Расчет внецентренно-сжатого элемента деревянных конструкций

 

Министерство образования  и науки РФ

ФГОУ ВПО 

Воронежская государственная  лесотехническая академия

 

 

 

 

Кафедра промышленного  транспорта, строительства и геодезии

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа

по дисциплине «строительное  дело и материалы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка группы ЛА2-111-ОБ

Кудрявцева А.С.

 

Проверил: доц. Арзуманов  А.А.

 

 

 

 

 

Воронеж 2013

 

 

Содержание

 

1. Проектное задание

1.1Исходные данные и конструктивная схема……………..стр3-4

     1.2 Теплотехнический расчет………………………………….стр5

     1.3 Расчет состава и площадей бытовых помещений………..стр7

     1.4 Выбор  строительных конструкций……………………..…стр9

     1.5 Светотехнический  расчет…………………………………стр10

     1.6 Расчет ширины подошвы и выбор фундамента………….стр14

     2. Расчетное  задание

     2.1 Расчѐт внецентренно-сжатого элемента деревянных                                                                                 конструкций……………………………………………………….стр18

     2.2 Расчѐт трѐхшарнирной деревянной арки…………….…...стр20

          Список использованных источников……………………..стр23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1.Проектное задание

 

1.1.Исходные данные для проектирования

1. район строительства: Саратов
2. грунт основания: глина
3. коэффициент  пористости: 0,5
4. В, консистенция грунта: 1
5. наиболее холодные пятидневки: -25
6. наиболее холодные сутки: -34
7. нормативная глубина промерзания грунта, см: 142
8. нормативное давление на основание, кг/см: 3
9. тип фундамента: столбчатый
10. стены: пенобетонные
11. пролеты здания: L1: 24 м
12. пролеты здания:L2: 12 м
13. пролеты здания:L3 нет
14. шаг колонн, м:6
15. длина здания, м:48
16. количество работников по сменам мужчин, 1 смена:22
17. количество работников по сменам женщин, 1 смена:20
18. количество работников по сменам мужчин, 2 смена:8
19. количество работников по сменам женщин, 2 смена:4
20. количество работников по сменам мужчин, 3 смена: нет
21. количество работников по сменам женщин, 3 смена:нет
22. узлы: карниз
23. наименование здания: мебельный цех
24. мостовой кран, r: 3
25. расположение бытовых помещений: «Л»
26. высота здания, м:8,4
27. полы: каменные

3

Конструктивная схема

 

 

                                                          1

 

В

 

L₂=1200

 

Б

 

 

 

L₂=2400

 

 

 

 

 

 

 

 

В

                        1    600    2             3            4           5            6           7           8           9

                                                          1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

1.2Теплотехнический расчет

 

Этот расчет сводится к определению толщины стены. Кроме того, производится подбор толщины теплоизоляционного слоя покрытия. Для создания внутри помещения требуемых санитарно-гигиенических условий ограждения должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) Оказывать достаточное  сопротивление охлаждению помещений; 

2) Обеспечивать определенную  температуру внутренней поверхности  стены и других ограждений  во избежание конденсации на  них паров внутреннего воздуха;

3) быть достаточно  сухими.

 

1.Определение требуемого сопротивления стены теплопередачи Ro^тр

 

Ro^тр=n(t_в-t_н)/ Δtⁿ* α_в   ,где

n=1, коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху

tв - расчетная температура внутреннего воздуха, для производственных помещений tв = 17°

tн - расчетная зимняя температура наружного воздуха с учетом следующих указаний= -34°

Δt^n- нормируемый температурный перепад, Δtⁿ=8°

     α_в- коэффициент теплопередачи внутренней поверхности стены, α_в=7,5*1,163 Вт/м²

 

Значит, Ro^тр=1(17-(-34))/8*7,5*1,163=0,95

 

 

 

5

1. Определение толщины стены δ

 

δ =[ Ro^тр-(1/ α_в+1/α_n)]* λ ,где

 

α_n- коэффициент теплопередачи наружной поверхности стены, α_n= 20*1,163 Вт/м²

 

δ=[0,95-(1/8,7225+1/23,26)]*0,22=0,174 м

 принимаем стандартную  толщину стены , равную 200 мм, или  0,2 м

 

2. Определение термического сопротивления стены

R= δ/ λ= 200/0,22=0,9

 

3. Определение тепловой инерции
4. Д=R*S, где

S- коэффициент теплоусвоения материала, S=3,35

Д=0,9*3,35=3,045

 

Ограждающие конструкции следует считать легкими при Д ≤ 4, средней массивности- при 4 < Д ≤ 7, массивными – при Д > 7.

 В данном случае  Д меньше 4, значит стена легкая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

1.3Расчет состава и площадей бытовых помещений

 

Группа производственного процесса 1б

Общее число работающих на предприятии:

мужчин  30

женщин  24

Количество работающих в наибольшей смене:

Мужчин  22

Женщин 20

 

№п/п	Наименование помещения	Расчет количества работающих, чел.	Расчет количества человек  на единицу оборудова-ния	требуется
				Оборудова-ние	Площадь м2
Мужские бытовые помещения
1	гардеробная	30	1	30	36
2	душевые	22	15	2	12
3	Ножные ванны	22	40	1	5,5
4	умывальная	22	10	3	4,5
5	уборная	22	15	2	11
6	курительная	22	-	-	9
7	Для сушки  и обеспылеванияодежды	30	-	-	12
итого					90
Женские бытовые помещения
1	гардеробная	24	1	24	28,8
2	Душевые	20	12	2	12
3	Ножные ванны	20	30	1	5,5
4	умывальная	20	10	2	3
5	уборная	20	15	2	11
6	курительная	20	-	-	9
7	Для сушки и обеспыливания  одежды	24	-	-	12
8	Для личной гигиены	20	100	1	6
итого					87,3
всего					177,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

1.4Выбор строительных конструкций

 

 

Наим. конструкций

марка	масса	примечание
Фундаментная балка	ФБ6	1,1 т	Тип сечения 1
Колонны: Крайняя средняя	КГП-1 КГП-3	5,3 т 7 т
Железобетонная балка 12 м	1БДР12-1	4,7 т	hk=1390 мм
Стропильная ферма 24 м	ФС24-2,30	2,2 т	3150+180 мм
Плита покрытия	П/3*6 -1	2,6 т	hпл=300 мм
Стеновая панель: 1500*6 1200*6	СП-1500 СП-1200	0,5 т 0,5 т

 

 

 

                                                                                                     

 

 

                                                                                                                      

 

 

 

                                                       

 

 

 

А                             2400                 Б          1200        В

 

 

 

 

1.-металлическая стропильная  ферма

                                2.-железобетонная балка

                                3.-железобетонная колонна

                                4.-плита покрытия

1.5Светотехнический расчет

 

В данном задании будет ленточное остекление.

 

1. определение площади остекления

S₀/S_n*100%= l_n*n*k/τ₀*r

Где S₀ и S_n - площади окон и пола помещения, для которого рассчитывается освещение.

 

S_n=(L₁+L₂)*(D-6)=1512 м²

 

l_n- нормируемое значение коэффициента естественной освещенности

n- световая характеристика окна, она равна 10

k-коэффициент, учитывающий затемнение, создаваемое противо- стоящими зданиями (для отдельно стоящего здания к- 1)

τ₀- общий коэффициент светопропускания окна (при двойных переплетах =0,35)

r- коэффициент, учитывающий отраженный свет от внутренних поверхностей помещения (при двустороннем освещении r = 1)

 

S₀=1512*1*10*1/0,35*100=432 м²

 

2. определение площади  одной ленты

 

S_л= S₀/2=432/2=216 м²

 

3. определение максимальных  размеров лентоостекления

 l_ok^max=D-6=42 м

 

10

h_ok^max= H_зд-1,2=7,2 м

 

Принимаем длину окна максимальной, равной 42м

 

h^,_ok=S_л/l_ok=216/42=5/1 v

 

     

Принимаем стандартную  высоту 5400мм или 5,4м                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            1

                                                            

 

                                                       

                                                                                                а=5700

                                                          h_ок⁼5400

 

                                                                                                

                                                                                                  1,2

 

 

 

                                                          4200

 

       1

 

 

 

Схема ленточного остекления.

h_ок – высота остекления; а – высота участка стены над лентой остекления

 

 

11

 

4. определение высоты  участка стены «а»

Исходим из того, что h_ст>=h_k, тогда

h_k=H_зд+ h_k+ h_пл=8,4+3,33+0,3=12,03 м

     H_ЗД – высота здания по заданию;

     h_K – высота фермы или балки в коньке;

h_ПЛ – высота плиты покрытия

а^,= H_к-1,2-h_ok=12,03-1.2-5,4=5,43 м

Так как стены панельные (пенобетон, газобетон, керамзитобетон), то на вы- соту стены ― «a»  подбирают  высоту стеновых панелей так, чтобы  их суммарная высота была не меньше чем ― «a’».

Стандартная высота стеновой панели:

900; 1200; 1500; 1800мм.

а=1500+1500+1500+1200=5700 мм или 5.7 м

H_ст=1200+5400+5700=12300 мм или 12.3 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

H_ст=12300                                                                                         H_к=3300

                                         5

 

 

а=5700

                                                                                                                   h_пл=300

      3 

                                                                                                                  h_к=1203

                              H_зд=8400

                                                                                     2

 

 

 

 

 

h_ок=5400

 

 

           4

 

 

 

1200                   1

 

 

 

Разрез 1-1  по фасадной стене

1. Опора покрытия (колонна или пилястра);
2. Стропильная металлическая ферма или ж/б балка;
3. Стена;
4. Лента остекления;
5. Плита покрытия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

1.6 Расчет ширины подошвы и выбор фундамента

1.Сбор нагрузок

P=qF+G/2+Q_ст+Q_оп+Q_фб+P_сн+P_кр    ,где

где q - вес 1 м покрытия

F - расчетная грузовая площадь

G - вес несущей конструкции покрытия

Q _ст вес стены, приходящейся на расчетный фундамент

Q _оп  - вес опоры покрытая

Q_фб- вес фундаментной балки

P _сн - нормативная нагрузка от снега

P _кр  - нормативная нагрузка от крана

   Расчет фундамента необходимо производить после теплотехнического расчета стены, выбора несущих ж/б конструкций (балки, фермы, колонны), состава кровли, светотехнического расчета.

  Вес 1 м ²  покрытия следует определять по конструктивным элементам покрытия: ж/б плита, пароизоляция, утеплитель, стяжка и гидроизоляционный ковер. Вес каждого слоя покрытия на одном квадратном метре определяется по формуле. В 1м² пергамина = 0,5кг; рубероида = 1кг; битумной мастики = 3кг. Определяем вес 1м материала послойно, а затем значения складываем и получаем «q» - вес 1м покрытия:

 

    ^{q=q_плиты+q_{пароизол.}+q_{утеплл.}+q_{гидроиз.}+q_стяжки}

 

    q_плиты- вес 1 м² ж/б плиты = 144,4 кг

    q_{пароизол.}= 3,5кг

    ^{q_{утеплл=}50 кг}

    ^{q_{гидроиз}=2 слоя рубероида+ 1 слой пергамина= 11,5 кг}

    ^{q_стяжки= 100кг}

¹⁴

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Гидроизоляционный ковер

                     Выравнивающие стяжки

                      Утеплитель

                      Пароизоляция

  

                     ж/б плита (6*3)

Принципиальная схема кровли.

 

 

 

 

          а=5,7                                                                                                       δ=0,2

 

 

                 1,2

 

                                              Ш=6

                                        Фасадная стена

 

 

15

 

F=b*L/2=6*24/2=72

gF=72*309?4=22276,8 кг=22,4 т

G=4,7 т

Q_ст= F _ст ∙ δ ∙ V _{0=3,5 т}

_{Qоп=вес тяжелой колонны=7т}

_{Qфб=1,1 т}

_{Pсн=p*F=70*72=5040кг=5т}

P_кр=3т

 

Зная все необходимые  данные, можно рассчитать нагрузку Р

Р=22,3+2,35+3,5+7+1,1+5+3=44,25т

 

2.Определение  глубины  заложения фундамента

H_ф=H^H*m_t=99,4 см=0,994м

где Н_Ф - нормативная глубина промерзания фунта

m _t - коэффициент влияния теплового режима на промерзание грунта у на- ружных стен

Заложение столбчатого сборного фундамента не мо- жет быть менее 1,3 м.

Принимаем глубину заложения 1,3 м.

 

3. Определение размеров  фундамента

Расчет столбчатого фундамента, имеющего подошву в виде квадрата, производят по формуле:

a= √P/(R^H-H_ф*m*V_o^ф),  где

а-размер стороны квадрата подошвы фундамента;

        R ^н  - нормативное давление на основание;

 

16

т - коэффициент формы фундамента (столбчатый - 0,85)

V_o^ф- объемный вес материала фундамента - 2,5 т/м³

а=√44,25/(30-1,3*0,85*2,5)=1,27 м

 Принимаем  стандартный фундамент квадратной  формы со стороной 1500мм=1,5м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

2.Расчетное задание

2.1 Задача  №1: Расчет внецентренно-сжатого элемента деревянных конструкций

 

Исходные данные

1. в,мм:165
2. h,мм: 240
3. l, м: 4,5
4. Р^,, кН/м: 1,6
5. R_с, мПа: 15
6. схема закрепления элемента: шарнирно-опорный элемент с ассиметричной опорой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема закрепления элемента

Расчет

1. Проверка прочности стержня в плоскости изгиба

          1.1 Определение максимального изгибающего момента от поперечной нагрузки:

M=P^,*l²/8=1,6*225/8=4,05 кН м

18

2. Определение момента сопротивления сечения

W_x=b*h²/6=16,5*2,4²/6=1564 см³

3. Определение гибкости стержня, где r_x=0,29*h

      

             λ _x=l₀/r_x=3,6/0,0696=51,72

    

     1.4 Определение коэффициента продольного сгиба

φ =3000/ λ²=3000/51,72²=1,12

     1.5Определение изгибающего момента от продольных и поперечных сил

     

             S=1-(N/ φ*R_c*F_бр)=0,85

             М_д=М/S=4,05/0,85=476 кН см

 

     1.6 Проверка прочности элемента

 

          N/F_нт+М_д/W_x=80/396+476/1584=5 МПа, что меньше R_c

 

 

    2 Проверка устойчивости в плоскости, перпендикулярной изгибу

   2.1 Радиус инерции сечения относительно оси «У»

 

         r_y=0,29b=4,79 см

 

  2.2 Гибкость стержня относительно оси «У»

 

         λ_у=l₀/r_y=360/4,78=75,31

 

   2.3 Коэффициент  продольного изгиба

 

        φ=3000/ λ_у²=0,53

 

   2.4 Проверка устойчивости

 

       N/ φ*F=80/0,53*396=0,38 кН/см²=3,8 МПа <R_c

 

Вывод: прочность и устойчивость элемента обеспечена

 

 

19

2.2 Задача №2. Расчѐт трѐхшарнирной деревянной арки

 

Арки применяют в качестве несущих конструкций покрытий промышленных зданий, складов и павильонов при пролетах от 15 до 80м. Арочные конструкции выполняют обычно криволинейного очертания (кругового и стрельчатого) они состоят из склеенного многослойного пакета гнутых плашмя досок.

 

 

Исходные данные

 

1. Пролет l, м:32
2. Нагрузка q^,, кН/м: 18,5
3. γ_п: 0,95
4. Диаметр затяжки, мм: 40
5. R_c, мПа: 16,5
6. n, количество досок, шт: 22
7. b, мм: 200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трехшарнирная деревянная арка

 

 

Расчет

 

1.Базовые вычисления

1.1Расчетная нагрузка с учетом коэффициента надежности по назначе-

нию γ_п=0,95

20

q=q^,* γп=18,5*0,95=17,6 кН

 

_{1.2 Длина дуги арки}

_S=√l²+16/3*f²=36,95 м

 

1.3Опорные реакции

 

А=В=q*l/2=281,2 кН

 

1.4Усилие в  затяжке

 

     Н=ql²/8f= 281,2 кН

 

1.5 Максимальный  изгибающий момент

 

     М=0,0061*q*l²=75,5 кН м

 

1.6 Продольная  сила

 

     N=0,572ql=322,15 кН

 

1.7 Радиус  кривизны

 

     R_k=(l²+4*f²)/8*f= 20 м

 

Так как r_k = 20м, то криволинейные блоки полуарок склеиваются из досок

толщиной 4,5 см.

 

Заданное сечение верхнего пояса имеет высоту h=n*t=99

 

2. Проверка  прочности верхнего пояса арки

2.1 Геометрические  характеристики сечения

 

    F_бр=F_нт=F=h*b=99*20=1980 см²

 

      W_расч=b*h²/6=32670 см³

 

2.2 Радиус  инерции

 

     r=0,29*h=28,71 см

 

 

21

2.3 Расчетная  длина пояса

 

l₀=0,58*S=21,4 м

 

2.4 Гибкость 

 

λ=l₀/r=74,5 >70, значит

 

  φ= 3000/ λ²=0,54

 

2.5 Проверяем прочность принятого сечения арки на внецентренное сжатие от совместного действия максимального изгибающего момента и продольной силы

       

   S=1-(N/ φ*R_c*F_бр)=0,81

 

М_д=M/S=93,2 кН м=9320 кН см

 

N/F_расч+М_д/W_расч=0,45 кН/см²=4,5 мПа <R_c=16,5

 

3. Проверка прочности затяжки

 

Расчетное сопротивление стали затяжки арки (сталь - марки ВСтсп 5)

R_у=235 МПа=23,5 кН/см²

 

3.1 Площадь сечения затяжки диаметром 40 мм

 

    А_з= π*d²/4=12,56 см²

 

3.2 Проверим прочность затяжки на действующее в ней усилие

N=Н=281,2 кН,

 

N/А_з=22,3 кН/см² >=22,3 кН/см²

 

Вывод: Прочность  всей арки обеспечена

22

 

Список использованных источников

 

1. Тексты лекций, Арзуманов А.А., ВГЛТА, 2013

 

2. Методические указания по практическим занятиям, дисциплины «Строительное дело и материалы» по направлению подготовки бакалавра «Ландшафтная архитектура»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23