Производственное здание из древесины и синтетических материалов Министерство науки и образования Украины Одесская государственная академия строительства и архитектуры Кафедра: Металлических, деревянных и пластмассовых конструкций Курсовой проект на тему: «Производственное здание из древесины и синтетических материалов» Выполнил: студент гр. ПГС-306 Романь А.С. Проверила: Кожокарь О.С. Одесса-2011 1. РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ Для принятого по заданию ригеля рамы необходимо предварительно вычислить длину одного ската верхнего пояса при уклоне кровли 1:4. Модули упругости: фанеры Еф = 9000 МПа; древесины Ед = 10000 МПа. l=30м Расчетная схема трехшарнирной рамы α=arctg1/4=14°02' lck = = 15,46 м Максимальная ширина панели: bmах=1500мм. Требуемое количество панелей: =10,31≈ 11шт; Номинальная ширина панели: где bсm.n. = 120 мм – ширина стеновой панели; Фактическая ширина панели с учетом допуска Δb =10...50 мм: bф = bном – Δb= 1416 –16 =1400 мм=1,4м; Конструирование поперечного сечения панели: Принимаем сжатую фанерную обшивку толщиной δфс = 0,8 cм; Принимаем растянутую фанерную обшивку толщиной δфр = 0,6 cм; Предварительно требуемая высота сечения панели: м; По рекомендованному сортаменту пиломатериалов назначаем продольные ребра сечением 50х2000 мм, после острожки по пластям и кромкам получаем чистые заготовки сечением 46х194 мм. Поперечные ребра принимаем такой же толщины и высотой на один номер сортамента меньше, чем продольные – 50х175мм, после острожки – 46х169 мм; Определяем расстояние между продольными ребрами в свету: Определяем расстояние между поперечными ребрами в свету: Проверяем сжатую обшивку на местный изгиб сосредоточенной силой Р=1,2 кН (вес рабочего с инструментом). Рассматриваем панель как балку шириной 1 м. Момент от действия сосредоточенной силы: кНсм; Момент сопротивления: Напряжение в сжатой обшивке: σ = где тн – коэффициент, учитывающий действие монтажной нагрузки. = 0,65 МПа – расчетное сопротивление фанеры. Сбор нагрузок на панель покрытия: Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м γƒ Расчетная нагрузка, кН/м 1. 3-х слойная рулонная кровля: 0,12· bф = 0,12· 1,4 0,168 1,2 0,2016 2. Фанерные обшивки: (δфc+δфp) ·bф·ρф= (0,008+0,006) ·1.4·7 0,1372 1,1 0,15092 З.Продольные ребра: hp·bр·п·рд = 0,194·0,046·4·5 0,17848 1,1 0,196328 4. Поперечные ребра: 0,03949 1,1 0.04344 5. Утеплитель: 0.14603 1,2 0,175236 6. Прижимные бруски сечением 25x25мм: 0,05·bΦ = 0,05·1,4 0,07 1,1 0,077 7. Пленочная пароизоляция: 0,01·bΦ = 0,01·1,4 0,014 1,1 0,0154 Итого постоянная нагрузка: Временная нагрузка: gн = 0,7232 gр = 0,862 Снеговая для III района S0 = 0.7кН/м2: рn = S0·bф = 0,7·1,4; рн = 0.98 1,3 рр = 1,274 Всего полная нагрузка: qn = 1,703 qр = 2,136 Максимальные изгибающий момент и поперечная сила: Геометрические характеристики сечения панели: Приведенная расчетная ширина сечения панели: bпр = 0.9 · bф = 0,9 · 1. 4= 1.26 м; Приведенная площадь поперечного сечения: Fnp = δфс·bпр+ δфр·bпр +bр·hp·n 573.02см2; Статический момент относительно растянутой кромки сечения: =6164.21 см3; Расстояние от растянутой кромки панели до нейтральной линии: ≈ 10.76 см; ус = hn – yp = 20.8 – 10.76 = 10.04см; Определение момента инерции относительно нейтральной линии сечения: = + 0,8 ∙ + + +4 =30377.37 см4; Приведенные моменты сопротивления: WпрР = см3; Wпрс = см3; Проверяем прочность растянутой обшивки: mф = 0,6 - коэффициент, учитывающий ослабление сечения в стыках об­шивки по длине панели; Проверяем прочность сжатой обшивки: при Определяем статический момент сжатой обшивки относительно центра тяжести сечения: Проверяем скалывающие напряжения по клеевому слою фанеры в преде­лах ширины продольных ребер. Расчет по второй группе предельных состояний. Определяем прогиб плиты в середине пролета: = 1.4 – коэффициент, учитывающий длительность приложения нагрузки; Определяем относительный прогиб: 2. РАСЧЕТ ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ Рассчитаем и запроектируем несущие конструкции рамы из прямолиней­ных элементов. Температурно-влажностные условия эксплуатации Б1, тв=1. Пролет рамы l = 19.5 м, шаг рам В =6 м. Класс надежности здания - III, уn= 0,9. Район строительства — г. Луцк, I район по весу снегового покрова, нормативная снеговая нагрузка S0 = 0,5 кН/м2. Ветровая нагрузка при данной схеме рамы и высоте стойки Η ≤ 3 м не учитывается, так как разгружает раму. Определение геометрических размеров конструкции: Уклон ригеля принимаем 1:4 Поперечное сечение рамы прямоугольное постоянной ширины b и пере­менной высоты h. Высота стойки и ригеля в карнизе: см. Высота поперечного сечения рамы по биссектрисе: где φ = 90°+а, при уклоне 1:4 а = arctan 0,25 = 14°02', φ = 90°+14°02'=104°02'; см; Высота стойки на опоре hcm > 0,4h = 39 см. Высота сечения ригеля в коньке hp > 0,3h = 30см. Ширина сечения принимается: b=200мм Принимаем доски сечением 200х40 мм. После острожки досок по пластям (5-8 мм) и фрезеровки кромок клееного пакета (15-20 мм) получаем сечение чистых досок 180х32 мм. Ригель и стойку компонуем в виде прямоугольных клееных пакетов с по­следующей распиловкой пакета: Схема распиловки пакетов для ригеля и стойки полурамы. lриг= = 6 см; Статический расчет. Расчетная схема 3-х шарнирной рамы из прямолинейных элементов q = g + p Определяем координаты центров характерных сечений, считая центр тя­жести опорного сечения началом координат: Длина полурамы по осевой линии: l0 = l1 + l2; l0 = 263,52+991,55= 1255,07 см; Сбор нагрузок на раму Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м2 γf Расчетная нагрузка, кН/м2 1. Вес конструкции кровли, (см. расчет панели покрытия): – 2. Собственный вес рамы: 1,1 0,253 Итого постоянная нагрузка: – 3. Временная нагрузка: Снеговая для I -го района – S0=0.5 кН/м2 1,4 pp=0,7 Всего полная нагрузка: gH=1.266 – gp=1,567 Определяем расчетные погонные нагрузки на ригель рамы: Постоянная: g = ·В = 0,867·6=5,202 κΗ/м; Временная: р = рр·В = 0,7·6 = 4,2 кН/м·, Полная: q = g + p = 5,202+4,2 = 9,402 кH/м; Опорные реакции: Изгибающие моменты в сечениях: М 1= 0; Нормальные и поперечные усилия: N1 = N2 = va, Проверяем максимальные напряжения в биссектрисном сечении 3: а) для сжатой зоны вдоль оси х под углом к волокнам β1 β1= 90 - = 90° - 52°01' = 37°59' σхс= =0,649 кН/см2 ≤ Rсмβ1 = 0,817 кН/см2 ξ= λ= φ= kЖN = 0,66+0,34β=0,66+0,34·0,335=0,77 – коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения; Расчетное сопротивление древесины смятию под углом β1 к волокнам: б) Для растянутой зоны вдоль оси х под углом к волокнам β1: в) Для сжатой зоны вдоль оси у под углом к волокнам : Проверяем прочность по нормальным напряжениям в сечении 4: Раскрепляем раму в направлении из плоскости стеновыми панелями, плитами покрытия, поперечными (скатными) связями, расположенными по наружному контуру рамы, а также вертикальной связью, установленной в биссектрисном сечении 3. Определяем положение нулевой точки на эпюре изгибающих мо­ментов: На 3-х участках (от опорного узла до биссектрисного сечения, от биссектрисного сечения до нулевой точки на эпюре моментов и от нулевой точки до конькового узла) проверяем устойчивость плоской формы деформирования рамы с учетом переменности сечения: а) на участке от опорного до биссектрисного сечения: – коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения по длине элемента, не закрепленного из плоскости по растянутой от момента кромке. kФ = 1,5 – коэф-т, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке; б) на втором участке от биссектрисного сечения до нулевой точки в) на третьем участке от нулевой точки на эпюре моментов ( ) до конь­кового узла: Максимальное значение изгибающего момента и соответствующей про­дольной силы определяем в сечении, в котором поперечная сила равна нулю. Проверяем клеевые швы на скалывание в опорном сечении: Опорная плита Траверса башмака КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНОГО УЗЛА: Анкерный болт Конструкция опорного узла рамы Проверяем торец стойки на смятие вдоль волокон: Для фундамента принимаем бетон класса В 7,5, Rb = 4,5 Мпа; Базу проектируем из стали марки ВСтЗкп2, сварка осуществляется электродами Э 42. Размеры опорной плиты башмака: Длина плиты lb = hcm + 2·(3...5 см) = 39,8 + 2·3=45,8 см, Округляя до целого числа назначаем длину плиты lb= 46 см; Ширина плиты bb = b + 2·(5...10 см) =18 + 2·6 = 30 см, Определяем фактическое давление на бетон: Толщину траверс tT конструктивно назначаем равной 1 см. Толщину опорной плиты назначаем из усло­вия изгиба её как консоли, защемленной на опоре (участок 1), или как пластинки, опертой по трем сторонам (участок 2). Момент в заделке консольного участка 1: =0,825 кНсм; Момент на участке 2, при отношении сторон >2; Толщина плиты tпл: Принимаем толщину опорной плиты 1 см. Определяем требуемый диаметр анкерных болтов: Требуемая площадь сечения одного болта из условия среза: Принимаем болты диаметром d = 18 мм, А = 2,54 см2; Из условия смятия: - расчетное сопротивление смятию элементов из стали ВСт3кп2 с временным сопротивлением Run = 365 МПа, соединяемых болтами нормальной точности. Принимаем высоту башмака hБ = 20 см; Проверяем кромку стойки на смятие поперек волокон: КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНЬКОВОГО УЗЛА. Q7 Принимаем накладки из брусьев сечением bнхhn = 125Ч200 мм, после острожки 115х190 мм длиной lн ≥ 2,5 hP = 2,5 ·30,9 = 77,25 см, принимаем на­кладку длиной lн = 80 см. Принимаем расстояния между осями болтов е1 = 30 см, е2 = 60 см; диаметр болтов dБ = 20 мм; Взаимное смятие торцов полурам под углом к волокнам Ν7 = НА: Проверяем накладки на изгиб: Определяем несущую способность одного болта: а) из условия смятия крайнего элемента: Ткр = 0,8·а·dБ =0,8·11,5·2 = 18,4 кН; б) из условия смятия среднего элемента: Tcp = 0,8·c·dБ = 0,8·18·2 = 28,8 кН; в) из условия изгиба болта: Ти = 1,8 · dБ2 + 0,02 · а2 = 1,8 · 22 + 0,02 · 11,52 = 9,8 кН; Т min = кН; Определяем усилия в болтах: РАСЧЕТ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ С АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫМИ ОБШИВКАМИ. Таблица сбора нагрузок Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м yf Расчетная нагрузка, кН/м 1. Асбестоцементные плоские листы 0,428 1,1 0,471 2.Продольные ребра: 0,05·0,1·1,0·2·5 0,05 1,1 0,055 3. Поперечные ребра: 0,023 1,1 0,025 4. Утеплитель из минераловатных плит на синтетическом связующем γ = 1,25 кН/м3 толщиной 0,06 м: 0,078 1,2 0,094 5 . Пленочная пароизоляция: 0,012 1,1 0,013 6.Шурупы и шайбы оцинкованные: 0,012 1,1 0,013 Итого постоянная нагрузка: gн = 0,603 - gр = 0,671 Временная нагрузка: Ветровая для III района w0 = 0,38 кН/м2: а) на период эксплуатации: w0·k1 ·c1 ·bn =0,38·0,65·0,8·1,19 б) при монтаже: w0 ·k1 ·(c1 + c2)·bn =0,38·0,65·(0,8 + 0,6)·1,19 qэн = 0,238 qмн = 0,411 1,4 1,4 qэр = 0,329 qмр = 0,576 Расчетное сопротивление древесины сосны II сорта растяжению Rp= 0.7кН/см2 Модуль упругости листового асбестоцемента: Е=1300· = 1300·0,65 =845 кН/см2 . Коэффициент приведения : knp = Ea/Eдр = = 1300/1000=1,3 Расчет асбестоцементных панелей на ветровую нагрузку и собственный вес двух панелей: ; расчетный момент от ветровой нагрузки на период эксплуатации; 2.59кНм; - то же, на период возведения; kw – коэффициент, учитывающий влияние податливости шурупов; 6136,43 см3; – момент сопротивления листов обшивки относительно оси х; Момент инерции поперечного сечения панели относительно оси у: Рассматриваем сечение как цельное коробчатое: Прогиб от ветровой нагрузки: kж – коэффициент жесткости составного сечения на податливых связях; Определяем количество шурупов расставляемых на половине пролета па­нели с каждой стороны при расчете на ветровую нагрузку: Статический момент брутто одного листа обшивки относительно оси у: Расчетная несущая способность одного шурупа: при d = 6 мм T = 180d2 + 2a2= 180·0,62 + 2·12= 66,8 кгс = 0,67кН; при d = 8 мм T = 180d2 + 2a2= 180·0,82 + 2·12= 117,2кгс = 1,172кН; При шурупах d = 6 мм можно расставить 49 шурупов с шагом : ; а при d = 8 мм можно расставить 28 шурупов с шагом: Проверка панели на монтажную нагрузку: qм Q M gм = kn · gр= 3·0,671 = 2,013 кН/см; где kn = 3 – коэффициент перегрузки при транспортировании и монтаже по п. 6.25 СниП 2.03.09 – 85. РАСЧЕТ СТОЙКИ ТОРЦОВОГО ФАХВЕРКА Вычисляем высоту стойки Н1: Расчетная длина стойки: Нр = 2·Н1= 2·4,95 = 9,9м; При допускаемой гибкости [λ] = 120 радиус инерции сечения: Требуемая высота поперечного сечения: При толщине досок 33 мм необходимо 28,7/3,3 = 8,7 досок, принимаем h=9·3,3 = 29,7 см. Предварительно назначаем размеры сечения из досок сечением 125х40 мм, после острожки – 115х33 мм: b х h = 11,5 х 29,7 см. Нагрузки, действующие на стойку: Собственный вес стойки: Gст= 0,115·0,297·4,95·5·1,1 = 0,93кН; Собственный вес асбестоцементных стеновых панелей: по высоте укладываются 4,95 /1,2 ≈ 4шт Постоянная нагрузка от панели: Gст.п. = 0,671·6·4 = 16,1кН; Временная нагрузка – ветровой напор: qва = w0 ·k1 ·c1 ·В0 ·γf = 0,38·0,65·0,8·6·1,4 = 1,66 кН/пм; Вычисляем момент от собственного веса стеновых панелей: Мст= Gст·e =16,1·20,85 = 336 кНсм; Вычисляем момент в заделке стойки от отдельных видов нагрузки: - от ветрового напора - от веса стеновых панелей: Расчетный момент в заделке: Расчетная продольная сила: Гибкость стойки: Проверки выполняются, окончательно принимаем сечение bхh = 11,5х29,7 см. Литература: СНиП ІІ-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. М. Стройиздат. 1982. СНиП 201.07-65 Нагрузки и воздействия. М. ЦИТП Госстроя СССР. 1987 г. Рекомендации по проектированию панельных конструкций с применением древесины и древесных материалов для производственных зданий ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. М. Стройиздат 1982 г. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП ІІ-25-80) ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. М. Стройиздат 1986 г. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и проектирования. Под редакцией В.А. Иванова. К. Вища школа. 1981 г. Проектирование и расчет деревянных конструкций. Справочник под редакцией И.М. Гриня. К. Будівельник. 1988 г. Слицкоухов Ю.В., Гуськов И.М. и др. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования. М. Стройиздат. 1991 г. Клименко В.В. Проектування дерев’яних конструкцій. К. Вища школа. 1998 р.