Деревянные конструкции

Оглавление

1.

1. Введение

Задание проекта подразумевает  овладение студентами принципами конструирования зданий и сооружений с деревянным каркасом. В соответствии с выданными условиями предусмотрен выбор: вида конструкции (прогоны или клеефанерная панель) или шага, при котором эта конструкция имеет лучшие экономические показатели

2. Исходные данные

Необходимо запроектировать сооружение под склад с деревянным каркасом. Расчетный пролет и длина здания 21х45 м. Высота до низа несущих конструкций 5,6 м, шаг конструкций 4, 5м. Район строительства г. Челябинск (III снеговой район с расчётным давлением 180 кг/м²).

По заданию поперечный разрез принимается, как показано на схеме ниже (рис. 1).

Рис. 1. Конструктивная схема поперечной рамы

Рис. 2. Схема расположения конструкций.

3. Сбор нагрузок.

Вид покрытия здания – тёплое, тогда  необходимо при сборе нагрузок также  учитывать объемный вес утеплителя. 

Нагрузки на кровлю.

                                                                                                            Таблица 1.

№ п.п.	Наименование	Норм. нагр. кг/м2	gf	Расч. нагр. кг/м2
1.	Гидроизоляция (3 слоя рубероида)	15	1,2	18
2.	Цементная стяжка d=400мм γ=1600 кг/м3	64	1,3	83,2
3.	Утеплитель d=100мм γ=200 кг/м3	20	1,2	24
4.	Щит d = 25 – 40 мм γ=500 кг/м3	24,5	1,2	30
S постоянная нагрузка		124	-	156
5.	Снеговая нагрузка (III район)	126	-	180
S полная нагрузка		250	-	336

4. Щитовой настил.

Рис. 3. Состав кровли.

1.  Расчет щита.

При выбранном покрытии расчетная  схема для настила изображена на рисунке 4.

Принимаем покрытие с неразрезными прогонами, поставленными на расстоянии 1,5м по скату крыши.

 Тогда расчетные усилия в  конструкции можно определить по следующей формуле:

;

 Первоначально при расчете примем b=60cм.

 

Рис. 4. Расчетная схема щитового настила.

      W=60×d²/6;    Отсюда:  

Принимаю d=4см.

Проверка на прочность:     

Проверка по деформациям:

E=10⁴ МПа = 10⁵ кг/см²;

g^н_пол = 250 кг/м² = 2,5 кН/м²;

Проверка на сосредоточенную силу (от монтажника):

 

Рис. 5. Расчетная схема при проверке настила на монтажника.

 

При проверке настила на сосредоточенную силу в качестве расчетной принимается схема, изображенная на рис. 5. Принимаем доски настила шириной 15см. В этом случае сосредоточенная нагрузка передаётся на две доски.

Сосредоточенная сила Р=120кг принимается с коэффициентом перегрузки n=1,2.

Изгибающий  момент в сечении под нагрузкой  определяется по формуле:

М' = 0,07·g_C.B.·l² + 0,207·P·l = 0,07·156·1,5² + +0,21·120·1,5 = 62,37 кг×м = 6237 кг×см.

Проверка на прочность:

5. Расчет прогона.

     Прогоны предназначены для восприятия нагрузки от настила покрытия и передачи ее на основные конструкции.

     Консольно-балочные  и неразрезные прогоны являются  эффективными с точки зрения  расхода материалов только в случае, когда можно не учитывать скатную составляющую, а это возможно при малых уклонах кровли ( ). В противном случае рациональным является простой в изготовлении разрезной прогон.

    Шаг ферм –  4,5м.

     Предварительно примем прогон сечением 15х25см.

Wx=15×d²/6 = 15×25²/6 = 1562,5см³.

Wy=25×d²/6 = 25×15²/6 = 937,5см³.

Рис. 6. Расчетная схема неразрезных прогонов.

 

Ориентировочная нагрузка от собственного веса:

Снеговая нагрузка:

   

Постоянная нагрузка:

   

  Общая нагрузка:

 

Подбор сечения прогона при  шаге стропильных ферм 4,5м:

Проверка принятого сечения на прочность:

(запас  2,1%).

Условие прочности выполняется.

Проверка по деформациям:

Условие жесткости выполняется.

Результаты расчёта сводим в таблицу 2.

                                                                                                Таблица 2.

Шаг ферм, м	Размер принятого  сечения, мм	Нагрузки, кг/м		Проверка на прочность, кН/см2	Проверка по деформациям
		Норм.	Расч.
4,5	150х250	522,7	391	𝞼=127,28<Ru=130

6. Расчет арки.

Рис.7 Схема нагрузок на арку.

 

Определение геометрических параметров:

f = l/6 = 21/6 = 3,5м

м – радиус кривизны.

- длина дуги.

Нагрузка, приведенная  к 1кв.м. плана покрытия:

Нормативная: q_н = 250·22,5/21 = 267,85 кг/м²

Расчетная: q_р = 336·22,5/21 = 359,8 кг/м²

Нагрузка от веса ограждающей части покрытия:

Нормативная: q_н = 124·22,5/21 = 132,8 кг/м²

Расчетная: q_р = 156·22,5/21 = 167,1 кг/м²

Снеговая нагрузка на 1кв.м:

Нормативная: Р^н = с · Р^н_сн =  0,7·180=126 кг/м²

Расчетная: Р^р = 180 кг/м²

Собственный вес арки (при k=4):

Расчетная нагрузка на 1 п.м. арки:

Постоянная:

Временная: кг/м

Полная: кг/м

Определение расчетных  усилий:

Величина распора:

 кгс

Опорные реакции:

 кгс

Подбор сечения арки.

Принимаем доски сечением 4,0х15см

После острожки с двух сторон толщина  досок a составит 3,5см, а после двойной острожки кромок ширина досок b составит 14см. Сечение арки проектируем прямоугольным, склеенным из 19  досок.

h = 19·3,5=66,5см, ширина – 14см.

Принятые размеры удовлетворяют  требованиям норм:

F_нт = 14·66,5=931см²

W = 10318,6см³

r = 0,289×h_b = 19,2см.

Гибкость:

Проверка принятого сечения по нормальным напряжениям:

 

= . 

Условие выполняется.

Расчет затяжки.

Затяжку арки принимаем из стали Ст3 (R_y = 21 кН/см²).

Необходимая площадь затяжки:

см².

Принимаем d = 44 мм с площадью сечения:

см².

7. Сегментная ферма.

7.1.    Расчет сегментной фермы.

Рис. 8. Геометрическая схема фермы.

 

Пролет 21 м, шаг ферм 4,5 м. Шаг прогонов 1,5 м.

Расчетная высота фермы:

м.

Строительный подъем:

см.

Геометрические размеры  фермы.

Радиус кривизны верхнего пояса:

м.

Центральный угол дуги определяется из выражения:

,

откуда

.

Длина дуги по оси верхнего пояса:

м.

Верхний пояс составляем из четырех  блоков одинаковой длины, следовательно, длина блоков верхнего пояса:

м

Длина панелей нижнего пояса:

– средняя панель:

м;

– крайняя панель:

м.

Длина подвески:    м.

Длина хорды ББ’:

;

Длина раскоса БД:       ;

Длина раскоса: ;

Угол наклона верхнего пояса  на опоре:

.

Угол наклона верхнего пояса к горизонту в узле опирания пояса на подвеску:

.

2. Статический расчет.

В качестве покрытия принимаем решение по прогонам. 

Принимая вес покрытия равномерно распределенным по площади его горизонтальной проекции, получим вес крыши на единицу площади плана путем умножения полученного выше веса на коэффициент:

,

где s = 22,5м – длина дуги верхнего пояса.

В таком случае расчетный вес  крыши:

кН/м².

Погонное значение расчетной нагрузки от веса покрытия:

кН/м.

 

 

Постоянная нагрузка от собственного веса фермы со связями определяем по формуле:

кН/м² = 14,7кг/м²

где k_с.в. = 3,0 – коэффициент собственного веса стропильной фермы со связями.

Расчетная погонная нагрузка от собственного веса фермы:

кН/м.

Суммарное значение расчетной постоянной нагрузки на ферму:

кН/м.

Рис. 9. Схема нагрузок на сегментную ферму.

 

Узловые силы на рис. 12:

 кН;

кН;

кН.

 кН.

кН.

 

 

 

Снеговая нагрузка.

Город Челябинск находится в III снеговом районе (карта 1 СНиП 2.01.07-85*). Следовательно, нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли q_сн = 180кг/м² (табл. 4 СНиП 2.01.07-85*).

Линейно распределенная нагрузка от снега:

,

где m - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемы в соответствии с п. 3 прил. 3 СНиП 2.01.07-85* и равный 1,0;

b – шаг конструкций.

Подставив эти значения, получим:     кН/м.

Рис. 10. Схема снеговой нагрузки.

 

Узловые силы:

кН;

кН.

Опорные реакции:

кН.

 

Определение расчетных  усилий в элементах фермы:

Рис. 11. Схема для определения расчетных усилий.

 

Таблица 3. Расчетные усилия в стержнях фермы в кН

Элементы  фермы		Усилия от пост. нагрузки, кН	Усилия в ферме от снеговой нагрузки, кН			Расчетные усилия
			полная	слева	справа	раст.	сжат.
Верхний пояс	В-1	-166,04	-163,215	-105,7	-57,51	-	-329,25
	Г-2	-138,02	-135,7	-84,64	-51,03	-	-273,72
Нижний пояс	А-1	141,32	139,32	93,96	45,36	+280,53	-
	А-3	144,2	142,56	71,28	71,28	+286,76	-
Раскосы	1-2	2,472	2,43	-16,2	18,63	+21,102	-13,728
	2-3	-2,472	-2,43	17,82	-20,25	+15,348	-22,722