Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Лист |
|
1 |
Содержание:
|
1. |
Введение |
2 |
|
2. |
Исходные данные |
2 |
|
3. |
Геометрический расчет конструктивной схемы каркаса |
3 |
|
4. |
Сбор нагрузок |
4 |
|
5. |
Расчёт клеефанерной плиты |
5 |
|
6. |
Расчет несущей конструкции покрытия |
8 |
|
7. |
Расчет стоек поперечной рамы. |
16 |
|
8. |
Защита деревянных конструкций от загнивания и при транспортировке, складировании, |
|
|
складировании и хранении |
18 |
|
|
9. |
Список использованной литературы |
20 |
|
Лист |
|
2 |
1. Введение.
Целью выполнения данного курсового проекта является закрепление теоретических знаний по расчету и проектированию конструкций из дерева и пластмасс.
В составе данного раздела курсового проекта решаются следующие вопросы:
2. Исходные данные.
Шифр – 096:
Шаг рам в продольном направлении – 4,2 м
Длина пролета – 23 м
Расстояние до низа стропильных конструкций – 9,0 м
Схема основных несущих конструкций здания (см. рис. 1)
Длина здания равна 11*В=46,2м
Рис. 1 Схема основных несущих конструкций здания
|
Лист |
|
3 |
3. Геометрический расчет конструктивной схемы.
Геометрический расчет конструктивной схемы заключается в определении размеров элементов фермы (рис. 2)
Принимаем уклон фермы . Тогда высота фермы в середине пролета составит:
Угол наклона верхнего пояса фермы к горизонтали составит:
, .
Определяем длины элементов фермы:
,
|
Лист |
|
4 |
4. Сбор нагрузок.
Сбор нагрузок на горизонтальной поверхности покрытия:
Сбор нагрузок для расчета клеефанерной плиты
Таблица 1.
|
Вид нагрузки |
Нормативная нагрузка |
Коэффициент надежности по нагрузке |
Расчетная нагрузка |
|
Кровля рубероидная трехслойная |
12,7 |
1,2 |
15,24 |
|
Клеефанерная плита: |
|||
|
- фанера |
10,24 |
1,1 |
11,26 |
|
- каркас из древесины |
5,72 |
1,1 |
6,29 |
|
- Утеплитель – минераловатные плиты |
3,56 |
1,2 |
4,27 |
|
Вес плиты Р |
19,52 |
21,82 |
|
|
21,02 |
23,5 |
||
|
Снеговая нагрузка |
38 |
1,4 |
53,2 |
|
Полная нагрузка |
66,59 |
85,36 |
Сбор нагрузок для расчета фермы
Таблица 2.
|
Вид нагрузки |
Нормативная нагрузка |
Коэффициент надежности по нагрузке |
Расчетная нагрузка |
|
Кровля рубероидная трехслойная |
12,7 |
1,2 |
15,24 |
|
Вес плиты Р |
19,52 |
21,82 |
|
|
21,02 |
23,5 |
||
|
Снеговая нагрузка |
38 |
1,4 |
53,2 |
|
Собственный вес фермы |
9,32 |
1,1 |
10,25 |
|
Полная нагрузка |
81,04 |
102,19 |
|
Лист |
|
5 |
5. Расчет клеефанерной плиты.
Принимаем размеры плиты в плане (см. рис. 3)
Обшивка клеефанерной плиты – водостойкая фанера марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной .
Ребра из сосновых досок второго сорта, клей КБ-3. Так как тепловой режим здания теплый, укладываем утеплитель – минераловатные плиты толщиной с объёмным весом . Пароизоляция из полиэтиленовой плёнки толщиной .
Принимаем каркас плиты из четырех продольных рёбер размерами поперечного сечения принятыми по сортаменту с учетом острожки по периметру :
Ширина панели по верху , по низу
Расчётный пролёт плиты:
Принятая высота панели: , что составляет пролёта.
Рис. 3
Геометрические характеристики сечения
Коэффициент приведения к фанере равен:
Приведенная площадь сечения:
Приведенный момент инерции сечения:
где расстояние от центра тяжести сечения плиты до центра тяжести нижней и верхней фанеры соответсвенно;
площадь сечения нижней фанеры;
площадь сечения верхней фанеры;
Проверка клеефанерной плиты на прочность
Расчетная схема плиты приведена на рисунке 4.
|
Рис. 4 а) Расчетная схема плиты б) Эпюра изгибающих моментов в) Эпюра перерезывающих сил |
Определяем погонную нагрузку на плиту:
Момент в расчетном сечении составит:
Напряжения в растянутой обшивке:
где расчетное сопротивление растяжению фанеры толщиной по табл.10 [1].
Проверяем устойчивость сжатой обшивки в расчётном сечении по формуле 6.4 [3]:
, где , т.к.
.
Тогда , где по табл.10 [1]
Верхнюю обшивку дополнительно проверяем на местный изгиб от сосредоточенной силы как заделанную в местах приклеивания к рёбрам при расчётной ширине, равной 100см. При этом должно выполняться условие:
Условие выполняется, следовательно плита выдержит местную нагрузку .
Проверяем скалывающие напряжения по клеевому шву фанерной обшивки. Поперечная сила равна:
|
Лист |
|
6 |
Приведённый статический момент верхней обшивки относительно нейтральной оси равен:
Расчётная ширина клеевого соединения:
Определяем касательные напряжения:
Расчетное сопротивление фанеры скалыванию определяем по табл.10 [1]
условие выполняется.
Проверка клеефанерной плиты на прочность
Проверяем относительный прогиб панели по формуле 6.8 [3]:
Условие выполняется, следовательно прогиб плиты меньше допустимого.
Вывод:
Запроектированная плита отвечает нормативным требованиям по прочности и пожесткости.
|
Лист |
|
7 |
|
Лист |
|
8 |
6. Расчет несущей конструкции покрытия.
Статический расчёт фермы
Статический расчет фермы заключается в определении усилий в элементах фермы. При статическом расчете используем приёмы строительной механики. Расчётная погонная нагрузка на ферму составит:
Рис. 5 а) расчётная схема фермы, б) приведение расчётной нагрузки к узловой.
Узловая нагрузка:
Определяем опорные реакции:
Определяем усилия в первой панели справа:
Усилия во второй панели:
Усилия в третей панели:
Усилия в четвёртой панели:
Определяем усилия в стойках фермы:
Расчёт элементов фермы
Расчёт верхнего пояса ведем по наибольшему усилию в первой панели . Кроме того в поясе возникает изгибающий момент от вне узлового расположения клеефанерных плит покрытия. Определяем этот момент:
Верхний пояс проектируем из бруса сечением ; , .
Определяем гибкость по формуле 1.6 [4]:
, где расчётная длина изгибаемого стержня верхнего пояса первой панели, ; радиус инерции сечения, для прямоугольного сечения .
Определяем коэффициент по формуле 1.14 [4]:
, где по табл. 3 [1].
Определяем напряжения по формуле 1.13 [4]:
|
Лист |
|
9 |
где по табл. 3 [4].
Прочность верхнего пояса обеспечена.
Сечение нижнего пояса принимаем одинаковым с верхним - ; , . Расчёт ведём по наибольшему растягивающему усилию . Учитываем ослабление пояса двумя нагелями диаметром .
Напряжения растяжения определяем по формуле 1.1 [4]:
, где расчётное сопротивление древесины на растяжение принятое по табл. 3 [1].
Первый раскос сжимается силой и имеет расчётную длину . Задаемся сечением . . Определяем гибкость:
. Согласно приложению 2 [4] .
Проверяем устойчивость по формуле 1.3 [4]:
, где принято по табл. 3 [1].
Аналогично второй и третий раскосы:
, . Задаемся сечением: . . Определяем гибкость:
. Согласно приложению 2 [4] .
.
, . Задаемся сечением: . . Определяем гибкость:
. Согласно приложению 2 [4] .
.
Растягивающие усилия во второй стойке . По приложению 6 [4] принимаем тяж диаметром с несущей способностью по . Шайбы под тяж ставим размером .
Усилия в третей стойке . Принимаем тяж диаметром с несущей способностью по . Шайбы под тяж ставим размером .
Усилия в четвёртой стойке . Принимаем тяж диаметром с несущей способностью по . Шайбы под тяж ставим размером .
|
Лист |
|
10 |
Расчёт узлов и стыков фермы.
Опорный узел решаем на металлических хомутах с тяжами из круглой стали.
Опорная реакция фермы .
Верхний сжатый пояс упирается во вкладыш. Площадь упора . Расчётное сопротивление смятию при направлении усилия под углом к направлению волокон вкладыша (приложение 4 [4], кривая 1) .
Проверяем вкладыш на смятие:
.
Натяжные хомуты опорного узла состоят из четырёх тяжей, стального упора в левой части и двух вертикальных уголков в правой части хомутов (см. рис. 6).
|
Лист |
|
11 |
Рис. 6. Опорный узел на стальных натяжных хомутах.
На стальной упор, состоящий из двух вертикальных уголков и двух приваренных к ним горизонтальных траверс, через вкладыши передается горизонтальная составляющая усилия , равная , а на вертикальные уголки в правой части хомутов через деревянные накладки опорного узла, скреплённые с нижним поясом нагелями, передается от пояса уравновешивающее растягивающее усилие .
Требуемая площадь сечения нетто:
0,85 — коэффициент, учитывающий возможную неравномерность распределения усилия между тяжами.
По приложению 6 [4] принимаем тяж d = 20 мм с . Сечение накладок назначаем . Вкладыш высотой 20 см упирается в вертикальные уголки. Расстояние между осями тяжей в вертикальном направлении .
Изгибающий момент в вертикальном уголке, считая, что давление от вкладыша на уголок будет равномерным,
Принимаем уголки , с , .
Момент сопротивления уголка
Напряжение изгиба в уголке
Вертикальные уголки хомута у торцов накладок принимаем такими же: . Горизонтальные траверсы проектируем из двух сваренных вместе неравнобоких уголков , образующих коробчатое сечение. Для одного уголка
, , .
Момент инерции сечения траверсы:
Момент сопротивления
Расстояние между осями тяжей в плане
.
Длина площади опирания вертикальных уголков на горизонтальную траверсу
Изгибающий момент в траверсе
Напряжение изгиба
Накладки с поясом соединяем нагелями из круглой стали d = 20 мм.
Необходимое число нагелей:
, где 920 – несущая способность нагеля на один срез при толщине накладки .
Ставим 6 нагелей, из которых 4 – болта. Нагели размещаем соблюдая нормы расстановки (см. рис. 6)
Проверяем прочность нижнего пояса:
|
Лист |
|
12 |
|
Лист |
|
13 |
Опорная реакция фермы:
Требуемая ширина опорной подушки из условия смятия древесины поперек волокон:
Принимаем ширину подушки согласно сортаменту.
Промежуточные верхние узлы решаем на лобовых: врубках. Первый раскос примыкает к верхнему поясу под углом . Расчетное сопротивление смятию (приложение 4 [4]) .
Требуемая глубина врубки раскоса в пояс
. Принимаем .
В первом промежуточном узле сечение верхнего пояса ослаблено отверстием диаметром d = 14 мм для тяжа , врубкой снизу и врубкой сверху с целью создания горизонтальной площадки для укладки шайбы под тяж. При ширине шайбы глубина врубки сверху должна быть не менее , принимаем .
Площадь сечения пояса нетто
Напряжение сжатия
Второй раскос упирается в пояс под углом . Расчетное сопротивление смятию (приложение 4 [4]) .
Требуемая глубина врубки
, принимаем .
Глубина врубки сверху для укладки шайбы , принимаем .
Напряжение сжатия верхнего пояса во втором узле
У второго промежуточного узла устраиваем стык брусьев верхнего пояса. Стык выполняем простым лобовым упором и перекрываем парными накладками сечением , скрепленными с поясом болтами диаметром d = 12 мм. С каждой стороны стыка ставим по четыре болта.
Третий раскос упирается в пояс под углом . Расчетное сопротивление смятию (приложение 4 [4]) .
Требуемая глубина врубки
, принимаем .
Глубина врубки сверху для укладки шайбы , принимаем .
Напряжение сжатия верхнего пояса в третьем узле:
|
Лист |
|
14 |
Коньковый узел также решаем лобовым упором с перекрытием стыка парными накладками. С каждой стороны стыка ставим по три болта диаметром d = 12 мм. Смятие брусьев в стыке по вертикальной плоскости не проверяем ввиду очевидного запаса прочности.
Угол примыкания первого подкоса к поясу в нижнем узле ,
Требуемая глубина врубки раскоса в нижний пояс
, принимаем
Проверяем прочность нижнего пояса по сечению в промежуточном узле. Расстояние между ослаблением врубкой и ослаблением отверстием для тяжа равно . Учитываем только ослабление врубкой .
Центр тяжести ослабленного сечения смещен относительно оси пояса на . Вследствие несимметричного ослабления врубкой в расчетном сечении возникает момент:
Момент сопротивления сечения нетто:
Напряжение по формуле (1.12) [4]:
Для изготовления нижнего пояса должны быть отобраны брусья, удовлетворяющие качественным требованиям, предъявляемым к элементам I категории [1].
У второго промежуточного узла в нижнем поясе устраиваем стык брусьев. Стык выполняем простым лобовым упором и перекрываем парными накладками сечением , скрепленными с поясом болтами диаметром d = 12 мм. С каждой стороны стыка ставим по четыре болта.
У третьего нижнего узла в средине панели устраиваем стык брусьев нижнего пояса. Его выполняем раздвинутым с длинными накладками из досок , соединенными с брусьями пояса нагелями диаметром d = 20 мм.
Требуемое число двухсрезных нагелей в стыке
, принимаем .
Здесь 920 — несущая способность нагеля на один срез при толщине накладки (приложение 5 [4]).
Расставляем нагели по два в ряд, соблюдая нормы расстановки: , , .
Для уменьшения дополнительных моментов, возникающих в месте перелома оси нижнего пояса, стыки располагаем как можно ближе к промежуточным узлам. Перелом оси возникает при придании ферме строительного подъема
.
Проверяем принятое сечение накладок стыка на разрыв по ослабленному нагелями сечению:
|
Лист |
|
15 |
В среднем нижнем узле раскосы заходят в просвет между накладками раздвинутого стыка, упираясь один в другой и в шайбу среднего тяжа. Каждый раскос прикреплен к накладкам болтами диаметром d = 20 мм, работающими как двухсрезные нагели.
Болты рассчитываем на разность усилий в смежных панелях нижнего пояса при нагружении фермы односторонней временной нагрузкой по формуле (7.1) [4]:
, где .
Усилие, воспринимаемое болтами, передается под углом к направлению волокон древесины раскосов.
Расчетная несущая способность нагеля на один срез:
, где по табл. 2.2 [4]
Требуемое число нагелей:
Ставим в каждый раскос по два болта для закрепления проектного положения. Раскосы присоединяем к накладкам эксцентрично, так что в центре узла пересекаются не оси раскосов, а их верхние кромки. Тогда расстояние от точки взаимного пересечения осей раскосов до центра узла:
Изгибающий момент, возникающий в накладках вследствие эксцентричного прикрепления раскосов, по формуле (7.3) [4]:
Растягивающее усилие в нижнем поясе при односторонней временной нагрузке по формуле (7.2) [4]:
Момент инерции сечения накладок, ослабленного двумя отверстиями для нагелей:
Момент сопротивления
Напряжение в накладках по формуле (1.12) [4]:
.
|
Лист |
|
16 |
7. Расчет стоек поперечной рамы.
Сбор нагрузки на стойку рамы.
На стойку рамы действуют вертикальные и горизонтальные (ветровые) нагрузки. Вертикальная сжимающая сила равна опорной реакции фермы . Так как высота до низа стропильных конструкций , то ветровую нагрузку считаем равномерно распределенной по всей высоте стойки согласно [2].
Рис. 7 а) сбор нагрузок на поперечную раму; б) расчетная схема стойки.
Статический расчет стойки рамы.
Расчетная схема стойки рамы приведена на рисунке 7. За лишнюю неизвестную принимаем реакцию ригеля – продольное усилие в ригеле на уровне верха стойки, которое определяем по формуле
где ;
При расчете стойки, в виду ее малого веса, нагрузку от собственного веса не учитываем.
Определяем изгибающий момент в основании стойки:
Конструирование и расчет стойки рамы.
Высоту сечения стойки принимаем равной (два бруса по 25см и один – 10см), а ширину – .
Проверяем прочность стержня в плоскости изгиба.
|
Лист |
|
17 |
Площадь сечения , момент сопротивления , радиус инерции относительно оси Х: , расчетная длина стержня .
Определяем гибкость стержня:
.
Определяем коэффициент по формуле 1.14 [4]:
.
Определяем напряжения по формуле 1.13 [4]:
Проверяем устойчивость стержня в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба.
Радиус инерции относительно оси Y: , расчетная длина стержня .
Определяем гибкость стержня:
, следовательно увеличиваем ширину принятого сечения. Определяем требуемую ширину сечения стойки:
, принимаем .
Определяем коэффициент продольного изгиба по приложению 2 [4], принимая .
Напряжения по формуле 1.3 [4]:
Конструирование и расчет закрепления стойки рамы в фундамент.
Прикрепление стоек к фундаменту производится при помощи металлических анкеров (рис. 8). Усилия от анкеров передаются на накладки и связи, соединяющие накладки со стойками. В качестве связей используем нагели.
Расчётное усилие в анкерных болтах определяем при наиневыгоднейшем загружении – при максимальной ветровой нагрузке и минимальной вертикальной нагрузке, которая уменьшает растягивающее усилие в анкерах. Минимальная вертикальная нагрузка возникает при загружении рамы каркаса вертикальной нагрузкой от собственного веса покрытия и несущей конструкции без учета действия снеговой нагрузки:
,
По растягивающему усилию определяем диаметр анкерных болтов и число двухсрезных болтов, прикрепляющих накладки к стенке.
|
Лист |
|
18 |
Рис. 8 Конструкция закрепления стойки в фундамент
По приложению 6 [4] принимаем тяжи d = 12 мм с .
Требуемое число двухсрезных болтов диаметром d = 12 мм:
Конструктивно принимаем 8шт.
Расставляем болты по два в ряд, соблюдая нормы расстановки: , , .
8. Защита деревянных конструкций от загнивания и при транспортировке, складировании и хранении.
Конструктивные меры должны обеспечивать предохранение древесины от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, грунтовыми и талыми водами, промерзания, капиллярного и конденсационного увлажнения.
Деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра и возобновления защитной обработки. Опорные части несущих элементов должны быть не только антисептированы, но и защищены тепло- и водоизоляционными материалами.
В отапливаемых зданиях и сооружениях несущие конструкции (балки, рамы, арки, фермы и др.) следует располагать так, чтобы они целиком находились либо в пределах отапливаемого помещения, либо вне него.
При эксплуатации несущих конструкций в условиях, где возможно выпадение конденсата на металлических поверхностях, следует принимать меры по предохранению древесины от увлажнения в местах контакта с металлом. Для этой цели до постановки металлических деталей на место поверхности, контактирующие с древесиной, рекомендуется промазывать мастикой («Изол», «Вента», «Лило», Гиссар-1 (ТУ 21-27-89-90), тиоколовой и др.) таким образом, чтобы при постановке на место детали плотно прилегали к древесине, а мастика, выдавливаясь, хорошо заполняла зазоры между металлами, древесиной, при постановке крепежных деталей (уголков, болтов, и т.п.) вместо мастик можно использовать прокладки из рулонных гидроизоляционных материалов (изола, стеклорубероида, гидроизола и др.), эластичные прокладки и уплотнительные ленты.
Для защиты несущих и ограждающих конструкций от увлажнения должны применяться лакокрасочные материалы, тиоколовые мастики и составы на основе эпоксидных смол. а) Лакокрасочные материалы
1. Перхлорвиниловые эмали представляют собой растворы перхлорвиниловой смолы в смеси летучих органических растворителей с добавлением других смол, пластификаторов и пигментов.
|
Лист |
|
19 |
Эмали: ХВ-110, ХВ-124, ХВ-1100, ХВ-5159, лак - ХВ-784. Благодаря устойчивости к постоянному воздействию атмосферных факторов покрытия ХВ-110, ХВ-124 и ХВ-1100 рекомендуются для защиты конструкций на открытом воздухе и под навесом.
2. Пентафталевые эмали (ПФ-115, ПВ-133, лак ПФ-170, ПФ-171) могут применяться для защиты деревянных конструкций на открытом воздухе и под навесом, а также в помещении как декоративно-отделочные и влагозащитные.
3. Уретановые и уретаново-алкидные (эмаль УР-49, лак УР-294, эмаль УРФ-1128 уретаново-алкидная) - для защиты конструкций, эксплуатируемых как под навесом, так и на рткрытом воздухе.
4. Масляно-смоляные лаки (ГФ-166, ПФ-283) - для защиты конструкций под навесом и на открытом воздухе.
II Тиоколовые мастики (марок У-30, У032) - рекомендуются для защиты торцов деревянных конструкций.
III. Составы на основе эпоксидных смол применяются для защиты торцов несущих деревянных конструкций (на основе смолы К-153 или 115, на основе шпатлевки ЭН-0010).
Химическая защита древесины необходима в тех случаях, когда её увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно или когда используемая древесина имеет влажность более 20% (но не более 25%).
Химическая защита заключается в пропитке их ядовитыми для грибов веществами - антисептиками. Они разделяются на две группы: водорастворимые (неорганические) и маслянистые (органические).
Водорастворимые: Фтористый натрий, кремнефтористый натрий, а также КФ А, ТФБА, ББ-32, ХМБ-444, МБ-1, ХМ-3324. Маслянистые: каменноугольные, сланцевые масла, древесный деготь и т.д.
При проектировании предпочтительнее выбирать конструкции прямоугольного массивного сечения, поскольку они имеют относительно малую поверхность, смываемую воздухом.
При использовании ферм и арок с металлическими нижними поясами и затяжками рекомендуется устраивать подвесной потолок или экран из несгораемых или трудносгораемых материалов.
Плиты покрытий следует опирать непосредственно на несущие конструкции без использования прогонов. Ограждающие конструкции, особенно плиты покрытий, в пожарном отношении более опасны, чем несущие конструкции, и требуют особого внимания к вопросам защиты от возгорания. Для повышения огнестойкости ограждающих конструкций рекомендуется использовать обшивки и утеплители из несгораемых или трудносгораемых материалов, а сами плита с гладким потолком.
Для защиты конструкций от возгорания рекомендуется применить пропиточные и окрасочные составы.
Для глубокой пропитки древесины рекомендуются водорастворимые огнезащитные составы МС 1:1, МС 3:7, ББ-11, МБ-1. Для поверхностной огнезащитной пропитки рекомендуются составы МС и ПП. Обработанная указанными составами древесина относится к группе трудновоспламеняемых материалов.
В качестве огнезащитных покрытий для защиты древесины от возгорания рекомендуются покрытия на основе перхлорвиниловой эмали ХВ-5169, фосфатное ОФП-9, вспучивающееся ВПД.
При транспортировке конструкций рекомендуется укрывать их водонепроницаемой бумагой или полиэтиленовой пленкой, можно применять и гидроизоляционные материалы (пакеты конструкций). На плиты покрытий под рулонную кровлю рекомендуется прямо на заводе-изготовителе наклеивать первый слой рулонного ковра.
Конструкции, как несущие, так и ограждающие, рекомендуется хранить на базовых складах и закрытых помещениях или под навесом, на перегрузочных и приобъектных складах под навесом или на открытых площадках.
9. Список использованной литературы:
|
Лист |
|
20 |
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED AutoCAD.Drawing.16