Курсовое проектирование — важный раздел изучения курса «Конструкции из дерева и пластмасс». Цели курсового проектирования заключается в закреплении теоретических знаний, полученных в процессе изучения дисциплины, развитии навыков расчета и конструирования несущих и ограждающих конструкций из древесины и пластических масс, выработке навыков самостоятельной работы с научно-технической и нормативной литературой.
В процессе выполнения курсового проекта были выбраны наиболее рациональные конструктивные решения проектируемого здания, рассчитаны и сконструированы основные несущие и ограждающие конструкции, узловые соединения, выбраны мероприятия по защите элементов здания от гниения и возгорания. Все принятые конструктивные решения и расчетные алгоритмы соответствуют требованиям действующих нормативных документов.
1. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ЗДАНИЯ
Здание с напольным транспортом, отапливаемое. Класс по степени ответственности II. Район строительства — город Тикси. Снеговая нагрузка по III снеговому географическому району , ветровая нагрузка для VI района , местность типа В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м по [6].
Стеновые панели клеефанерные трёхслойные общей толщиной (с обшивками) . Масса панели 31 кг/м 2 . Нормативная нагрузка от панели 0,304 кН/м2 , расчетная 0,335 кН/м2 .
2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
|
Нагрузка |
кН/м 2 |
Коэффициент надежности по нагрузке |
кН/м 2 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Постоянная: |
||||
|
Кровля из изопласта |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
|
|
Цементнопесчаная стяжка |
0, 54 |
1,3 |
0,70 |
|
|
Жесткие минераловатные плиты |
0,2 |
1,2 |
0,24 |
|
|
Пароизолирующий слой |
0,03 |
1,1 |
0,14 |
|
|
Вес щита |
0,12 |
1,1 |
0,14 |
|
|
Всего: |
0,99 |
— |
1,24 |
|
|
2. Длительная (30%) |
0,23 |
1,4 |
0,32 |
|
|
2. Длительная |
1,22 |
— |
||
Рисунок 1 Схемы снеговых нагрузок
1).
Первая комбинация нагрузок: постоянная и снеговая нагрузка
:
Прогиб щита
- по эстетико-психологическим требованиям.
2).
Вторая комбинация нагрузок: человек с грузом , рассеет только на прочность:
:
Условие прочности выполняется.
ПОДБОР СЕЧЕНИЯ ПРОГОНА ПОД ДОЩАТЫЙ НАСТИЛ
Проектируем неразрезные прогоны по равнопрогибной схеме из спаренных досок на гвоздях. Шаг прогонов , шаг основных несущих конструкций . Для его изготовления применяем доски сосновой породы второго сорта .
Расстояние от оси опоры до места приложения равнодействующей гвоздевого забоя:
Для восприятия изгибающего момента в крайних опорах прибивается третья доска. , РАСЧЕТ ГВОЗДЕВОГО ЗАБОЯ , Количество гвоздей, которые забиваются с одной стороны от шва. , Гвозди
3. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
|
Нагрузка |
кН/м 2 |
Коэффициент надежности по нагрузке |
кН/м 2 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
Постоянная: |
|||||
|
— вес дощатого щита, прогонов вместе с утеплителем и гидроизоляцией |
0,99 |
— |
1,24 |
||
|
— собственный вес арки |
0,14 |
1,1 |
0,15 |
||
|
Всего: |
1,13 |
— |
1,40 |
||
|
(снеговая) |
— Длительная (30%) |
0,75 |
1,4 |
1,1 |
|
|
0,23 |
0,32 |
||||
|
Полная |
— Длительная |
1,36 |
— |
||
Рисунок 2 Расчетная схема загружения арки
РАСЧЕТНЫЕ УСИЛИЯ В АРКЕ. , Рисунок 3 Эпюры расчетных осевых усилий в арке , Рисунок 4 Эпюры расчетных изгибающих моментов в арке , КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ АРКИ , Принимаем сечение из 21 досок толщиной 33 мм (до острожки 40 мм), шириной Высота сечения арки при рекомендуемой высоте , Согласно пункту 3.1 и 3.2 [6] при , Соответственно расчетное сопротивление сжатию и изгибу: , Расчет на прочность производим по формуле (28) [6]. , Гибкость согласно пунктам 4.4 и 6.25 [6] формула(9): , Согласно пункту 6.27 [6] при определении в формулу (30) подставляют сжимающее усилие в ключевом шарнире при 1-ом сочетании нагрузок , Расчетный момент сопротивления , Подставив полученные значения в формулу (28) [6]:
то есть прочность сечения достаточна.
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле 33 [7]:
Принимаем, что прогоны раскрепляют верхнюю кромку арки с шагом 150 мм. Тогда то есть имеет место сплошное раскрепление при положительном моменте сжатой кромки.
1).
Коэффициент по формуле 23 пункт 4.4 [7] с введением в знаменатель согласно пункт 4.25 [8]:
- на рассматриваемом участке эпюра близка прямоугольной (таблица 2, приложение 4 [7]):
Следовательно, устойчивость арки при положительном моменте обеспечена.
2).
При действии отрицательного момента.
Раскрепим нижнюю грань арки в одной промежуточной точке:
Согласно [7] пункт 4.14 к вводят коэффициент при и по таблице 2 приложения 4 [7].
для элементов, имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования.
РАСЧЕТ ЗАТЯЖКИ
Затяжку проектируем из двух уголков на 3-х подвесках. Требуемое сечение определяем из условия растяжения
коэффициент, учитывающий неравномерность натяжения двух уголков;
Принимаем по
Гибкость затяжки между центральной подвеской и опорным узлом
Диаметр подвески принимаем конструктивно Стык затяжки проектируем с помощью вставных коротких уголков того же сечения.
РАСЧЕТ ОПОРНОГО УЗЛА
Конструкция узла приведена на рисунке 5:
Рисунок 5 Опорный узел арки
Высоту опорного швеллера определим из условия смятия древесины арки в месте опирания на арку швеллера. Расчетное усилие
Принимаем Сечение проверим на изгиб:
Сечение швеллера достаточно.
Опорный швеллер и уголки затяжки прикрепляют к стальной фасонке сварным швом Усилие, приходящееся на один уголок затяжки: На обушок каждого уголка приходится усилия
Необходимая длина сварного шва у обушка уголка.
Для присоединения стержней применяется ручная сварка по
1) Коэффициенты и расчетные сопротивления, принимаемые при расчете по металлу шва:
2) При расчете по металлу границы сплавления
Несущая способность сварных швов определяется прочностью металла сварного шва и вычисляется по формуле
Необходимая длина сварного шва по контуру швеллера при :
Проверим напряжение смятия в арке в месте опирания ее на стойку:
- минимальная длина опорной площадки арки.
РАСЧЕТ КОНЬКОВОГО УЗЛА
Конструкция узла приведена на рисунке 6:
Рисунок 6 Коньковый узел арки
Поперечная сила в коньковом шарнире при одностороннем загружении ее треугольной снеговой нагрузкой: Принимаем болты . Определяем несущую способность болта на один шов. При
Расчетное значение несущей способности одного двухсрезного болта
В месте действия силы устанавливаем два болта:
Конструктивно для обжатия накладок в месте Действия силы также ставим два болта.
БОЛТОВОЕ СОЕДИНЕНИЯ АРКИ СО СТОЙКОЙ
Соединение ригеля с колонной осуществляется с помощью болтов. Конструктивно принимаем болты и гнутый лист , рассчитываем на поперечное усилие возникающее от ветровой нагрузки: Расчетное значение несущей способности одного двухсрезного болта Что заведомо больше возникающего усилия.
Расчетная схема рамы приведена на рисунке 7. Определим действующие на колонну расчетные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Подсчет горизонтальных нагрузок дан в таблице 4, 5.
Расчетный пролет . Полная ширина покрытия здания: , где пролет здания в свету; толщина стены; вылет карниза.
Нормативная нагрузка от веса колонны распределенная по высоте:
Расчетная:
Ветровая нагрузка на колонну:
Для здания с размерами в плане :
Ветровой отпор, действующий на арку, не учитываем в запас прочности.
Таблица 6
Подсчет ветровых нагрузок
|
Нагрузка |
Нормативная,кН/м |
Коэффициент надежности по нагрузке, |
Расчетная,кН/м |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Активное ветровое давление на шаг 6 м |
1,752,28 |
1,4 |
2,453,19 |
|
Реактивное ветровое давление на 6 м |
1,101,42 |
1,4 |
1,532,00 |
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В КОЛОННАХ
Поперечную раму однопролетного здания, состоящую из двух колонн, жестко защемленных в фундаментах и шарнирно соединенных с ригелем в виде арки, рассчитывают на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Она является однажды статически неопределимой системой.
Расчет производится на программном комплексе ЛИРА 9.0, разработанном НИИАСС (Киев) 1995-2002 г.
Рисунок 7 Эпюры усилий от постоянной нагрузки в стойках рамы , Рисунок 8 Эпюры усилий от снеговой нагрузки в стойках рамы , Рисунок 9 Эпюры усилий от ветровой нагрузки в стойках рамы , Определение поперечных усилий в колоннах с учетом в необходимых случаях коэффициентов сочетаний:
1. Первое сочетание нагрузок, на уровне верха фундаментов: , Для расчета колонн на прочность и устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения:
2. Второе сочетание нагрузок (при одной временной нагрузке коэффициент не учитывается).
3. Третье сочетание нагрузок (коэффициент не учитывается, так как одна временная нагрузка): , Поперечная сила: , Нормальную силу (продольную силу) определяют при : , РАСЧЕТ КОЛОНН НА ПРОЧНОСТЬ ПО НОРМАЛЬНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ И НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛОСКОЙ ФОРМЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Расчет производится на действие N и M при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле, приведенной в пункте 4.16 [7]:
Расчетная длина (в плоскости рамы):
Площадь сечения колонны: , Момент сопротивления: , Гибкость: , При древесине второго сорта и при принятых размерах сечения по таблице 3 [7]: , С учетом и коэффициентом надежности , получим: , При эпюре моментов треугольного очертания (см. пункт 4.17 [7]) поправочный коэффициент к : , В данном случае эпюра момента близка к треугольной:
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле 33 [7].
Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной наружным стенам) идут в середине и по верху колонн. Тогда
В формуле 33 показатель степени как для элементов, не имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования:
Применительно к эпюре треугольного очертания (таблица 2, приложение 4 [7]): , Следовательно, устойчивость обеспечена. , Расчет устойчивости из плоскости как центрально сжатого стержня
- второе сочетание нагрузок.
Устойчивость обеспечена.
Расчет узла защемления колонны в фундаменте
Сопряжение стойки с фундаментом жесткое. Защемление обеспечивается двумя металлическими пластинами, которые крепятся к стойке посредством наклонно вклеенных стержней, приваренных к пластине.
Для соединения пластин с анкерными болтами, к ним приварены траверсы из профилированной стали. К пяте стойки крепится железобетонный оголовок. Между оголовком и торцом стойки размещается гидроизоляционный выравнивающий слой из клеевой эпоксидной шпатлевки .
Расчет производится на действие N и M при третьем сочетании нагрузок.
Эксцентриситет приложения продольной силы: , Определим высоту сжатой зоны стойки и усилие, приходящееся на пластину, в первом приближении:
где — расстояние от центра тяжести пластины до ближайшей грани стойки.
Требуемое сечение пластины из стали : Принимаем пластину
Для определения высоты сжатой зоны решим кубическое уравнение коэффициенты которого равны: , Действительная корень: , Краевые напряжения смятия в древесине и растяжения в пластине:
Пластину крепим по каждой гране стойки тремя наклонными стержнями из арматуры , вклеенными под углом к продольной оси стойки.
Анкерное усилие действующее на пластину равно: усилие растяжения действующее на один вклеенный стержень
Расчетная несущая способность вклеенного в древесину стержня на выдергивание и продавливание определим по формуле (59) [7]:
- номинальный диаметр вклеиваемого стержня;
- длина заделываемой части стержня, ;
- коэффициент неравномерности распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня;
- скалывание вдоль волокон местное в клеевых соединениях для максимального напряжения.
Вклеенные стержни имеют отгибы для двухсторонней приварки стержней к пластинам. Расстояние между осями вклеенных стержней, работающих на выдергивание при продавливании вдоль волокон, следует принимать не менее , а до наружных граней — не менее .
Соединение на наклонных вклеенных стержнях работает на совместное действие осевой силы с изгибом, рассчитывается по формуле (41) [8]:
Расчетная несущая способность стержня из арматуры при нагружении поперечной силой при сварном соединении вклеенного стержня со пластиной:
Площадь сечения
- расчетная несущая способность одного стержня по условию прочности на растяжение, для .
Проверка прочности анкерной полосы, работающей на растяжение с изгибом:
при стержнях из арматуры класса ;
Площадь сечения полосы с отверстиями для пропуска стержней
Пластический момент сопротивления полосы:
коэффициент учитывающий пластическую стадию работы стальной накладки прямоугольного сечения.
где — растягивающее усилие в стальной накладке, МН;
Прочность обеспечена.
Расчет анкерных болтов и траверс
К пластинам ниже отметки приварены траверсы из профилированной стали для пропуска анкерных болтов. Ось пары анкерных болтов находится на одной линии с осью боковой пластины стойки:
материал болтов — сталь , принимаем болты .
Из плоскости рамы болты размещают на расстоянии , а плечо составляет до грани боковой пластины составляет .
Изгибающий момент и поперечная сила траверсы: , Траверсы изготовляют из листовой стали , геометрические характеристики сечения: , Прочность сечения траверсы достаточна. , Траверсы привариваем к боковой пластине двумя угловыми швами с катетом , длиной . Момент сопротивления швов:
площадь поперечного сечения швов:
нормальные и касательные напряжения в швах:
равнодействующая:
Толщина шайбы анкерного болта, опирающейся на траверсу:
Пролет , ширина . , Изгибающий момент . , Требуемая толщина шайбы , Принимаем шайбу толщиной
4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕРЕВЯННЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
1. Конструкция деревянных щитов разработана для утепленной мягкой кровли из изопласта по ц.п. стяжке
2. Все деревянные элементы кровли изготовить из пиломатериалов хвойных по- род по ГОСТ 8486-86Е с расчетными характеристиками по СНиП II-25-80 таб.3
3. Антисептирование древесины выполнить обработкой защитными материалами:
состав 1-натрий фтористый с расходом 20 г/м2
состав 2-аммоний кремнефтористый с расходом 45 г/м2
состав 3-паста антисептическая с расходом 250 г/м2
4. Огнезащиту деревянных конструкций производить глубокой пропиткой антипиренами либо окраской огнезащитным покрытием ВПД по ГОСТ 25130-82
Качество огнезащитной обработки должно быть таким, чтобы потеря массы огнезащищенной древесины при испытании не превышала 25%
5. При монтаже деревянных конструкций выполнять требования СНиП3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции»
6. Части деревянных конструкций, соприкасающиеся с бетоном и металлом изолировать прокладками из рубероида
7. Гвозди в местах стыковки забивать в шахматном порядке с разных сторон
8. Элементы стыкуют электродуговой сваркой по ГОСТ 5264-80*
9. После сварочных работ металлические элементы окрасить эмалью ПФ-115 (ГОСТ 6465-76*) по грунтовке ГФ-0119 (ГОСТ 23343-78*) за 2 раза.
5. МОНТАЖ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Приемку деревянных конструкций необходимо производить в соответствии с требованиями разд. 1 и 5 [9] При приемке клееных деревянных конструкций следует также учитывать требования ГОСТ 20850-84.
Конструкции следует хранить рассортированными по типам и размерам, уложенными таким образом, чтобы исключить их провисание и остаточные деформации.
При транспортировании и хранении конструкции должны быть защищены от увлажнения, загрязнения и механических повреждений.
Металлические элементы конструкций следует хранить в ящиках или связанными в пачки, их следует укладывать в отдельные устойчивые штабели на прокладки. Соприкосновение металлических элементов конструкций с грунтом недопустимо.
На период хранения и транспортирования резьба, поверхности шарнирных и опорных частей металлических элементов должны быть покрыты защитными смазками.
Конструкции должны отгружаться заказчику с предприятия-изготовителя упакованными. По согласованию с заказчиком допускается поставка неупакованных конструкций, но защищенных влагозащитными составами.
При выполнении работ по складированию, перевозке, хранению и монтажу деревянных конструкций следует учитывать их специфические особенности:
- Необходимо защищать от длительных атмосферных воздействий, в связи с чем при производстве работ следует предусматривать, как правило, монтаж здания по захваткам, включающий последовательное возведение несущих конструкций, ограждающих конструкций и кровли в короткий срок;
- Должно обеспечиваться минимально возможное число операций по кантовке и перекладыванию деревянных конструкций в процессе погрузки, выгрузки и монтажа.
Конструкции в транспортные средства следует укладывать правильными устойчивыми рядами с надежным закреплением, предохраняющим их от смещения и ударов во время перевозки.
Подъем, погрузку и разгрузку конструкций следует производить краном с захватом монтажных петель или с применением специальных захватных устройств и гибких ремней.
Сбрасывание конструкций при погрузке, транспортировании и разгрузке запрещается.
Сборные несущие элементы деревянных конструкций поставляют предприятием-изготовителем на строительную площадку комплектно, вместе с ограждающими конструкциями, кровельными материалами и всеми деталями, необходимыми для выполнения проектных соединений — накладками, крепежными болтами, затяжками, подвесками, стяжными муфтами, элементами связей и т. п., обеспечивающими возможность монтажа объекта захватками с устройством кровли.
Плиты покрытий и стеновые панели поставляются укомплектованными типовыми крепежными элементами, деталями подвесок (для плит подвесного потолка), материалами для заделки стыков.
Конструкции или их элементы, обработанные огнезащитными составами на основе солей, следует хранить в условиях, предотвращающих конструкции от увлажнения и вымывания солей.
Несущие деревянные конструкции зданий надлежит монтировать в виде полностью собранных арок.
Укрупнительную сборку деревянных конструкций с затяжкой необходимо производить только в вертикальном положении.
Установку накладок в коньковом узле арки надлежит производить после достижения плотного примыкания стыкуемых поверхностей по заданной площади.
К монтажу конструкций в сборных элементах следует приступать только после подтяжки всех металлических соединений и устранения дефектов, возникающих при транспортировании и хранении.
При контакте деревянных конструкций с кирпичной кладкой, грунтом, монолитным бетоном и т.п. до начала монтажа необходимо выполнить предусмотренные проектом изоляционные работы.
Монтаж деревянных арок следует производить в соответствии с ППР, разработанным специализированной организацией. Соединение на рабочих болтах или нагелях следует производить с закрепленными опорными узлами.
Монтаж деревянных конструкций пролетом 24 м должен производиться только специализированной монтажной организацией.
При установке деревянных колонн, а также при стыковке их элементов необходимо добиваться плотного примыкания торцов сопрягаемой конструкции. Величина зазора в стыках с одного края не должна превышать 1 мм. Сквозные щели не допускаются.
В деревянных колоннах до начала монтажа следует выносить метки для постановки ригелей, прогонов, распорок, связей, панелей и других конструкций. Установленные колонны раскрепляются расчалками.
Возводимое здание делится на возможно большее число захваток, на которых последовательно устанавливаются колонны, арки и кровля, что предотвращает возможное намокание конструкций.
При монтаже стеновых панелей верхняя панель не должна западать относительно нижней.
На уложенных в покрытие плитах, не имеющих верхней обшивки, запрещается производить общестроительные и специальные работы: оформление примыканий плит к стенам, заделку стыков между плитами, кровельные и мелкие ремонтные работы. Для выполнения этих работ на покрытии, а также для складирования материалов и деталей, установки различных приспособлений и механизмов на определенных участках покрытия, в соответствии с проектом производства работ, необходимо устраивать временный дощатый защитный настил, а также использовать переносным трапы.
После укладки плит покрытия и заделки стыков, по ним сразу следует укладывать кровлю, не допуская увлажнения утеплителя.
Расстановка связей представлена в графической части (лист 1).
ЛИТЕРАТУРА
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/konstruktsii-iz-dereva-i-plastmass/
1. Методические указания “ Конструкции из дерева и пластмасс ” — сост. Х.С. Хунагов, В.П. Починок. Краснодар. 1992 г. 59 с.,
2. “ Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования “ — под редакцией Ю.В. Слицкоухова. М.: Стройиздат 1991 г. 256 с,
3. “ Конструкции из дерева и пластмасс “ — под редакцией Г.Г. Карлсена, Ю.В. Слицкоухова. М.: Стройиздат 1986 г. 543 с,
4. “ Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов “ — под редакцией И.М. Гринь. Киев — Донецк: Вища школа 1979 г. 272 с,
5. “ Конструкции из дерева и пластмасс “ — под редакцией Г.Н. Зубарев. М.: Высшая школа 1990 г. 287 с.
…
