Конструкции из дерева и пластмасс

 

 

Задание

1)  Район строительства.....................................................Воронеж

 

2) Условие эксплуатации..................................................А1

 

3)  Порода древесины .......................................................Сосна

 

4)  Сорт древесины ............................................................2

 

5)  Несущая конструкция ………………………………. гнутоклееная рама

 

6)  Пролёт ...........................................................................15м

 

          7)   Высота............................................................................3м

 

          8)   Шаг колонн ...................................................................3м

 

9)  Конструкция покрытия……………………………….клеефанерная плита

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                   

                                                     Введение

 

Конструкции из дерева и  пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.

     Деревянные  строительные конструкции являются  надежными, легкими и  долговечными. На основе клееных деревянных  конструкций сооружаются здания  с покрытиями как малых, так и больших пролетов. Деревянные конструкции люди начали применять еще в глубокой древности.

В расчетной работе  необходимо эскизно разработать предлагаемую в задании клееную деревянную балку с указанием геометрической длины балки, ориентировочных размеров сечения, условий опирания и расчетного пролета.

 В контрольной работе необходимо  произвести сбор постоянных и  временных нагрузок на покрытие. Определить механические характеристики  древесины, из которой предполагается  проектировать балку, с учетом коэффициентов условий работы. Скомпоновать расчетную схему балки и построить эпюры моментов и поперечных сил. Произвести конструктивный расчет по первому и второму предельным состояниям. Начертить балку на формате А4 с указанием размеров сечения, толщины слоев и марки клея. Начертить монтажные узлы опирания балки и схему расстановки связей. Разработать указания по конструктивной и химической защите  древесины от гниения и возгорания с указанием конкретных составов и технологии их нанесения.

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение

0. Определение расчетных характеристик материалов

      1.    Проектирование несущих конструкций

1.1  Расчет гнутоклееная трехшарнирная рама

1.2  Сбор нагрузок на раму

1.3  Постоянная нагрузка

1.4 Временная нагрузка

1.5  Расчетная схема и схема загружения рамы

1.6  расчет рамы

1.7  Проверка напряжений сжатия в расчетном сечении

1.8  Проверка устойчивости плоской формы изгиба

1.9  Опирание рамы на фундамент

        2.    проектирование ограждающих конструкц

2.1  Расчет клеефанерная утепленная панель покрытия

2.2  Нагрузки на панель

2.3  Расчетные характеристики материалов

2.4  Расчетная схема поперечного сечения

2.5   Геометрические характеристики сечения

2.6  Проверка панели на прочность

 

3. Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Определение расчетных характеристик материалов

 

Определение расчетных  характеристик и вычисление расчетного сопротивления древесины сосна

 

	R Сосны мпа	mп	R(по рода, сорт) мпа	Коэффициент условий работы, mi
				mв	mt	mд	mн	mб	mcл	mгн	mа	mо
Rн	15	1	15	1	1	0.8	1.2	1	1	1	0.9	0.8
Rс	15	1	15	1	1	0.8	1.2	1	1	1	0.9	0.8
Rр	9	1	9	1	1	0.8	1.2	1	1	1	0.9	0.8
Rcк	1.5	1	1.5	1	1	0.8	1.2	1	1	1	0.9	0.8
Rcм90	1.8	1	1.8	1	1	0.8	1.2	1	1	1	0.9	0.8
Rcм ( )	15	1	15	1	1	0.8	1.2	1	1	1	0.9	0.8
Е	10000		10000

 

          R_н, R_с, R_р, R_ск, R_см – расчетные сопротивления изгибу, сжатию, растяжению, скалыванию, смятию.

       Е- модуль упругости древесины.

   

 

 

               Проектирование несущих конструкций

 

    

            Клееные деревянные рамы рекомендуется принимать пролетом 12…40м с высотой  стоек 2.6…4.5м, шаг рам 3…6м. уклон ригеля принимается в пределах 1/3…1/4.

         Высота сечения ригеля в карнизном узле принимается в пределах 1/12…1/30 пролета, высота сечения ригеля в коньке не менее 0,3 высоты сечения в карнизном узле, высота сечения стоек в опорном узле не менее 0,4 высоты в карнизном узле.

         Расчет рам на прочность и  устойчивость аналогичен расчету арок. Расчет на прочность элементов трехшарнирных рам в их плоскости допускается выполнять по

правилам расчета сжато-изгибаемых элементов с расчетной длиной, равной длине полурамы по осевой линии при угле между осями ригеля и стойки более 130^о и для

гнутоклееных рам. При  угле меньше 130^о расчетную длину ригеля и стойки следует

принимать равной длинам их внешних подкрепленных кромок.

 

 

                  Расчет гнутоклееная трехшарнирная рама

 

Гнутоклееная трехшарнирная  рама. Геометрия полурамы

Сбор нагрузок на раму

 

Рекомендуемая высота балок  принимается в пределах 1/20 от их пролета, т.е

. Принято 

 

Ширина принимаем

 Постоянная нагрузка:

 

Наименование нагрузок	Нормативное значение, Н/м2	Коэфф. Надежности по нагрузке	Расчётное значение н/м2
Постоянная нагрузка  От собственный вес  балки,	352,8	1,1	388,08
Итого	352,8		388,08

 

Временная нагрузка:

Наименование нагрузок	Нормативное значение, Н/м2	Коэфф. Надежности по нагрузке	Расчётное значение н/м2
Снеговая нагрузка на покрытие	180	1,4	252
Итого полной	532,8		640,08

 

Балка рассчитывается  на действие  равномерно распределенных постоянной и временной нагрузок. Постоянные нагрузки от веса покрытия даны в задании. Нагрузка от собственного веса балки на 1м² определяется по формуле:

                   

где- V- объём древесины в балке и плотность древесины,

 S=3м и l =15м - шаг балок и их пролет соответственно.

- Плотность древесины, принята  в СНиП II-25-80 в зависимости от порода древесины ( Сосна) и условия эксплуатации ( А1): .

 

Полное расчётное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия следует определить по формуле:

                                         

        Где - - расчетное значение снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в зависимости от снегового района. Город Брянск соответствует III^ому району, т.е

  - : коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в  соответствии с п.п 5.3-5.6 СНиП 2.01.07-85*.

 

 

 

Расчетная схема и схема загружения рамы

 

 

 

 

 

         Геометрическая схема полирамы, построение её расчетной оси и характерные

сечение показаны на рисунки. Расчетный пролет рамы l=15м, высоты в коньке f=3м,

уклон оси ригеля α = 16^о,уклон верхнего кромки ригеля 1:4 (14^о),уклон оси стоики 81^о.

     Продольная устойчивость  здания обеспечивается связевымы  фермамы и панелями

стен и кровли.

 

Расчетные нагрузки:

временная (снег) Р=252 кгс/м (2,52 кН/м)

постоянная g=388,08 кгс/м (3,8808 кН/м)

полная q=640.08 кгс/м (6,408 кН/м)

Расчетная сопротивления древисины:

на изгиб Р_и=130 кгс/см² (13мпа)

на скалывание R_cк=150 кгс/м (1,5 мпа)

 

расчет рамы

 

Максимальные усилия в гнутой части рамы возникают при действии полной расчетной нагрузки по всему пролету рамы q=640.08 кгс/м (6,408 кН/м).возникающие при этом опорные реакции:

вертикальные

                                        

 

      А = В = q*l / 2 = 640.08* 15/ 2 = 4800.6 кгс =4,8006 тс (48 кН)

 

Горизонтальные (распор)

 

Н = q*l² / 8*f = 640.08* 15² / 8*3 = 6000.75 кгс = 6,00075 тс (60 кН)

 

 Координаты точки на криволинейном участке оси рамы с максимальным изгибающим моментом определяем из условия равенства нулю поперечной силы

 

Q = (А – q*x) cos φ- H sin φ =0

 

Где φ- угол наклона касательной  к оси рамы

       х- координата  расчетного сечения по оси  абсцисс, равная в нашем случае

           

                0,15 + r_cp (cos 9^o – sin φ)    при φ=46^о  sin φ=0,72 и  cos φ=0,695

                 

х= 0,15 + 2,65 (0,99 - 0,156) = 0,87 м

 

и поперечная сила равна:

 

Q=(4.8006 - 0.64008*0.87) 0.695 - 6.00075*0.72= -1.371≈ 0

 

Ордината расчетного сечения:    y= 0.93 + r _cp (cosφ – sin 9^o)

                                                       

                                                        y= 0.93 + 2.65(0.695 – 0.156) = 2.36 м

 

максимальный изгибающий момент в расчетном сечении

 

М_х = А*x - q*x² / 2- H*y = 4800.6* 0.87- 640.08*0.87²/2- 6.00075*2.36

                                                   = 3920.1219 кгс.м (39,2 кН)

 

Нормальная сила в расчетном  сечении

 

N_x = (А – q*x) sin φ+ H cos φ = (4.8006 - 0.64008*0.87) 0.72 + 6.00075*0.695

                                                           = 7.226007 кгс

 

Геометрические характеристики расчетного сечения: площадь поперечного сечения 

 

                           F_pac= b*h = 16*75 = 1200 см²

 

Расчетный момент сопротивления при  m_б = 1,

 

W_pac = m_б *b*h²/ 6 = 1*16*75²/ 6 = 15000 cм²

 

Момент инерции

 

J = b*h³ / 12 = 16*75³ /12 = 562500 cм⁴

              Проверка напряжений сжатия в расчетном сечении

 

Определяем  предварительно приведенную  высоту сечения.

Длина стойки по оси S_cт=93см; h_ст⁰= 50см; h=75см;

Длина гнутой части S_гн=300см; h_гн= 75см;

Длина ригеля  S_р =1171,57см; h_р⁰=30см; h=75 см;

Длина l₀= 93+300+1171,57=1564,57см

 

Применительно к характеру  эпюру моментов коэффициент жесткости  определяется по формуле: 

 

K_ж.ст=0,2+0,8 h_ст⁰/ h⁰= 0,2 + 0,8*50/75 =0,7333.

 

K_ж.р=0,35+0,65 h_р/ h= 0,35+0,65* 30/75 =0,61.

 

При этом приведенные  высоты:

Для стойки

 

h_пр.ст=h * ³√ k_ж.ст = 75 ³√0,7333 = 65,623 см;

 

для ригеля

 

h_пр.р=h * ³√ k_ж.р = 75³√ 0,61= 63,606 см

 

приведенную высоты сечения  полурамы определим по формуле:

 

h_пр= h_пр.ст*S_cт + h_гн* S_гн + h_пр.р*S_р / l₀

                        = 65,623*93+75*300+63,606*1171,75/1564,57=65,91см

 

А приведенный радиус инерции

 

r_пр= 0,29 h_пр =0,29*65,91=19,116 см

 

Принятым и найденным  значениям размеров конструкции  соотвествуют:

площадь поперечного  сечения

 

F_бр= h_пр*b = 65,91*16=1054,56см²

гибкость

 

λ_х= l₀ / r_пр= 1564,57/ 19,116= 81,846;

величина коэффициента, учитывающего снижение расчетных сопротивление  для гнутых элементов при отношении r_гн /δ = 150, m_гн= 0,8

тогда

 

ξ =1- λ²_х*N / 3100* R_и* m_гн *F_бр

= 1- 81,846²*10545/3100*150*0,8*1054,56= 0,819

 

Величина расчетного сопротивления сжатию и изгибу в  гнутой части рамы равна: