Проектирование однопролетного здания

Курсовая работа
Содержание скрыть

Нормативная снеговая нагрузка

S0=180 кг/м2

Нормативная ветровая нагрузка

W0=30 кг/м2

Назначение здания

Инструментальный цех

Покрытие

Дощатое по прогонам

Стропильные конструкции

Фермы

Пролет

lф=16 м

Шаг колонн

b=4.5 м

Длина здания

L=32 м

2.1 Сбор нагрузок

Нагрузку на настил собираем в табличной форме (см. табл. 2).

, Таблица 2 — сбор нагрузок

№ п/п

Вид нагрузки

Толщина элемента, мм

Нормативная нагрузка, кгс/м2

Коэффициент надежности по нагрузке, ?t

Расчетная нагрузка, кгс/м2

Постоянная нагрузка

1

Покрытие 3 слоя рубероида

9

1.3

11.7

2

Доски защитного настила (?=500 кгс/м3)

19

9.5

1.1

10.45

3

Утеплитель (минвата) (?=60 кгс/м3)

100

6

1.1

6.6

4

Пароизоляция

1.2

1.1

1.32

5

Доски рабочего настила(?=500 кгс/м3)

25

12.5

1.1

13.75

Итого

38.2

43.82

Временная нагрузка

6

Снеговая

126

1.4

180

Итого

164.2

223.82

7

Вес человека

100

1.2

120

Рисунок 2

Нагрузка на 1 п.м. условной полосы:

  • Нормативная qn=(Gн+Sн)•1=164.2 кгс/м
  • Расчетная q=(G+S)•1=223.82 кгс/м

Определяем изгибающий момент М и толщину досок рабочего настила ?.

  • Для первого случая загружения (расчетная нагрузка + снеговая нагрузка):

Рисунок 3

Где l=1.405/sin50°=1.834 м.

Где Rи — расчетное сопротивление изгибу; b- условная ширина настила.

  • Для второго случая загружения (расчетная нагрузка + человек):

Рисунок 4

Принимаем максимальное значение ?=1.94 см. Принимаем доски рабочего настила толщиной 25 мм. Их толщина после острожки составит 22 мм.

2.2 Проверка рабочего настила по прогибу

Прогиб настила берем для первого сочетания нормативных нагрузок:

Где f — прогиб настила;

  • E=109 кгс/м2 — модуль упругости дерева;

I — момент инерции условной полосы настила шириной b=100 см, определяемый по формуле:

3.1 Сбор нагрузок

Таблица 3 — сбор нагрузок

№ п/п

Вид нагрузки

Толщина элемента, мм

Нормативная нагрузка, кгс/м2

Коэффициент надежности по нагрузке, ?t

Расчетная нагрузка, кгс/м2

Постоянная нагрузка

1

Покрытие 3 слоя рубероида

9

1.3

11.7

2

Доски защитного настила (?=500 кгс/м3)

19

9.5

1.1

10.45

3

Утеплитель (минвата) (?=60 кгс/м3)

100

6

1.1

6.6

4

Пароизоляция

1.2

1.1

1.32

5

Доски рабочего настила(?=500 кгс/м3)

22

11

1.1

12.1

6

Прогон

10

1.1

11

Итого

46.7

53.17

Временная нагрузка

6

Снеговая

126

1.4

180

Нагрузка на 1 п.м. прогона:

  • Нормативная qn=(Gн+Sн)•1.405=242.6 кгс/м
  • Расчетная q=(G+S)•1=327.6 кгс/м

3.2 Подбор поперечного сечения прогона

Прогон кровли принимаем спаренный со стыками, расположенными по длине вразбежку на расстоянии 0.213•l=0.96 м от опоры. Чтобы не увеличивались напряжения в первом и последнем пролете уменьшаем их на 20% (0.8•4.5=3.6 м).

Рисунок 5 — расчетная схема прогона

Изгибающий момент на третьей опоре: , Требуемую высоту прогона определяем по формуле:

где b=10 см — ширина прогона (2 доски по 5 см).

Принимаем прогон из двух досок 175*50 мм. После острожки прогона с трех сторон по 2 мм размеры сечения составят 173*96 мм.

Площадь сечения F=b•h=9.6•17.3=166.1 см2. , Момент инерции сечения: , Момент сопротивления сечения: , Проверяем сечение прогона по прочности: , Недонапряжение составит: , Что является допустимым.

3.3 Проверка прогона по прогибу , Прогиб прогона определяем по формуле:

Где f — прогиб прогона;

  • E=109 кгс/м2 — модуль упругости дерева;
  • I — момент инерции сечения;
  • b — пролет прогона.

Элементы прогонов в местах стыка соединяют гвоздями диаметром d=4 мм и l=100 мм. Расчетную несущую способность одного среза гвоздя определяем по наименьшему значению.

По смятию средней доски:

Тс=35•с•d=35•4.8•0.4=67.2 кгс

Где с=4.8 см — толщина элемента.

По смятию крайней доски:

Тс=35•а•d=35•4.2•0.4=58.8 кгс

а=с-1.5d=4.8-1.5•0.4=4.2

По изгибу гвоздя:

Тс=400•d2=400•0.42=64 кгс

Требуемое количество гвоздей, скрепляющих доски прогона с каждой стороны стыка, определяем по формуле:

Где Хгв=0.2•b-1.5•d=0.2•450-1.5•0.4=89.4 см

Принимаем 6 гвоздей в одном вертикальном ряду.

Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины: , Расстояние от оси гвоздя до торца элемента: , Кроме расчетных гвоздей по длине прогона конструктивно ставим гвозди через 0.5 м.

Элементы фермы

Усилия от единичной нагрузки

Усилия от постоянной нагрузки Q=1114 кгс

Усилия от снега G=3240 кгс

Расчетное усилие, кгс

Слева

Справа

На всей

Слева

Справа

На всей

Верхний пояс

б-1

-3.1

-1.55

-4.65

-5180.1

-10044

-5022

-15066

-20246.1

в-2

-2.8

-1.55

-4.35

-4845.9

-9072

-5022

-14094

-18939.9

д-4

-1.55

-2.8

-4.35

-4845.9

-5022

-9072

-14094

-18939.9

д-5

-1.55

-3.1

-4.65

-5180.1

-5022

-10044

-15066

-20246.1

Нижний пояс

1-к

+2.95

+1.45

+4.4

+4901.6

+9558

+4698

+14256

+19157.6

3-к

+1.45

+1.45

+2.9

+3230.6

+4698

+4698

+9396

+12626.6

5-к

+1.45

+2.95

+4.4

+4901.6

+4698

+9558

+14256

+19157.6

Раскосы

1-2

-0.95

0

-0.95

-1058.3

-3078

0

-3078

-4136.3

2-3

+1.5

0

+1.5

+1671.0

+4860

0

+4860

+6531.0

3-4

0

+1.5

+1.5

+1671.0

0

+4860

+4860

+6531.0

4-5

0

-0.95

-0.95

-1058.3

0

-3078

-3078

-4136.3

  • Для сжатых стержней верхнего пояса 120;
  • Для сжатых стержней решетки 150;
  • Для растянутых стержней решетки 200.

Верхний пояс.

Верхний пояс по длине одного ската проектируем разрезным.

Рисунок 7 — расчетная схема

Определяем расчетную нагрузку от покрытия на верхний пояс фермы:

Назначаем сечение бруса b*h=140*21.5 мм после острожки.

Рисунок 8 — сечение верхнего пояса

Находим изгибающий момент по формуле:

Где е — эксцентриситет опирания концов бруса в узлах, принимаемый равным 4 см.

Гибкость равна:

Момент сопротивления сечения:

Проверяем сечение пояса по прочности:

Недонапряжение составит:

Нижний пояс.

Стержень N1-к, 5-к.

Принимаем металлическим из двух равнополочных уголков. Максимальное усилие в стержне нижнего пояса N1-к, 5-к=19157.6 кгс. Требуемая площадь сечения для растянутого пояса:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 56*5 ГОСТ8509-72 с общей площадью А=10.82 см2.

Масса одного погонного метра уголка Р=4.25 кг, радиус инерции ix=1.72 см. I=2•16=32 см4, z0=1.57 см.

Гибкость пояса в вертикальной плоскости:

Минимальный момент сопротивления сечения:

Собственный вес пояса qп?8.6 кгс/м

Изгибающий момент от собственного веса пояса:

Напряжение в поясе:

Не превышает допустимую для растянутых элементов величину.

Стержень N 3-к.

Принимаем металлическим из двух равнополочных уголков. Максимальное усилие в стержне нижнего пояса N3-к=12626.6кгс. Требуемая площадь сечения для растянутого пояса:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 40*5 ГОСТ8509-72 с общей площадью А=7.58 см2.

Масса одного погонного метра уголка Р=2.98 кг, радиус инерции ix=1.21 см. I=2•5.53=11.06 см4, z0=1.17 см.

Гибкость пояса в вертикальной плоскости:

Минимальный момент сопротивления сечения:

Собственный вес пояса qп?6 кгс/м

Изгибающий момент от собственного веса пояса:

Напряжение в поясе:

Не превышает допустимую для растянутых элементов величину.

Раскосы.

Принимаем сечение раскоса 95*70 мм после острожки. Площадь сечения А=9.5•7=66.5 см2.

Рисунок 9 — сечение раскоса

  • Сжатый раскос.

Расчет на прочность:

Расчет на устойчивость.

Расчетная гибкость находится по формуле:

При данной гибкости коэффициент продольного изгиба находим по формуле:

Где а=0.8 для древесины.

  • Растянутый раскос.

Принимаем металлическим из двух равнополочных уголков. Максимальное усилие в стержне растянутого раскоса N2-3,3-4 =6531 кгс. Требуемая площадь сечения для растянутого пояса:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 40*4 ГОСТ8509-72 с общей площадью А=6.16 см2.

Масса одного погонного метра уголка м=2.42 кг. Радиус инерции ix=1.22 см.

Гибкость раскоса в вертикальной плоскости:

Не превышает допустимую для растянутых элементов величину.

6.1 Опорный узел

Узел проектируем сварным из стальных листов башмака. Верхний пояс упирается в ребристую плиту, приваренную к щекам башмака. Высоту сечения щеки башмака принимаем конструктивно ?=15 мм. Нижний пояс крепится к щекам башмака сварными швами. Для выполнения сварных швов используем электрод Э-42.

Примыкание верхнего пояса к башмаку.

Определяем площадь опирания торца верхнего пояса на плиту башмака из условия смятия: , Ширину плиты принимаем равной ширине верхнего пояса b=140 мм. Длина плиты: , Принимаем l=15 см. , Опорную плиту рассчитываем как контурную, опирающуюся на четыре стороны. Нагрузка на плиту: , Максимальный изгибающий момент: , Где ?=0.055 — коэффициент при l/b=15/14=1.1 [2]. , Требуемый момент сопротивления сечения плиты: , Толщина плиты: , Принимаем ?=18 мм. , Определяем длину швов, крепящих плиту к щекам башмака. Задаемся четырьмя швами с катетом шва кf=6 мм. Длина швов:

Где Rwf — расчетное сопротивление срезу металла шва;

  • ?f — коэффициент глубины проплавления шва.

Примыкание нижнего пояса.

Определяем длину швов, крепящих уголки нижнего пояса к стальной пластине и пластину к щекам башмака при количестве швов равном 4 по формуле:

Принимаем длину одного шва равной 8 см.

Сечение пластины: , Принимаем 2 пластины с площадью поперечного сечения А=0.6•8=4.8 см2 каждая. , Опорная плита башмака.

Опорная плита крепится к обвязочному брусу двумя болтами d=18 мм. Определяем площадь поперечного сечения плиты из условия смятия обвязочного бруса поперек волокон:

Где R=(241.88•4.5•16)/2=8708 кгс — опорная реакция.

Принимаем плиту конструктивно 220*180 мм. , Напряжение под плитой: , Толщину плиты определяем из условия изгиба:

  • Консольный участок плиты

Где с=2.5 см — вылет консоли

  • Средний участок плиты

Момент сопротивления определяем для изгибающего момента среднего участка плиты:

Толщина плиты:

Принимаем ?=16 мм.

6.2 Коньковый узел

Для передачи усилий поясов и раскосов в коньковом узле устанавливаются сварные стальные башмаки. Размеры определяются из условия смятия верхнего пояса.

Определяем площадь опирания торца верхнего пояса на плиту башмака из условия смятия:

Ширину плиты принимаем равной ширине верхнего пояса b=140 мм. Длина плиты: , Принимаем l=12 см. , Опорную плиту рассчитываем как однопролетную балочную плиту. Нагрузка на плиту: , Максимальный изгибающий момент: , Требуемый момент сопротивления сечения плиты: , Толщина плиты: , Принимаем ?=8 мм.

Узловой болт, к которому крепятся раскосы рассчитываем на срез и на смятие соединяемых элементов от равнодействующей усилий в раскосах, равной:

Принимаем болты диаметром d=2 см, площадью поперечного сечения Аb=3.14 см2 из стали класса прочности 4.6.

Расчетное усилие по срезу, воспринимаемое одним болтом: , Расчетное усилие по смятию, воспринимаемое одним болтом:

Где Rbs и Rbp — расчетные сопротивления болтового соединения срезу и смятию соответственно;

  • Аb — площадь сечения болта;
  • ?b — коэффициент условий работы болтового соединения;
  • ns — число расчетных срезов одного болта;
  • d — диаметр болта;

— наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.

Для соединения растянутого раскоса и башмака используются стальные пластины. Площадь поперечного сечения:

Принимаем 2 пластины с площадью поперечного сечения А=0.6•6=3.6 см2 каждая. , Длина швов, соединяющих уголки раскосов и стальные пластины, равна: , Принимаем lw=4 см.

7.1 Усилия в стойках рамы

Рама является один раз статически неопределимой системой. За лишнее неизвестное принимаем продольное усилие Х в ригеле, которое определяем для каждого типа загружения отдельно:

  • От ветровой нагрузки на стены

Где Н=6.5-0.6=5.9 м.

  • От стенового ограждения при расстоянии между серединой стенового ограждения и стойкой е=0.4 м:

Изгибающие моменты в заделке:

Поперечные силы в заделке стоек:

  • Мрасч=1227.21 кгс•м; Qрасч=563 кгс.

Где К — коэффициент учитывающий дополнительные сочетания нагрузок.

7.2 Конструктивный расчет стойки

настил анкерный болт стойка

Принимаем стойку из 7 досок толщиной 4.5 см после острожки шириной 17 см. Высота сечения h=32 см, ширина b=14 см, площадь поперечного сечения А=32•14=448 см2.

Момент сопротивления сечения:

Момент инерции сечения: , Статический момент поперечного сечения: , Определяем гибкость стойки в плоскости изгиба, считая, что в здании отсутствуют жесткие торцевые стены: , Где ? — коэффициент, зависящий от способа закрепления концов стержня. , Где ? — коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации элемента. , Сечение соответствует условиям прочности.

Вдоль здания стойки раскрепляем вертикальными связями и раскосами, установленными по середине высоты стойки. Проверка стойки с учетом устойчивости плоской формы изгиба не требуется.

7.3 Проверка клеевого шва

Клеевой шов проверяем по формуле:

Где bрасч=0.6•b=0.6•14=8.4 см — расчетная ширина сечения;

7.4 Расчет анкерных болтов

Для крепления анкерных болтов по бокам стойки сделаны уширения на величину 12.7 см. Расчет болтов ведем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом перегрузки n=0.9 вместо n=1.1 и ветровой нагрузки:

Где

Напряжение на поверхности фундамента:

Где hn=32+12.7•2=57.4 см — высота нижнего сечения стойки. , Для фундамента принимаем бетон В12.5 с расчетным сопротивлением сжатию 75 кгс/см2. , Вычисляем участки эпюры напряжений: , Усилие в болтах определяется по формуле: , Площадь сечения болтов: , Где Rbt — расчетное сопротивление болта растяжению. , По СНиП 2-23-81* подбираем болты диаметром d=16 мм А=2.01 см2.

1. Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет: учебное пособие для вузов — 2-е изд. перераб. и доп. 1979.-272 с.

2. Беленя Е.И. Металлические конструкции. Общий курс.- Москва: Стройиздат, 1985 год.

3. СНиП 2-25-80 «Деревянные конструкции».

4. СНиП 2-23-81* «Металлические конструкции».

5. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

6. ГОСТ 24454-80* «Пиломатериалы хвойных пород».