Здание с деревянным каркасом

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Южно-Уральский государственный университет"

Научный Исследовательский Университет

Кафедра «Технология строительного производства»

 

 

 

Курсовой проект по предмету:

«Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему

«Здание с деревянным каркасом»

270102.2014.ПЗ

 

 

 

 

 

                                                                                       Проверил:

                                                                                      Иванов С.Г.

                                                                                       «__»__________2014г.

 

                                                                                        Выполнил:

                                                                                        студент группы АС - 540

                                                                                        Смдорук А.А.

                                                                                       «__»__________2014г.

 

                                                                                         Работа защищена

                                                                                         с оценкой

                                                                                         __________________

                                                                                         «__»__________2014г.

 

 

Челябинск 2014

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Определение  геометрических размеров сооружения  и элементов конструкций

 

 

 

 

 

 

 

2 Определение нормативных и  расчетных нагрузок. Расчет настила.

Здание склада имеет прямоугольное очертание с размерами 15 х 45м.

Пролёт здания 15м шаг колонн 4,5м.

Высота до низа несущих конструкций  = 6,2м

Сбор нагрузок

№	Наименование
1	Гидроизоляция 2 слоя бикроста	5	1,2	6
2	Цементно-песчаная стяжка	42	1,3	54,6
3	Утеплитель	30	1,2	36
4	Настил	20	1,2	11,4
5	Рабочий настил	20	1,2	24
	Итого:	106,5		116
6	Снеговая нагрузка: 4 снеговой район	240х0,7=168		240
	Полная:	274,5		356

 

Рис.1. Рабочий настил 4 доски на 1 метр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт настила

Первое сочетание:

1) проверка на прочность

 

 

 

 

 

Принимаем δ = 32 мм.

2) проверка на деформативность

 

 

 

 

Тогда принимаем толщину настила 40 мм.

проверка на деформативность

 

 

 

 

Второе сочетание:

где

P = 120 кг – масса монтажника с инструментом,

 

 

m = 1.2,

 

 

Условие выполняется

Примем рабочий настил 2-го сорта поперечным сечением 150х40 мм

3 Расчет прогона

Шаг прогонов примем 2 м

г Магнитогорск относится к 4 снеговому району 

В данном проекте примем, что высота несущей конструкции равна 1/6 длины пролета. Значит крайний прогон бужет находиться относительно горизонтали под углом 30о. Этот прогон и будет в дальнейшем проверяется по прочности и деформациям.

На прогон действует нагрузка от собственного веса кровельного пирога и снегового покрова.

 

 

 

Определим расчетные усилия в конструкции 

 

 

l – шаг основных несущих конструкций.

 

1. Проверяем сечение 20*25 см

 

 

 

 

 

Условие выполняется

2. Проверяем сечение 20х25см на деформативность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие выполняется

Примем прогон из сосны 2-го сорта поперечным сечением 200х250 мм

 

 

4 Расчет арки

Рис.5. Расчётная схема арки

 Все постоянные нагрузки  на арку включая собственный  вес арки

 Вес снегового покрова  действующего на арку

 

K Шаг стропильных конструкций

 Объёмный вес древесины

b Ширина прогона

h Высота прогона

l Длина прогона

n количество прогонов,

L Пролёт

 Коэффициент собственного  веса арки 

 

 

 

A = 0,07

B = 0,65

 

 

C =0,78

Д =0,53

 

Усилие в коньке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётная длина в плоскости

 

Проверка прочности арки:

Пояс арки будем производить из клееных досок (40х150 ) мм. С припуском на сторожку по ширине 8 мм, по толщине 6 мм.(ГОСТ 7307-75). Предварительно зададимся сечением высотой из 15 досок 40мм 15х40=600мм шириной 150мм. С припусками на сторожку сечение будет мм высотой и 142мм шириной.

Внецентренное сжатие:

 

Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяющий из расчёта по деформативной схеме

 

 

 

Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы в следствии прогиба элемента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие выполняется

Расчет на устойчивость можно не проводить т.к. 

Примем пояс арки из клеёной сосны 2-го сорта поперечным сечением 150х600мм из 15 клееных досок по 40мм, с припуском на обработку по ширине 8мм, по толщине 6мм.        С припусками на сторожку сечение будет 15х34=510мм  510х142мм

 

 

 

Подберём затяжку:

Площадь затяжки

 

Hаспор

 

 

 

Диаметр круга будет равен:

 

Примем затяжку из круга диаметром 32мм по ГОСТ 2590-2006.

 

5 Расчет фермы

Расчет фермы

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица усилий

От единичной силы				От действующих нагрузок
Обозначение	На всем пролете	На половине пролета слева	На половине пролета справа	Постоянная нагрузка	Снег на всем пролете	Снег слева на пролете	Снег справа на пролете
Q1	-0.827	-0.556	-0.271	-6721,5252	-13397,4	-9007,2	-4390,2
Q2	-0.75	-0.445	-0.305	-6095,7	-12150	-7209	-4941
Q3	-0.75	-0.305	-0.445	-6095,7	-12150	-4941	-7209
Q4	-0.827	-0.271	-0.556	-6721,5252	-13397,4	-4390,2	-9007,2
U1	0.734	0.494	0.24	5965,6584	11890,8	8002,8	3888
U2	0.742	0.371	0.371	6030,6792	12020,4	6010,2	6010,2
U3	0.734	0.24	0.494	5965,6584	11890,8	3888	8002,8
D1	0.01	-0.085	0.095	81,276	162	-1377	1539
D2	-0.008	0.095	-0.103	-65,0208	-129,6	1539	-1668,6
D3	0.008	-0.103	0.095	65,0208	129,6	-1668,6	1539
D4	-0.01	0.095	-0.085	-81,276	-162	1539	-1377

Подбор поперечного сечения верхнего пояса

Максимальное усилие возникает при комбинации постоянной и снеговой нагрузке во всем пролете: Q1 = - 6721,5252 – 13397 = кг

1)

Принимаем размеры сечения: b = 142 мм,  h = 34∙8 =272 мм.

F = 386,24 см2, W = 1750,95 см3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Q2 = -6095,7 - 12150 = кг

Принимаем размеры сечения: b = 142 мм,  h = 34∙6 =204 мм.

F = 289,68 см2, W = 984,91 см3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подбор сечения нижнего пояса

Проектируем из двух уголков.

Максимальное усилие в нижнем поясе: U2 = 6030,68 + 12020,4 = 18051,08 кг

 

 

Принимаем 2 уголка 56х4 площадью 4,38 см2

Подбор сечения раскосов

Раскосы D2, D3

На сжатие:

D2 = -1668,6 – 65,0208  = 1733,62 кг

 

 

 

 расстояние между  точками закрепления – 3,54 м

 

b = 142 мм, h = 34х3 = 102 мм, F = 144,84см2

 

, то 

 

 

 

На растяжение:

D3 = 1539 + 65,0208  = 1604,02 кг

Нужно учесть ослабления. Рассчитать количество глухарей для соединения раскосов. Несущая способность глухарей:

 

 

По наименьшему значению считаем:

Требуется 5 глухарей диаметром 12 мм. Но по конструктивным соображениям принимаем 10 глухарей.

 

Площадь с учетов ослаблений:

 

Для клееных элементов:

 

Раскосы D1, D4

На сжатие:

D4 = -1377 – 81,276  = - 1458,276 кг

 

 

 

 расстояние между  точками закрепления – 2,36м

 

b = 142 мм, h = 34х2 = 68 мм, F = 96,56см2

 

, то 

 

 

На растяжение.

D1 = 1539 + 81,276  = 1620,276кг

Нужно учесть ослабления. Рассчитать количество глухарей для соединения раскосов. Несущая способность глухарей:

 

 

По наименьшему значению считаем:

Требуется 5 глухарей диаметром 12 мм. Но по конструктивным соображениям принимаем 10 глухарей.

 

Площадь с учетов ослаблений:

 

Для клееных элементов:

 

Объем фермы:

 

Объем арки:

 

 

Расчет центрального болта

Принимаем болт d = 27 мм

Накладки толщиной 75 мм

 

 

 

Несущая способность сечения с учетом 2 срезов:

 

 

Расчет опирания фермы на колонну

Опорная реакция:

 

 

Опирание фермы осуществляется через обвязочный брус размерами: 100х142.

Проверка условия на смятие:

 

 

 

 

6 Расчет колонны

Расчёт колонн на действие следующих нагрузок:

Постоянные нагрузки от веса кровли, прогонов, арки.

 

Постоянная нагрузка от стеновых панелей равна

 

Нагрузка приложена с экстренситетом e=0,308 м

Кратковременная нагрузка от действия ветра.

Нагрузки от давления ветра:

г.Магнитогорск относится ко 3 ветровому району.

 

Тип местности А

 

K=1

 

 

 

 

 

С учётом что шаг конструкций равен 4,5 м получим:

 

 

 

 

 

Рис.6. Расчётная схема колонны

 

Составляющая от ветровой  нагрузки  приложенной на стены:

 

Составляющая от ветровой нагрузки приложенной в уровне ригеля:

 

Составляющая от веса стеновых панелей:

 

Суммарная горизонтальная реакция:

 

 

Найдём момент в заделке:

 

 

Найдём поперечную силу в заделке:

 

 

Найдём нормальную силу в заделке:

 

 

Расчётная длина колонны в плоскости рамы:

 

Расчётная длина колонны из плоскости рамы:

-раскрепление колонны  из плоскости в одном месте

Поперечное сечение колонны примем с припусками на сторожку 616*142мм

 

Проверка прочности колонны :

 

Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяющий из расчёта по  деформативной схеме:

 

Коэффициент учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствии прогиба элемента

 

 Гибкость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие выполняется

 

С распоркой:

 

 

 

 

Условие выполняется

Расчёт на скалывания  кг

 

 

 

 

 

 

Условие выполняется

Расчёт на устойчивость

 

n=1, т.к  есть закрепления растянутой зоны из плоскости:

 

 

 Расстояние между  опорами элемента

Коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов,

 

 

Условие выполняется

Примем колонну из клееной сосны 2-го сорта с припуском на сторожку поперечным сечением  142x616мм из 14 клееных досок по 44 мм

Расчет жесткого опорного узла.

 

 

 

 

 

 

 

Несущая способность одного стержня:

Принимаем стержень диаметром 16 мм и глубину вклеивания 16 см.

 

 

 

 

 

Количество необходимых стержней:

 

Принимаем 2 стержня

7 Связи

Связи будем подбирать по предельной гибкости

 

 

Расчётные длины связей следующие:

Связи между колонн   Р 450.  Будем подбирать на максимальную расчётную длину.

 

Подберём брус с поперечным сечением  100x100 мм.

Связи по поясу ферм СГ-1

 

Выберем брус с поперечным сечением 100х100мм.

Связи по поясу ферм СГ-2

 

Выберем брус с поперечным сечением 100х100мм.

 

 

 

 

 

8 Краткие указания по изготовлению и монтажу элементов покрытия

На верхнюю поверхность настилов наклеивают слой пароизоляции и укладывают утеплитель. Доска рабочего настила должно опираться не менее чем на 3 прогона.

Для возможности удаления случайной влаги из утеплителя между его верхней поверхностью и кровельным щитом организуется свободное пространство (продух). Его высота должна быть не менее 50 мм. Для этой цели на опалубку основного несущего щита под углом 30–60° к продольной оси крыши укладываются диагональные брусья. Высота их должна быть не менее суммы высот утеплителя и продуха, ширина не менее 1/3 высоты.

9 Мероприятия по защите конструкций от гниения и возгорания

Защиту от гниения деревянных конструкций производить антисептиком ХМБ-444. В местах сопряжения деревянных конструкций с металлическими и местах возможного скопления конденсатной влаги деревянные поверхности дополнительно обработать антисептической пастой ПАЛМ-Ф.

Для защиты конструкций от возгорания необходимо обработать деревянные изделия антипиреном ББ II.

 

 

 

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Строительные нормы и правила: СНиП 2.01.07 – 85. «Нагрузки и воздействия»: нормативно-технический материал. –  М.:, 1987. – 36 с. 
2. Свод правил: СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции»: нормативно-технический материал. – Минрегион России. - М.: ОАО "ЦПП", 2011. – 154 с. 
3. Свод правил: СП 131.13330.2012. «Строительная климатология»»: нормативно-технический материал. – М.: ОАО "ЦПП", 2012. – 108 с. 
4. Иванов С.Г. Конструкции из дерева в одноэтажном производственном здании: Учебное пособие / Иванов С.Г. – Челябинск: ЧПИ,1985.