Деревянніе конструкции

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Криворізький  національний університет

(КНУ)

 

 

 

 

 

 

Факультет: Будівельний

Кафедра: Будівельних конструкцій

 

 

 

 

 

 

Співак  Олени Юріївни

Студентки групи ПЦБ-08-1, залікова книжка № 08-22

50093, м.Кривий Ріг, вул. Лісового буд. 42, кв. 56

 

 

Несучі конструкції одноповерхової

промислової будівлі.

 

 

Розрахунково-пояснювальна записка

До  курсового проекту  з

дерев’яних конструкцій

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                             

 

О.Ю.Співак

Керівник

                                                                                                                                  В.І. Вербицький

 

 

 

 

 

м. Кривий Ріг

2012 рік

 

Содержание:

 

1. Расчет пятиугольной металлодеревянной фермы с клееным верхним поясом
2. Расчет клеенодеревянной колонны переменного прямоугольного сечения
3. Расчет жесткого закрепления колонны к фундаменту с помощью анкерных столиков

 

 

1.Расчет пятиугольной металлодеревянной фермы с клееным верхним поясом

 

Сбор нагрузок

                   

Элементы кровли	Нормативная нагрузка кН/м*2	Коеф.	Расчетная нагрузка кН/м*2
Волнистые асбестоцементные листы	0,26	1,1	0,28
Прогоны из двух досок сечением 40*200мм (через 1м)	0,064	1,1	0,07
Черепные бруски (40% веса прогонов)	0,025	1,1	0,028
Гвозди, шурупы	0,012	1,1	0,013
Пароизоляция – один слой пергамина	0,022	1,1	0,024
Плоские асбестоцементные листы, толщиной 6 мм	0,14	1,1	0,154
Утеплитель, толщиной 12мм	0,083	1,2	0,1
Всего:	0,606		0,669

 

Определение нагрузок:

 

Постоянные нагрузки

-нормативное

-расчетное 

 

Временные нагрузки

Нормативная снеговая нагрузка на покрытие

_{Расчетная снеговая нагрузка} 

_{при µ=0,75}

_{при µ=1,25}

Статический расчет:

 

Собственный вес фермы

 

Расчетная нагрузка на 1 м горизонтальной проекции верхнего пояса фермы:

 

-от собственного веса покрытия

 

 

-от снега

 

 при µ=0,75

 при µ=1,25

 

 

 

 

1 комбинация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 комбинация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статичний розрахунок виконуємо на ЕОМ.

 

 

 

 

 

 

Определение общих размеров фермы. При пролете l=18м расчетная висота фермы в кольке h=1/7 l=2.6м Длина верхнего пояса при і=1:10 БГ=9,04м. Для придания строительного подъема ферме опорне узлы опускаем на 15 см. Тогда длины элементов:

АБ=1,7м, БВ=4,52м, БД=4,81м, АД=4,5м, ВГ=4,52м, ДГ=5,2м.

Подбор сечений элементов фермы.

Верхний пояс. Рассчитываем как сжато-изгибаемый стержень на продольное усилие О₁=О₂ =89,886 кН.

При подборе сечения пояса принимаем  изгибающий момент

 

Задаемся расчетной шириной сечения b=170мм и из формулы расчета стержня на сложное сопротивление находим требуемую высоту сечения:

 

Где ξ=0,8- приближенный коэффициент, учитывающий увеличение момента при деформации элемента, =1,15 – коэффициент к моменту сопротивления.

Из приведенного выражения находим =29,9см.

Находим требуемую  высоту сечения из условия максимальных скалывающих напряжений в опорных  сечениях:

 

Из приведенного выражения находим =42см, что больше по прочности на сжатие

 с изгибом.  Принимаем высоту сечения пояса  h=440мм, компонуя его из 10 досок толщиной 44мм.

Проверяем принятое сечение. Геометрические характеристики:

-площадь поперечного  сечения

 

-момент сопротивления

 

-гибкость  расчетная

 

При h_cм / h=0.5 высота площадки смятия h_cм =0,5*44=22см.

Тогда конструктивно  эксцентриситет продольных сил

 

Находим минимальную  высоту площадок смятия торцов элементов

 

Оптимальный эксцентриситет получим, приравняв  напряжения в поясе по средине панели и по краям, из формулы

 

Где

Окончательно  принимаем е=10,7см и высоту площадок смятия с учетом подрезки в узлах  на глубину 0,8см:

 

Проверяем принятое расчетное сечение пояса в  середине крайней панели при полном загружении снеговой нагрузкой:

 

 

 

Нижний пояс. Расчетное усилие U=102,937кН. Необходимая площадь поперечного сечения металлического пояса

 

Принимаем сечение  пояса из двух уголков 40х30х4мм с общей  площадью А=2*2,67=5,34см² ≥А=4,9 см².

Стойки. Расчетное усилие сжатия V₁=-25.992кН, расчетная длина l_ст=2,15м. Задаемся гибкостью *=120≤[150], при которой высота сечения стойки

 

Принимаем стойки из трёх досок толщиной 44мм и шириной 170мм.

Проверяем принятое сечение 132х170мм. Фактическая гибкость

   

Нормальные  напряжения

 

Раскосы. Расчетное усилие D₁=-15,588кН, расчетная длина l_p=5,2м. Задаемся гибкостью *=120≤[150], тогда

 

Принимаем раскосы  из  пяти досок толщиной 44 мм и шириной 170 мм.

Проверяем сечение 220х170 мм

   

Напряжение

 

 

 

 

 

 

 

 

Промежуточный узел В верхнего пояса

 

Расчетные усилия О₁=О₂=-89,886кН, V₁=-25,992кН. Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются лобовым упором через площадки смятия с . Глубина прорези для создания эксцентриситета е=10,7см равна 2е=21,4см. Стык перекрывается с двух сторон накладками сечением 132х170 мм на болтах d=12мм.

Усилия от стойки передаются на верхний пояс через площадку смятия под торцом стойки. Расчетное сопротивление  древесины ели местному смятию поперек  волокон находим по формуле:

 

Требуемая площадь  смятия

 

Проектируем подбалку из древесины твердой породы, например дуба, с =2*0,28=0,56. Тогда =144224. Длина подбалки находится из условия смятия древесины элементов верхнего пояса поперек волокон в опорных сечениях:

 

Принимаем длину  балки из условия постановки с каждой стороны пары глухарей d=6мм

 

Толщину подбалки находим из условия изгиба от нагрузки:

 

Изгибающий  момент консоли:

 

 

 

Требуемая толщина  подбалки

 

Принимаем =150см.

 

 

Промежуточный узел Д нижнего пояса

 

Расчетные усилия U₁= 95,610 кН, U₂=102,937 кН, D₁= -15,588 кН, V₁=-25,992 кН.

Для крепления  к узлу уголков нижнего пояса необходимая длина сварных швов высотой h_ш=4мм для элемента БД: по обушку 180мм, по перу 100мм, для элемента ДД` соответственно 190мм и 110мм.

Усилие сжатия от раскоса D₁= -15,588 кН передается на металлические диафрагмы узла. Давление на вертикальную диафрагму:

 

Изгибающий момент в диафрагме как пластинке, опертой по трем сторонам, при 17/18=0,94, то =0,107.

 

Требуемая толщина вертикальной диафрагмы:

, принимаем .

Растягивающее усилие от раскоса D₁= -15,588 кН передается через два болта d=14мм, несущая способность которых:

-из условия изгиба

2*2*250d²=1000*1.4²=19.6 > 15.6

-из условия среза

2*π*d²*R_cp/4=2*3.14*1.4²*13/4=40 15.6

-из условия смятия

2*d**R_cp=2*0.8*1.4*32=71.6815.6

-из условия смятия древесины

2*2*50*b*d=2*2*50*17*1.4=47.6

 

Горизонтальную диафрагму  рассчитываем на давление от стойки

 

Рассчитываем участок 1,опертый  по трем сторонам. При соотношении  сторон 6,6/17=0,38 коэффициент α=0,06 и  М₁=11,6*0,06*17²=201 .

Требуемая толщина  листа 

, принимаем ₁=8мм.

Вертикальное ребро, поддерживающее горизонтальную диафрагму, рассчитываем как балку на двух опорах, нагруженную  сосредоточенной силой V₁. Принимаем толщину ребра _р=8мм, тогда требуемая высота его

 

Принимаем 70 мм.

 

Опорный узел А

 

 

Ферма опирается  на колонны через обвязочные брусья, выполняющие роль горизонтальных распорок вертикальных связей жесткости между  колоннами. Высоту обвязочного бруса  подбираем по предельной гибкости *=200 при расчетной длине 4,5м.

 

Принимаем 176 мм.

Ширину обвязочного  бруса назначаем равной ширине опорной  стойки b_оп=17,6см.

Необходимая длина горизонтального опорного листа находится  из условия местного смятия обвязочного бруса поперек  волокон при

 

 

Принимаем 280 мм.

Толщину  опорного листа  находим из условия изгиба консольных участков длиной 7см от реактивного  давления

 

Изгибающий момент в консоли  шириной 1 см:

 

Требуемая толщина листа

 

Принимаем .

Проверяем опорную стойку на продольное сжатие. Гибкость

  

Коэффициент продольного изгиба

 

Напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчет клеенодеревянной колонны переменного прямоугольного сечения.

 

Исходные данные.

Пролет одноэтажного здания l = 18 м, шаг несущих конструкций   В = 4 м, высота колонны Н = 8,5 м, ограждающие конструкции покрытия и стен клеефанерные плиты и панели; несущие конструкции покрытия– пятиугольная металлодеревянная ферма с клеедеревянным верхним поясом, материал стоек – пихта.

С учетом формы  покрытия

Для стенного ограждает принимаем

Нормативное значение веса стенового покрытия ; .

Расчетная снежная  нагрузка

Статический расчет.

=0,103 кН/м²

Определяем  сосредоточенную нагрузку на стойки рамы:

– от покрытия:

– от снегового  нагружения:

– от стенового  ограждения с учетом элементов крепления:

– от собственного веса колонны при объеме древесины:

, .

Расчетная ветровая нагрузка:

– равномерно распределено по стойке

– сосредоточенное на верхнем конце колонны.

; 

Усилия в стойках рамы как  системы один раз статически определенной определяем для каждой нагрузки отдельно:

 – от сосредоточенной ветровой нагрузки

x_W = 0,5(W₂ – W₁) = 0,5(1,36– 1,81) = – 0,23 кН;

 – от ветрового равномерно распределенного нагружения

x_w,1 = 3H(–w₁ + w₂)/16 = 3*8,5(–2,016 + 1,51) / 16 = – 0,81кН;

– от стенового ограждения, при расстоянии между осями стеновой панели и стойки  

Общие моменты  в нижнем сечении стойки:

Поперечные  силы в сечении подошвы стойки.

    

Расчетные усилия

Конструктивный расчет.

Принимаем гибкость колонны в плоскости рамы

Стойка с  жесткими креплением к фундаменту и свободным концом имеет расчетную длину

Нужная высота опорного сечения  .

С учетом сортамента пиломатериалов назначаем следующие  размеры опорного узла сечения  .

В середине опорного сечения принимаем треугольный  вырез длиной 

 а = 14 · 2,5 = 35 см.

Сечение крайних  площадок, которые оперяются на фундамент  .

Расстояние  между их осями  .

Предыдущее  сечение верхнего конца стойки принимаем шириной  в = 17 см и толщиной h₀ = 2,5 ·10 = 25 см.

Эксцентриситет  действия продольных сил в опорном  сечении  

е = /2 = (85-25)/2 = 30 см. Расчетное сопротивление сжатию с учетом ширины сечения =15МПа m_в = 0,9 m_n =0,8 m_м =1,05.

Геометрические  характеристики:

– площадь  полного сечения:

– площадь  ослабленного сечения:

– момент инерции:

– момент сопротивления:

Коэффициент, что учитывает изменяемость высоты перерезу.

Определяем:

Проверка  прочности поперечного сечения за нормальными напряжениями.

Предварительно  определяем:

Поэтому, что  условие

Проверка  стойкости плоской формы деформации из плоскости рамы не выполняется.

Попарно между  колоннами размещаем вертикальные связи таким образом, что колонна была закреплена через 4,25 (Н/2 = 4,25 м) из плоскости рамы. Теперь проверка стойкости плоской формы деформации выполняем при расчетной длине, из плоскости рамы, равной 4,25 м.

Высота поперечного  сечения колоны на расстоянии 4,25 м от верха колонн h = 30 см.