Расчет и конструирование ограждающей и несущей конструкции покрытия однопролетного здания

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный  архитектурно-строительный университет»

 

 

 

Кафедра конструкций из дерева, древесных композитов и пластмасс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

к курсовому проекту по деревянным конструкциям

«Расчет и конструирование  ограждающей и несущей конструкции  покрытия однопролетного здания»

 

 

 

 

 

 

Выполнил 

 

 

 

Руководитель _________________________________ Кондрашкин О.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород, 2012

Содержание

 

 

Задание на проектирование………………………………………...	3
Выбор конструктивного решения………………………………….	3
Расчет плиты покрытия……………………………………………..	4
Расчет ферм…………………………………………………………. Мероприятия по защите деревянных конструкций от возгорания и гниения	10 29
Список используемой литературы…………………………………….	30

 

1. Задание на проектирование

Выполнить расчет и конструирование  ограждающей и несущей конструкции  покрытия однопролетного здания. Здание каркасное с размерами в плане: пролет 30м, высота здания 3,6м . Шаг колонн вдоль здания В = 3,0м. Конструкция ригеля – трапециевидная ферма с растянутым опорным раскосом. Район строительства – г. Кинешма. Температурно-влажностные условия эксплуатации конструкций внутри отапливаемого помещения при температуре 18°С и относительной влажности воздуха 70%. Участок строительства защищен от прямого воздействия ветра. Материал основных конструкций – сосна.

 

2. Выбор конструктивного решения

Трапециевидные металлодеревянные  фермы с клееным верхним поясом и сжатыми стержнями, с металлическими нижним поясом и растянутыми раскосами. Ферма опирается на деревянные колонны  сечением:

где - коэффициент, учитывающий условия закрепления концов колонны; 
       Н – высота колонны; 
        l_p– расчетная длина колонны из плоскости изгиба.

Принимаем для изготовления колонн 11 досок шириной 125мм и толщиной 20,5 мм (25мм до острожки). Учитывая последующую чистовую острожку боковых граней колонн устанавливаются размеры их поперечного сечения:

h_K=11*20,5=225,5мм

b_K=125-15=110мм.

Привязка колонн к продольным осям здания нулевая. Крайний к торцам здания шаг колонн – 2,5м.

По верхнему поясу укладываются асбестоцементные утепленные плиты  покрытия с деревянным каркасом и  соединениями на шурупах с номинальными размерами в плане 3,0×1,5м. По плитам укладываются рулонная кровля типа К-7, состоящая из трёх слоев изола.

Пространственное крепление  конструкций обеспечиваются связями  жесткости, соединяющими элементы трапециевидных ферм в общую неизменяемую связевую систему.

Связевые поперечные фермы  располагаются в плоскости верхнего пояса трапециевидных ферм непосредственно  у торцовых стен через 30м. В качестве поясов связевых ферм используются верхние пояса несущих ферм покрытия, а решетка выполняется из деревянных элементов сечением 100×100мм. Продольные вертикальные связи располагаются в плоскости деревянных стоек трапециевидных ферм, соединяя их попарно. Вертикальные связи изготавливаются в виде ферм, пояса которых выполняются из досок сечением 50×150мм, а стойки – из брусьев 125×125мм.

Связевая система воспринимает ветровые нагрузки, действующие перпендикулярно  стенам здания, воспринимаются колоннами.

 

3. Расчет плиты покрытия

 

1. Конструкция плиты

С учетом зазоров между  плитами на неточность в продольном(20мм) и поперечном (5мм) направлении размеры  плит принимаются равными:

длина l_n=3000-20=2980мм;

ширина b_n=1500-5=1495мм.

Рекомендуемая высота (1/20-1/32) длины плиты.

Каркас плиты выполняется  из 4 продольных несущих ребер сечением 219×69мм (из досок до острожки 225×75мм), из 4 поперечных ребер сечением 94×69мм (из досок до острожки 100×75мм) и 2 поперечных ребер сечением 144×69мм (из досок до острожки 150×75мм). Продольные ребра изготавливаются из древесины сосны 2^го сорта, поперечные - 3^го сорта по ГОСТ 24454-80. Для образования продольных стыков между плитами к наружным несущим ребрам каркаса прибиваются гвоздями деревянные бруски, образующие четверть.

Обшивку выполняют из плоских  асбестоцементных листов ЛП-П-3,0х1,5х10 по ГОСТ 18124-95 с номинальными размерами 3000×1500мм.

Асбестоцементные листы  крепятся к деревянным ребрам каркаса  оцинкованными шурупами из низкоуглеродистой  стали с потайной головкой диаметром 6 мм и длиной 50 мм по ГОСТ 1145-80, поставленными  в раззенкованные отверстия диаметром 7-8 мм.

В качестве утеплителя используются полужесткие минераловатные плиты толщиной 50мм на синтетическом связующем (с плотностью =100кг/м³) по ГОСТ 9573-96.

Верхняя обшивка плиты  на заводе-изготовителе оклеивается  одним слоем стеклоизола на битумной мастике марки МБК-Г-65.

 

2. Исходные данные для расчета и проектирования

Расчетная длина плиты: l_P=l_n-60=2980-60=2920мм=2,92м

Расчетная ширина плиты:b_P=b_n=1,495м

Расчетные сопротивления  материалов плиты:

для древесины ребер:

• расчетное сопротивление древесины сосны 2-го сорта изгибу R_U=13МПа.
• расчетное сопротивление древесины сосны 2-го сорта скалыванию вдоль волокон R_ск=1,6МПа.
• расчетный модель упругости Е=10⁴МПа.

 

для асбестоцементных листов:

• расчетное сопротивление изгибу при продольном расположении волокон  R_а,u=14МПа
• расчетное сопротивление изгибу при поперечном расположении волокон  R_а,u,90=11,5МПа
• расчетный модель упругости Е_а=0,1МПа.
3. Подсчет нагрузок на плиту

Нормативное расчетное  значение снеговой нагрузки:

S₀=0,7*S_g*μ*с_e*c_t=0,7*2400*1*1*1=1680 Па

Расчетное значение снеговой нагрузки:

S=S₀*γ_f=1680*1.4=2352 Па

Длительное нормативное  значение снеговой нагрузки:

S_дл.=2352*0,5=1176 Па

Подсчет нагрузок на плиту  приведен в таблице 3.1

Таблица 3.1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Па	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка, Па
Постоянные нагрузки
1. Трехслойная рулонная кровля 30×3	90	1,3	117
2.Плита покрытия
2.1. Слой рубероида на битумной  мастике.	30	1,2	36
2.2. Верхняя обшивка	180	1,2	216
2.3. Нижняя обшивка	144	1,2	172,8
2.4. Продольные ребра жесткости         (4×bp×hp× g×g)/bn=(4×0,219×0,069×500×10)/1,5	201,5	1.1	221,7
2.5. Продольные бруски         (bp/×h/p+bp//×h//p) g×g/bn=        =(0,050×0,150+0,050×0,050)×500×10/1,5	33,3	1,1	36,6
2.6. Поперечные ребра         [(4×bp.n.×hp.n.+2b/pn×h/pn) gg]/(bnln)=         =[(4×0,094×0,069+2×0,144×0,069)500×10]/          /(3,0×1,5)	51	1,1	56,1
2.7. Утеплитель         [3×а(ln-2b/pn-bpn)×hy× y×g]/(bn×ln)=         [3×0,388(2,98-2×0,1445-0,0945)×0,05×100×10]/          /(1,5×3)	72,4	1,2	86,88
2.8. Пароизоляция	19,5	1,2	23,4
Итого нагрузка от плиты	731,7	-	839,7
3. Постоянная нагрузка на 1м2 площади покрытия gn	821,7	-	956,7
4. Постоянная нагрузка на 1м2 верхней обшивки gв.о.	300	-	369
5. Постоянная нагрузка на 1м2 нижней обшивки gн.о.	235,9	-	283,08
Временная нагрузка
6. Снеговая нагрузка на горизонтальную  поверхность           верхней обшивки	1176	-	2352
7. Снеговая нагрузка на горизонтальную  поверхность       плиты	1176	-	2352
8. Полная нагрузка на верхнюю  обшивку qв.о=gв.о+Sдл	1476	-	2721
9. Полная нагрузка на нижнюю  обшивку qн.о=gн.о.	236	-	284
10. Полная нагрузка  на плиту g=gп+ Sдл	1997,7	-	3308,7
11. Полная линейная нагрузка  на  продольное ребро в Н/м   qр.=g×C	913	-	1512,1

4. Проверка плиты на прочность и жесткость
1. Проверка верхней обшивки

Верхняя обшивка рассчитывается на прочность  и жесткость, как трех пролетная  плита, находящиеся под воздействием постоянной и снеговой нагрузки, и  дополнительно проверяется на прочность  от воздействия монтажной сосредоточенной  нагрузки Р=1,2кН при расчетной ширине обшивки 1,0м. Момент сопротивления и момент инерции полосы обшивки шириной b=100см при толщине δ_во=1 см

 см³;

см⁴.

Максимальный  изгибающий момент от полной равномерно распределенной нагрузки: 
Нм.

Прочность по нормальным напряжениям:

=3,4МПа < R_а,u,90=11,5МПа.

Относительный прогиб:

f_u=1/200=0,005 – предельно допустимый прогиб асбестоцементных листов.

 

Максимальный изгибающий момент в верхней обшивке от сосредоточенной  нагрузки Р=1200Н:

М=0,2×Р×С=0,2×1200×0,457=110Нм.

Прочность по нормальным напряжениям при изгибе:

=6,6МПа < R_а,u,90=11,5МПа.

 

2. Проверка на выдергивание шурупов крепления нижней обшивки

Расчетная несущая способность  на выдергивание одного шурупа диаметром d=6мм и длиной l=50мм:

Н, 
где R_ВЫД=1МПа – расчетное сопротивление выдергиванию шурупа на      
                               единицу поверхности соприкасания нарезной части с  
                               древесиной; 
       l₁=0,6l=0,6×50=30мм – длина нарезной части шурупа.

Требуемое количество шурупов  на 1 м.п. длины панели:

шт.

Шурупы ставятся конструктивно  с шагом S=50d=50×6=300мм.

 

 

3. Проверка продольных (несущих) ребер

Продольное ребро рассчитывается как однопролетная балка с  расчетным пролетом l_р=2,92м нагруженная линейной равномерно распределенной нагрузкой.

Момент сопротивления  поперечного сечения ребра:

м³;

Статический момент сопротивления  сдвигаемой части сечения ребра:

м³;

Момент инерции поперечного  сечения:

м⁴.

Расчетные значения внутренних усилий в ребре:

 Нм;

 Н

Прочность по нормальным напряжениям при изгибе:

=2,91МПа < R_u=13МПа.

Прочность по скалывающим напряжениям при  изгибе:

=0,22МПа < R_СК=1,6МПа.

Относительный прогиб:

Как видно из выполненного расчета принятые размеры элементов  плиты удовлетворяют требованиям  прочности и жесткости.

4. Расчет фермы

 

1. Исходные данные

Материалы для изготовления фермы:

• для клееных элементов использованы доски стандартного сортамента по ГОСТ 24454-80* второго и третьего сортов, клей на онове меламина и резорцина с предварительным перемешиванием;
• для металлических элементов и узловых деталей – сталь марки С245 по СП 16.13330.2011

 

Расчетные сопротивления материалов:

Для деревянных элементов:

• расчетное сопротивление древесины сосны второго сорта сжатию (смятию) вдоль волокон R_С=15МПа.
• расчетное сопротивление древесины сосны второго сорта скалыванию вдоль волокон R_С=1,5МПа.
• Расчетное сопротивление древесины сосны второго сорта смятию поперек волокон местное R_см.90 =3,0Мпа

 

Для металлических элементов:

 

Нормативные и расчетные  сопротивления стали С245

Марка стали	Вид проката	Толщина проката,  мм	Предел текучести Ryn, МПа	Временное сопротив-ление  Run, МПа	Расчетное сопротив-ление по пределу  текучести Ry, МПа	Расчетное сопротивление по временному сопротивлению
С245	лист	2-20 20-30	245 235	370 370	240 230	360 360
	фасон	2-20 20-30	245 235	370 370	240 230	360 360

Примечание: за толщину  фасонного проката принимаем  толщину полки.

 

2. Определение геометрических размеров фермы