наиболее рациональное конструктивное решение проектируемого здания, сконструированы  и рассчитаны основные несущие и  ограждающие конструкции, узловые  соединения, выбраны мероприятия по защите элементов здания от гниения и возгорания. Все принятые конструктивные решения и расчётные алгоритмы соответствуют требованиям действующих нормативных документов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Исходные данные

Вариант № 013:

Наименование несущих конструкций: Треугольная распорная система

Район строительства: г. Краснодар

Расчетный пролет: 15,0 м

Шаг несущих конструкций: 6,0м

Высота колонны от уровня пола до низа ригеля: 9,5 м

Длина здания: 66 м

Вид покрытия: теплое

Ограждающие конструкции покрытия: клеефанерные панели

Кровля: асбестоцементные листы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Компоновка конструктивной схемы здания.

Здание отапливаемое, однопролётное.  Пролёт здания 15 м шаг колонн 6,0 м. Длина здания принимается равной по заданию 11 шагам несущих конструкций и равна 66,0 м. Тип покрытия – утеплённая клеефанерная плита под асбестоцементную кровлю. Стропильные конструкции – треугольные распорные системы. Устройство светоаэрационных фонарей не предусматривается, цех оснащен лампами дневного света. Наружные стены – панельные, самонесущие. Конструкцию стенового ограждения до отметки +1,200 –представляет цоколь в виде кирпичной кладки, выше отметки +1,200  принимаем утеплённые панели с обшивкой из плоских асбестоцементных листов.

Поперечная рама здания, состоит из двух жёстко защемлённых  в фундаментах колонн, шарнирно соединённых  с треугольной распорной системой. Температурно-влажностные условия эксплуатации А- I.

Для унификации размеров панелей стенового ограждения привязку колонн к разбивочным осям принимаем нулевой по наружной грани колонн.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет и конструирование клеефанерной ограждающей панели

В соответствии с  заданием на проектирование принимаем следующие  параметры проектируемых ограждающих  конструкций:

  • плиты утепленные, под жесткую кровлю, клеефанерные;
  • по табл. 2 СНиП II-25-80 фанера соединяется с деревянным каркасом клеем марки КБ-3;
  • ребра из сосновых досок II сорта.

Принимаются размеры  плит:

    • ширина bп = 1200 мм;
    • высота 1/30 … 1/35 пролета;h=150мм;
    • длина 6000 мм (в соответствии с шагом несущих конструкций).

Номинальные размеры  плиты в плане: 1,18 х 5,98 м.

Обшивка клеефанерной плиты  изготавливается из водостойкой  фанеры марки ФСФ (ГОСТ 3916-69). Толщина  нижней фанерной обшивки принимается  равной 9 мм.

Каркас панели состоит из сосновых досок II сорта, для которых взяты черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов сечением 50 х 150 мм. После сушки до 12% влажности и четырехстороннего фрезерования для склейки применяются чистые доски сечением 42 х 142 мм.

Компоновка рабочего сечения панели.

Расчет основных параметров.

расчетный пролет панели:

.

высота панели с учетом определенных толщин материалов:

.

расстояние между ребрами  в осях (4 продольных ребра):

.

По скомпонованному  сечению панели составим таблицу 1 нормативных  и расчетных нагрузок на 1 м2 панели.

 

 

 

 

Таблица 1.

Значения нагрузок, действующих на панель ограждающей конструкции.

Наименование нагрузки

Нормативная нагрузка,  кН/м2

Коэффициент перегрузки

Расчетная нагрузка,  кН/м2

1

2

3

4

Постоянная

      

Кровля из асбестоцементных листов

0,2

1,1

0,22

Продольные ребра каркаса

      

 

0,101

1,1

0,111

Поперечные ребра каркаса

      

0,025

1,1

0,027

Утеплитель

0,020

1,2

0,024

Пароизоляция

0,003

1,2

0,0036

Фанера ФСФ

      

dф×gф = 0,010×7,0=0,07

0,07

1,1

0,077

Итого: постоянная нагрузка

0,419

  

0,463

Временная

      

Снеговая 

0,63

-

0,9

Полная нагрузка:

1,049

  

1,363


 

полная нагрузка на 1 пог. м панели:

нормативная: ;

расчетная: 

Расчетные характеристики материалов

Для семислойной фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной 10 мм по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 находим следующие характеристики:

расчетное сопротивление  растяжению  Rф.р. = 14 МПа;

расчетное сопротивление  скалыванию  Rф.ск. = 0,8 МПа;

модуль упругости                Еф = 9000 МПа.

Для древесины ребер  по табл. 3 СНиП II-25-80:

расчетное сопротивление  изгибу    Rдр.и. = 13 МПа;

модуль упругости                Едр = 10000 МПа.

В соответствии с п. 6.25 СНиП II-25-80 расчет клееных элементов из древесины и фанеры следует выполнять по методу приведенного поперечного сечения. Для этого определим геометрические и физические характеристики такого сечения.

 Геометрические характеристики сечения

расчетная ширина фанерной обшивки по 6.27 СНиП II-25-80:

при ,тогда

где l – пролет плиты l = 5,98 м;

b – полная ширина сечения плиты b = 1,18 м;

 расстояние между продольными ребрами по осям а = 0,365 м.

Геометрические характеристики панели приводим к древесине ребер.

приведенная площадь  поперечного сечения:

;

приведенный статический  момент поперечного сечения панели относительно оси О-О:

;

расстояние от оси  О-О до нейтральной оси панели х – х:

;

расстояние от нейтральной  оси панели х – х до наружной грани фанерной обшивки:

;

расстояние от нейтральной  оси панели х – х до центра тяжести ребер:

;

момент инерции фанерной обшивки относительно нейтральной  оси панели х – х (без учета  момента инерции фанерной обшивки  относительно собственной оси):

;

момент инерции ребер  относительно нейтральной оси панели х – х:

;

приведенный к древесине момент инерции панели, определим по формуле:

;

 

 

приведенный к фанере момент инерции, по формуле (40) СНиП II-25-80:

.

Проверка панели на прочность

Максимальный изгибающий момент:

.

Выражение, позволяющее определить напряжения в растянутой обшивке и выполнить ее проверку на прочность:

;

напряжение в продольных ребрах, работающих на изгиб:

.

В соответствии с п. 6.29 СНиП II-25-80, проверка скалывающих напряжений по клеевому слою между шпонами фанерной обшивки в зоне приклейки продольных ребер каркаса производится по формуле: .

поперечная сила панели равна ее опорным реакциям

.

приведенный статический  момент фанерной обшивки относительно нейтральной     оси х – х:

.

расчетная ширина клеевого соединения: .

касательные напряжения:

.

Проверка прочности  по всем пунктам удовлетворена.

Проверка панели на прогиб

qн = 0,9 кН/м = 0,009кН/см;

Едр = 10000 МПа = 1000 кН/см2.

       Относительный изгиб панели:

, где

1/200 -  предельный прогиб в панелях покрытий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчет и конструирование треугольной распорной системы

4.1 Исходные данные

Размеры здания в плане 15 х 66 м. Шаг систем вдоль здания 6,0 м. Здание II класса по степени надежности. Материал несущих конструкций – сосна 2 сорта с влажностью до 12%, металлические элементы из стали С235. Для склеивания древесины принимается фенольно-резорционный клей марки ФР-12. Несущие и ограждающие покрытия изготовлены заводским способом.

4.2 Геометрические размеры

Расчетный пролет м. Высоту примем с отношением , тогда высота системы равна м. Угол наклона верхних поясов:

Длина ската:

4.3 Нагрузки

Собственный вес системы  найдем по формуле:

 кН/м2.

Таблица 2.Сбор нагрузок на плиту.

Наименование нагрузки

Норм. нагрузка,

кН/м2

Коэффициент

надежности

Расч.нагрузка,

кН/м2

Постоянная

      

Утепленная плита покрытия

5,98 х 1,2м

 

Собственная масса

системы

0,067

1,1

0,074

Итого:

0,522

  

0,577

Временная

      

Снеговая нагрузка

0,54

  

0,90


 

Нагрузки на 1 пог.м  системы:

  • постоянная кН/м;
  • временная кН/м.

 

 

 

4.4 Определение усилий в элементах системы

Рис.1 Схема распорной системы и нагрузок.

Система рассчитывается на 2 варианта сочетания нагрузок:

  • постоянная и временная нагрузки на всем пролете;
  • постоянная нагрузка на всем пролете и временная на половине пролета.

По результатам расчета  составляем таблицу величин усилий.

  1. 1. Опорные реакции:

       

2. Усилие в затяжке:

3. Нормальная сжимающая  сила в верхнем поясе у опор:

4. Нормальная сжимающая  сила в середине верхнего пояса:

5. Изгибающий момент от нагрузки  в четверти пролета:

        II. Опорные реакции:

      

      

 

 

2. Усилие в затяжке:

3. Нормальная сжимающая  сила в верхнем поясе у опор:

4. Нормальная сжимающая  сила в середине верхнего пояса:

      

Таблица 3.Определение усилий в системе.

Усилие

1-ый вариант 

сочетания нагрузок

2-ой вариант 

сочетания нагрузок

Опорные реакции:

    

A

64,68 кН

54,83 кН

B

64,68 кН

35,12 кН

Усилие в затяжке

97,02 кН

67,46 кН

Нормальная сжимающая сила в  верхнем поясе у опор

114,58 кН

83,51 кН

Нормальная сжимающая сила в  середине верхнего пояса 

113,71 кН

70,88 кН

Изгибающий момент от нагрузки в  четверти пролета

59,02 кНм

–––


 

4.5 Подбор сечений поясов

4.5.1 Подбор сечения верхнего пояса

Верхний пояс выполняется  в виде клееного пакета из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов 2 сорта сечением 40 х 150 мм. После фрезеровки черновых заготовок по пластам для склейки отбирают чистые доски сечением 33 х 142 мм. Клееный пакет принимаем из 14 досок общей высотой мм. После склеивания пакета и фрезерования по боковым поверхностям его окончательное сечение 142 х 462 мм. Зададим эксцентриситет приложения нормальной силы в опорном и коньковом узлах, равный мм.

Площадь поперечного  сечения:

 см2.

             

     Момент  сопротивления: см3.

          Расчетное сопротивление древесины  2 сорта изгибу и сжатию  МПа.

          Расчет  на прочность сжато-изгибаемого  элемента ведем по формуле:

,

где при мм,

      при толщине досок 33 мм,

      .

 Изгибающий момент определяется  по формуле:

,

где ,

,

 – для эпюры моментов  прямоугольного очертания.

        Проверим прочность от первого  варианта сочетания нагрузок:

разгружающий момент в узлах: кНсм,

гибкость верхнего пояса в плоскости действия изгибающего момента:

,

,

.

Действующий изгибающий момент:

 кНм.

Напряжения в верхнем  поясе:

.

Проверим прочность от второго варианта сочетания нагрузок:

разгружающий момент в узлах: кНсм,

,

.

Действующий изгибающий момент: кНм.

Напряжения в верхнем поясе:

кН/см2

Так как верхний пояс по всей длине раскреплен плитами  покрытия, то расчет на устойчивость плоской  формы деформирования не производится ввиду очевидности ее обеспечения.

4.5.2 Подбор сечения нижнего пояса

Расчетное усилие в нижнем поясе получаем максимальным при первом сочетании нагрузок: кН.

Найдем требуемую площадь  сечения из условия прочности  сечения:

, где кН/см2 – расчетное сопротивление стали на растяжение,

, .

 см2.

По сортаменту принимаем  сечение нижнего пояса из двух равнобоких уголков L56 x 5 общей площадью см2. Для совместной работы уголков нижнего пояса их необходимо соединить по длине планками из листовой стали толщиной мм.    Наибольшее расстояние между планками:

 см,

где см – радиус инерции уголка.

Примем  см.

Во избежание провисания нижнего пояса необходимо установить подвески из тяжей А-I  Æ12 мм. Максимальное расстояние между подвесками:

 см.

Устанавливаем 3 подвески по длине  нижнего пояса системы на расстоянии м.

5 Расчет и конструирование узлов

5.1 Опорный узел

Упорная плита – плита  с ребрами жесткости, в которую  упирается верхний пояс системы. Упорная плита рассчитывается на изгиб приближенно как однопролетная  балка с поперечным сечением тавровой формы.

Для создания принятого эксцентриситета в опорном узле высота упорной плиты должна составлять: мм.

Ширина упорной плиты  принимается по ширине сечения верхнего пояса: мм.

Геометрические  характеристики:

Площадь плиты таврового сечения:

 см2.

Статический момент относительно оси О-О:

 см3.

Расстояние от центра тяжести сечения до оси О-О:

 см.

Расстояние от центра тяжести сечения до верхней грани  плиты:

 см.

Расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести  ребра:

 см.

Момент инерции поперечного  сечения относительно оси Х-Х:

 см4.

Моменты сопротивления:

 см3,

 см3.

Напряжение смятия древесины  в листе упора верхнего пояса  в плиту:

 кН/см2 < 1,5 кН/см2.

Пролет плиты принимается  равным расстоянию в осях между вертикальными  фасонками: мм.

Изгибающий момент в  однопролетной балке таврового  сечения:

 кНсм.

Напряжение при изгибе:

 кН/см2 < 23 кН/см2.

Опорная плита – горизонтальная плита, которая рассчитывается как  однопролетная балка с двумя  консолями на изгиб под действием  напряжения смятия ее основания.

Требуемая ширина опорной  плиты определяется из условия смятия мауэрлатного бруса поперек волокон:

 см,

где кН – максимальная опорная реакция,

 кН/см2 – согласно СНиП,

  см – длина опорной плиты.

Примем ширину мауэрлатного бруса  мм, тогда

 кН/см2 < кН/см2.

Изгибающий момент в  консольной части опорной плиты  при расчетной ширине 10мм:

 кНсм.

Изгибающий момент в  пролете опорной плиты:

 кНсм.

Требуемая толщина плиты:

 см, где кН/см2.

Принимаем толщину плиты  мм.

5.2 Расчет сварных швов

Сварные швы будем  выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э60, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08Г2С со значением кН/см2. Для стали С235 значение кН/см2. Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП):

 кН/см2,

 кН/см2.

Значения коэффициентов  при сварке в нижнем положении равны:

 кН/см2,

 кН/см2, следовательно, необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу шва.

Сварные швы, прикрепляющие  пластинки-ребра упорной плиты  к вертикальным фасонкам

Усилие, приходящееся на одну пластинку:

 кН.

Примем катет шва  равным мм, тогда требуемая длина шва:

см  принимаем 6см

          Максимальная длина шва, зависящая  от высоты ребра упорной плиты:

 см > 6 см.

Сварные швы, прикрепляющие  нижний пояс из уголков к вертикальным фасонкам

Усилие, приходящееся на один уголок:

 кН.

Толщину швов на пере и  на обушке принимаем одинаковой, равной мм, тогда требуемая суммарная длина шва:

см.

Требуемая длина шва  на обушке и пере:

 см,

 см.

Принимаемая длина шва  не меньше ширины опорной плиты:

 см > 13,5 см.

5.3 Расчет стыка нижнего пояса

Длина нижнего пояса  распорной системы 14,6 м. Максимальная длина изготовляемых уголков 10,5 м, следовательно, необходимо устройство стыка нижнего пояса.

Стык осуществляем с  помощью приваренных накладок из листовой стали толщиной 8 мм.

Ширина накладки определяется из условия равнопрочности:

 см.

Принимаем ширину накладки мм. Принимаем длину сварных швов на пере и обушке см.

5.4 Коньковый узел.

Торцы верхнего пояса  в коньковом узле подвержены сжимающему воздействию горизонтальной силы, достигающей  максимального значения при первом варианте сочетания нагрузок. Торцы стыкуются простым лобовым упором. Усилие смятия: кН.

Размеры площадки смятия назначаем из расчета на обеспечение  приложения силы, сжимающей верхний  пояс, с тем же эксцентриситетом, что и в опорном узле. Для этого в верхней части сечения устраивается зазор высотой мм. Площадка смятия в коньковом узле:

 см2.

Смятие в коньковом  узле происходит под углом 23° к волокнам. Расчетное сопротивление древесины смятию под углом к направлению волокон определяется по формуле:

 кН/см2.

Напряжение смятие в  узле: кН/см2 < 3,3 кН/см2.

При несимметричном загружении снегом лишь одного из скатов покрытия в коньковом узле возникает поперечная сила, которая воспринимается соединительной подкладкой на болтах. Подкладка выполняется из клееного пакета досок.

Поперечная сила в  узле при несимметричном загружении временной нагрузкой: кН.

Усилия в ближайших к узлу болтах: кН.

Усилия в дальних  от узла болтах: кН.

Найдем минимальную  несущую способность нагеля на один шов сплачивания, предварительно задавшись  диаметром нагеля из стали 38/23, равным 24 мм, из следующих условий:

 кН ,

 кН ,

 кН  кН.

Минимальное усилие равно 6,0 кН, тогда число болтов:

 

 .

Принимаем по 3 болта с каждой стороны от конька.

6 Расчет и конструирование колонн

6.1 Определение нагрузок и усилий

Нагрузка от плит покрытия на 1 м2 горизонтальной проекции кН/м2, нагрузка от треугольной распорной системы кН/м2, снеговая нагрузка кН/м2.

Для определения массы  колонны задаемся предварительными размерами ее сечения, исходя из предельной гибкости и высоты сечения , следовательно:

 см.

Ширину сечения принимаем  такой же, что и ширину верхнего пояса треугольной распорной  системы  мм. Плотность древесины кг/м3.

Собственный вес колонны:

 кН.

Нагрузка от стеновых панелей:

 кН.

Нагрузка от плит покрытия:

 кН,

где м – толщина стеновых панелей,

 м – вылет карниза.

Нагрузка от треугольной  распорной системы:

 кН.

Нагрузка от снега:

 кН.

Максимальная вертикальная нагрузка на колонну:

кН.

Нагрузка от ветра  принимается равномерно распределенной по высоте колонны:

кН/м,

 кН/м.

Усилие в ригеле от равномерно распределенной ветровой нагрузки:

 кН.

Усилие от нагрузки от стеновых панелей в ригеле:

 кН,

где кНм,

        см.

Изгибающий момент в  колонне на уровне верха фундамента:

  • в левой колонне:

 кНм,

  • в правой колонне:

 кНм.

Расчетная сила в колонне  на уровне верха фундамента:

  • в левой колонне: кН,
  • в правой колонне: кН.

6.2 Геометрические характеристики сечения

Колонна выполняется  в виде клееного пакета из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов 2 сорта сечением 40 х 175 мм. После фрезеровки черновых заготовок по пластам для склейки отбирают чистые доски сечением 33 х 167 мм. Клееный пакет принимаем из 16 досок общей высотой мм, что составляет 1/15 пролета. После склеивания пакета и фрезерования по боковым поверхностям его окончательное сечение       167 х 528 мм.

Геометрические характеристики принятого сечения:

  • площадь: см2,
  • момент сопротивления: см3,
  • радиусы инерции: см, см,
  • момент инерции: см4,
  • момент сопротивления: см3.

6.3 Расчет сечения колонны на расчетное сочетание нагрузок

В плоскости рамы расчет на прочность проводят по формуле:

,

где при мм,

      при толщине досок 33 мм,

      – коэффициент условий работы,

      .

Изгибающий момент определяется по формуле:

,

где ,

,