Деревянные конструкции

Содержание 
 

Введение

1. Исходные данные

2. Расчет плиты покрытия с фанерной обшивкой.

3. Расчет стеновой панели с асбестоцементными обшивками.

4. Расчет двускатной балки.

5. Статический расчёт двухшарнирной рамы.

6. Определение усилий  в стойках рамы.

7. Расчёт узлов  рамы.

8. Карнизный узел.

Список используемой литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Применение клееных деревянных несущих конструкций в сочетании с лёгкими ограждающими конструкциями обеспечивает, по сравнению с железобетонными, снижение веса здания в целом в 2,5-3 раза, экономии стали до 4,3кг/м³, снижении трудозатрат в 1,5-1,8 раза и стоимости по приведённым затратам на 7-10%.

     Современное строительство ведётся с широким использованием эффективных материалов и облегчённых конструкций. Материалы для облегчённых покрытий следует выбирать с учётом степени воздействия на них с внутренней среды помещения. Для ограждающих конструкций следует применять материалы, обладающие достаточной механической прочностью, и стойкостью против влаги, коррозии и возгорания.

     Ограждающие конструкции зданий проектируют холодными и утеплёнными. Они могут изготавливаться в построечных условиях из отдельных элементов и в заводских в виде готовых плит и панелей. Ограждающие конструкции покрытий делятся на чердачные и бесчердачные. В покрытиях функции ограждения выполняют кровли и поддерживающие их настилы, в стенах гидроизоляционные материалы, закрепляемых в обшивке.

     В отапливаемых зданиях для предохранения от потерь тепла в покрытиях и стенах укладывают утеплители, располагаемый с наружной (холодной) стороны ограждения. Рекомендуется применять лёгкие несгораемые или трудносгораемые утеплители в виде жёстких или полужёстких плит.

     Для предохранения ограждения от конденсационного увлажнения применяют пароизоляцию, которую ставят с внутренней (тёплой) стороны ограждения. Для неё используют рулонные материалы: толь, пергамин и синтетические плёнки.

     Бесчердачные покрытия с относительной влажностью воздуха помещения до 60% устраивают беспустотными, а с большой влажностью - пустотными, в которых предусмотрены сквозные продухи для удаления лишней влаги из толщины покрытия. Настилы покрытий поддерживаются стропилами или прогонами, обшивка стен прогонами.

     В связи с переходом на индустриальный метод в строительстве широкое распространение получили крупноразмерные плиты покрытий и панели стен с деревянным каркасом и обшивками из фанеры, асбестоцементных листов и древесных плит.

     

     

1. Исходные данные 

Тепловой режим  здания - теплый

Вес снегового покрова  - Sо= 0,7 кН/м²

Ветровое давление - W₀=0,38 кН/м²

Утеплитель - пеностеклянные плиты - δ=80 мм, γ=250 кг/м³

L=24 м;

H=2,9 м. 
 

 
 
 
 
 
 

2. Плиты покрытий

1. Плиты покрытий с фанерной обшивкой

    Запроектировать утеплённую клеефанерную панель покрытия в районе 2. Шаг несущих конструкций  6 м. Кровля рубероидная с уклоном 0.1. Утеплитель – пеностеклянные плиты, толщиной 80 мм с объёмным весом 250 кг/м³. Материалы: сосновые доски и берёзовая фанера марки ФСФ сорта B/BB.

    Выбираем  ребристую конструкцию панели с  размерами в плане 5980х1470 мм с четырьмя продольными рёбрами.

    Обшивки применяем: верхнюю из семислойной  фанеры толщиной 10 мм, а нижнюю из семислойной фанеры толщиной 8 мм. Для удержания утеплителя в проектном положении применяем решётку из брусков 25х25 мм, которые крепятся гвоздями к рёбрам.

    Высоту  рёбер принимаем согласно рекомендациям  проектирования:

    

    тогда с учётом сортамента досок принимаем 50х175 мм, а после фрезерования их размеры получаются 49х174 мм.

    Определим собственный вес панели:

1. Фанерные обшивки:

2. Рёбра:

 

3. Прижимные бруски:

 

    Итого собственный вес панели равен 292.32 Н/м².

    Вес рубероидной кровли: 100х1=100 Н/м².

    

    

    Вес утеплителя: 

    Нагрузку  на панель вычисляем:

 

Изгибающий момент: 
 

Перерезывающая  сила:

 
Здесь  l=5.92 м с учетом опирания панели.

      При расчёте плит покрытий на прочность  и по прогибам фактическое поперечное сечение плиты заменяется приведённым  и алгоритм расчёта следующий:

1. Определяется коэффициент n_ф.

Коэффициент приведения n_ф, равный отношению модулей упругости, определяется по формуле:

где - модули упругости древесины и фанеры соответственно.

2. Геометрические характеристики приведённого сечения определяются по следующим формулам.
1. Площадь приведённого сечения:

 

где - площадь поперечного сечения фанерной нижней сжатой обшивки;

- расчётная ширина  нижней фанерной обшивки; в  соответствии с главой 4 СНиП по  проектированию деревянных конструкций   при  принимается равной:

где - полная ширина сечения плиты;

а – пролёт плиты.

- площадь поперечного  сечения фанерной верхней растянутой  обшивки;

- расчётная ширина  верхней фанерной обшивки; в  соответствии с главой 4 СНиП по  проектированию деревянных конструкций   при  принимается равной:

- площадь поперечного  сечения древесины рёбер;

 

Геометрическая  схема поперечного сечения

2. Приведённый статический  момент сечения относительно нижней его грани:

 

;

    Координаты  центра тяжести приведённого сечения  относительно оси, проходящей через  нижнюю грань сечения: 

3. Приведённый момент инерции вычисляется без учёта  собственных моментов инерции обшивок:

 

- расстояние от  центра тяжести приведённого  сечения до центра тяжести  фанерных листов обшивок и  древесины;

момент инерции  ребер относительно собственной  оси:

4. Момент сопротивления  приведённого сечения для определения  напряжений в крайних растянутых волокнах:

 

      в крайних сжатых волокнах: 

3. Проверка напряжений в растянутой обшивке панели производится по формуле:

 

где  - расчётное  сопротивление фанеры растяжению 14 МПа;

- коэффициент,  учитывающий снижение расчётного  сопротивления в стыках фанерной  обшивки, принимаемый равным при  соединении на ус или с двухсторонними  накладками  =0.6 для фанеры клееной и =0.8 для фанеры бакелизированной. При отсутствии стыков =1.

.

Напряжения в растянутой обшивке панели не превышают допустимые.

Проверка напряжений в крайних растянутых волокнах древесины  рёбер производится по формуле: 

где - расчётное сопротивление древесины изгибу  14 МПа.

Напряжения в крайних  растянутых волокнах древесины рёбер  не превышают допустимые.

4. Проверка сжатой обшивки плит на устойчивость в соответствии с главой СНиП проектированию деревянных конструкций производится по формуле:

;

где ;

при ;

Устойчивость сжатой обшивки плит обеспечена.

5. Проверка верхней обшивки на местный изгиб сосредоточенной монтажной нагрузкой P=1.2 кН производится как балки шириной 100 см, заделанной по концам (в местах приклеивания к рёбрам плиты):

; 

где Р=1200 Н;

здесь c – толщина  между рёбрами в осях;

      b=100 см;

       - расчётное сопротивление фанеры  изгибу поперёк волокон;

      1.2 – коэффициент учитывающий кратковременное  действие монтажной нагрузки, принят  в соответствии с главой СНиП  по проектированию деревянных  конструкций.

6. Расчёт на скалывание древесины или на скалывание по клеевому слою между шпонами фанеры производится по формуле: 

где  - статический  момент сдвигаемой части приведённого сечения, относительно нейтральной  оси;

Q – расчётная поперечная сила;

- расчётное сопротивление  скалыванию клеевых слоев между  шпаками фанеры (в пределах продольных  рёбер).

7. Относительный прогиб плиты определяется по формуле:

 

где - модуль упругости фанеры;

 К=1.4 – коэффициент,  учитывающий прирост прогиба  конструкции в процессе эксплуатации  вследствие снижения модуля упругости  материала и ползучести клеевых  соединений.

Таким образом, выбранные  размеры плиты с рёбрами 43х200 мм и толщиной нижней фанерной обшивки  10 мм удовлетворяют условиям прочности и жесткости.

 

3. Стеновые  панели

1. Асбестоцементные сплошные стеновые панели

с деревянным каркасом

    Запроектировать утепленную стеновую панель из плоских  асбестоцементных листов и деревянного  каркаса.

    Номинальные размеры панели 1.2х6 м. Каркас панели деревянный, состоит из двух продольных рёбер сечением 48х146 мм и пяти поперечных рёбер сечением 48х146 мм. Соединение брусков каркаса производится одинарным  сквозным шипом на клее КБ-3. Обшивки  из плоских асбестоцементных листов толщиной 8 мм крепятся шурупами. Утеплитель из пеностеклянных плит толщиной 80 мм с объемным весом 250 кг/м³. Район строительства – город Красноярск. Ширина панели 119 см. Расчетный пролёт панели l₀=594 см.

    Стеновая  панель с асбестоцементными обшивками

    

    Определим собственный вес панели:

1. Асбестоцементная обшивка:

2. Рёбра:

3. Прижимные бруски:

 

    Итого собственный вес панели равен  256.37 .

    Вес утеплителя: 

    Нагрузку  на панель вычисляем:

 

От ветровой нагрузки

Нормативная ветровая нагрузка на 1 м² панели 

где = =0,38 – скоростной напор; =1;

 –аэродинамический  коэффициент при расчете на  эксплуатационную нагрузку равный 0,8; – 1,4.

1. Определим геометрические характеристики сечения. Материалы, входящие в поперечное сечение панели (без учёта пеностклянной плиты) приводим к древесине каркаса. Коэффициент приведения равен:

    Приведённый момент инерции относительно оси  Y поперечного сечения панели, рассматриваемого как цельное коробчатое сечение равен: 

где F_а -площадь поперечного сечения асбестоцементной обшивки; х – расстояние от оси Y до оси центра тяжести поперечного сечения; I_р – момент инерции продольных рёбер каркаса.

      Приведённый момент сопротивления: 

где h_р – высота продольного ребра; δ_а – толщина асбестоцементной обшивки.

      Момент  сопротивления относительно оси  Х листов обшивки при работе их в своей плоскости:

2. Проверка панели на прочность.

     Расчетный изгибающий момент в середине пролёта:

     От  постоянной нагрузки: 

       От ветровой нагрузки.

Расчетная ветровая нагрузка на 1 м панели:

      Тогда изгибающий момент от расчетной ветровой нагрузки равен: 

      Напряжения  в растянутой асбестоцементной обшивке  равны: 

где = коэффициент, учитывающий влияние податливости шурупов соединяющих обшивку с каркасом панели при расчете на прочность;  0.65 – коэффициент, учитывающий влияние длительности нагрузки.

3. Проверка стеновой панели на жесткость.

Относительный прогиб панели от ветровой нагрузки равен: 
 

 
.

      Таким образом, выбранные размеры стеновой панели с асбестоцементной обшивкой удовлетворяют условиям прочности  и жесткости.

 

4. Расчёт двускатной балки

   В качестве основной несущей конструкции покрытия принимаем двухскатную многослойную, клееную балку.

   Высота  балки: , = . Уклон кровли принимаем i=0.05.

Высота балки на опоре:

    Принимаем для  изготовления балки доски с площадью сечения 50х210мм, после фрезерования ширина сечения балки равна b=h/8.5=0.28м.

   
 
 

Собственный вес  балки вычисляем по формуле:

q_св=

Нагрузки на балку  покрытия:

 

    Принимая  нагрузку на балку равномерно распределённой, расстояние Х от оси опоры двускатной балки до наиболее напряжённого при изгибе сечения:

Х=L h₀/2h=2400 180/(2 240)=900 см

    Расчётный изгибающий момент в опасном сечении  балки и расчётная поперечная нагрузка на опоре балки:

                              М_х= (q_р X)/2 (L-X)=(12919.8 9)/2 (24-9)=872086.5 Н∙м

                                Q= (q_р l)/2=(12919.8 24)/2=155037.6 Н

    Высота  сечения двускатной балки на расстоянии х=9 м от опор:

                                      h_х=h₀+i X=180+0,05 900=225 см

    Пологая, что ширина балки прямоугольного сечения b>140 мм, коэффициент к моменту  сопротивления сечения балки  высотой h_х=135 см имеет значение k_w=0,85, а расчётное сопротивление древесины изгибу R_u=130 кг/см²

                          W= (М_б b h²)/6=(0.8 28 225²)/6=189000 см³

    Проверяем на прочность двускатную балку:

                   σ_и=М/W=872086.5 /(0.8 189000 10^-6  ) =5.77 10⁶ МПа<14 МПа

Момент инерции  поперечного сечения в середине пролёта балки:

                                  I=bh³/12=28 240³/12=32256000 см⁴

    Относительный прогиб двускатной балки прямоугольного сечения на основе зависимости определяется по формуле: 

где к=0,15+0,85 (h₀/h)=0,15+0,85 (180/240)=0.7875

Принятое сечение  удовлетворяет условиям прочности  и жёсткости.

 

Статический расчёт рамы.

    Для двухшарнирной  дощатоклееной рамы характерно действие следующих видов нагрузки – постоянной (собственный вес покрытия) и временной (снеговая и ветровая).

    Постоянная  нагрузка в данном случае рассмотрена  в виде постоянного давления на стойку.

   Постоянная  нагрузка:

От постоянного  расчетного давления на стену:

, где 

- расчетная нагрузка от веса  кровли

-собственный вес покрытия

l-пролет, В-шаг. 

    Давление  от собственного веса стойки:  р^св_ст=h_ст b _ст H _ст γ _др n,

где h_ст,b _ст- высота и ширина сечения стойки,

   H _ст=2.9 м- высота стойки,

   γ _др=500 кг/м³- объёмный вес древесины,

    n=1,1- коэффициент  надёжности по нагрузки

,

принимаем h_ст=( )l=1.6 м

Количество досок  для клееной стойки: n= h_ст/δ _доски=1600/42=39

 δ _доски=4,2 см (СНиП-25-80), b _ст= h_ст/5=160/5=32 см.

р^св_ст=1.6 0.32 2.9 500 1.1=816.64 кг=8.17 кН

    Расчётное давление от стенового ограждения:

                            р^ог_ст=( q^огр_ст) (H _ст+H _оп)∙В=522.01 (2.9+1.8) 6=14.72 кН

q^огр_ст - нагрузка от стенового ограждения

H _оп - высота опорной части ригеля

   Временная нагрузка:

  Снеговая нагрузка на покрытие

                    , где

Р⁰- вес снегового покрова района строительства; Р⁰=S₀=700 Н/м²,

n=1,4 коэффициент перегрузки.

   Ветровая  нагрузка, направлена с активной и  реактивной стороны, складывается из равномерно распределенной нагрузки, приложенной  к стойкам 

( ) и сосредоточенной (сил W, W') в месте примыкания стойки к ригелю.

(активная сторона)

(реактивная  сторона)

Р⁰- скоростной ветровой напор; ,

n=1,2 коэффициент перегрузки.

с, с' - аэродинамический коэффициент; с=0,8 - для активной стороны, с'=0,6 - для реактивной стороны.

W =

W' = .

 

<