Промышленное одноэтажное здание из деревянных конструкций

 

Исходные данные:

 

Район строительства                                                                            Санкт-Петербург

Режим эксплуатации                                                                                                   А-3

Крыша                                                                                                    Клеефан. панели

Основная несущая конструкция покрытия                                    клеедощатая балка

Длина здания                                                                                                           30,0 м

Стойка (колонна)                                                                                        клеефанерная

Степень ответственности здания                                                                        II-класс

Пролёт                                                                                                                         12 м                                                                                                          Высота колонны                                                                                                        7,5 м

Шаг рам                                                                                                                      6,0 м

 

1. Трёхслойная панель с  внешними слоями из водостойкой  фанеры и внутренними рёбрами  из досок хвойных пород

 

Запроектируем покрытие здания по балкам, установленным в плане с шагом 6,0м. Материал кровли – три слоя рубероида. Район постройки – Санкт-Петербург.   Условия эксплуатации – А3. Класс ответственности здания – II.

 

1.1. Исходные данные

 Размер панели в плане 1,47´5,95 м; обшивки из водостойкой фанеры марки ФСФ, сорт В/ВВ по ГОСТ 3916–69*; рёбра из сосновых досок второго сорта. Клей марки ФРФ-50. Утеплитель – минеральные плиты с плотностью 1 кН/м3 на синтетическом связующем по ГОСТ 9573–82*. По теплотехническим расчётам толщина утеплителя – 80 мм. Теплоизоляционные плиты приклеиваются к нижней обшивке панелей на слое битума, который одновременно выполняет роль пароизоляционной прослойки. Для сохранения положения теплоизоляционного слоя и предотвращения его смещения при перевозке панелей по верху теплоизоляции укладывается слой картона, края которого отгибаются и прибиваются к рёбрам каркаса панели. Воздушная прослойка над утеплителем – вентилируемая вдоль панели. Для большей сохранности обшивок панели слой рубероида наклеивают на заводе с применением мастик повышенной теплостойкости и механизированной прокатки слоя. Два слоя наклеивают после установки панели. Ширина панели принята с учётом ширины фанерного листа и обрезки кромок для их выравнивания. Толщину панели принимаем 8 мм. Направление волокон наружных шпонов фанеры обеих обшивок панели должно быть продольным для обеспечения стыкования листов фанеры “на ус” и для лучшего использования прочности фанеры.

Для каркаса панели применены пиломатериалы по сортаменту ГОСТ 24454 – 80* сечением 50´175 мм.

С учётом обработки для склейки идут доски 44´169 мм. Принимаем расчётный пролёт панели lp=0,99l=0,99·5980=5920 мм. Высота панели hП=hреб + +2 об=169 + 2·8=185 мм, что составляет 18,5/592=1/32 пролёта и соответствует рекомендациям, согласно которым высота панели составляет 1/30 1/35 пролёта. Шаг рёбер определяем из условия расчёта верхней фанерной обшивки на изгиб поперёк волокон от сосредоточенной силы Р=1·1,2=1,2 кН как балки, заделанной по концам (у рёбер), ширина расчётной полосы 1000 мм. При этом принимаем четыре ребра с расстоянием между рёбрами в осях

с = (1470 – 2 · 44) /3 = 461 мм.

Изгибающий момент в обшивке

М=Р·с/8 = 1,2 · 461/8 = 69,15 кН· мм.

Момент сопротивления обшивки шириной 1000 мм

W =

/6 = 1000·82/6 = 10670 мм3.

Напряжения в верхней обшивке от изгиба сосредоточенной силой

sп=M/W = 69,15 ·103/10670 = 6,48 МПа < 6,5´1,2=7,8 МПа

(где 1,2 – коэффициент условий работы  для монтажной нагрузки). Для увеличения  жесткости каркаса продольные  рёбра соединены на клею с  поперечными рёбрами, расположенными  по торцам и в середине панели ).

1.2. Нагрузки на панель

 Панели предназначены для  укладки по несущим деревянным  конструкциям (табл. 1). Полная нагрузка  на 1 м2 панели:

нормативная qн= 1,721·1,5 = 2,58 кН/м;

расчётная qр= 2,321·1,5 = 3,48 кН/м.

 

Подсчёт нагрузки на 1 м панели                                                                   Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка q , кН/м	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка q , кН/ м
Кровля рубероидная трёхслойная	0,12	1,3	0,16
Клеефанерная утеплённая панель:
Фанера марки ФСФ: 2ž0,08ž7	0,112	1,1	0,123
Каркас из сосновых досок:
продольные рёбра с учётом брусков продольных стыков: 5ž0,169ž0,044/1,47	0,126	1,1	0,138
поперечные рёбра: 3ž0,092ž0,044ž5/5,95	0,010	1,1	0,011
Утеплитель – минераловатные плиты =8 см: 0,08ž0,417/0,461	0,054	1,2	0,065
Пароизоляция	0,02	1,2	0,024
Постоянная нагрузка   Временная нагрузка (снеговая)	0,441   1,28	1,4	0,521   1,8
Итого	1,721		2,321

 

1.3. Характеристики материалов

 Для семислойной фанеры ФСФ  сорта В/ВВ толщиной 8 мм по  табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 имеем: расчётное сопротивление растяжению 1; расчётное сопротивление сжатию ; расчётное сопротивление скалыванию ; модуль упругости ; расчётное сопротивление изгибу . Для древесины рёбер (сосна) по СНиП II-25-80  модуль упругости Едр=1000 МПа.

 

1.4. Геометрические характеристики  панели

В соответствии со СНиП II–25–80, п. 4.25, приведённая расчётная ширина фанерных обшивок bпр = 0,9×1,48 = 1,332 м. Так как проверку панели на прочность производим по обшивке, то геометрические характеристики поперечного сечения клееной панели приводим к фанерной обшивке. Приведённый момент инерции поперечного сечения панели

.

Приведённый момент сопротивления поперечного сечения панели

1.5. Проверка панели на  прочность

Максимальный изгибающий момент

Напряжение в растянутой обшивке

Здесь 0,6 – коэффициент, учитывающий снижение расчётного сопротивления фанеры за счёт стыков в растянутой зоне. Проверку на устойчивость сжатой обшивки производим по формуле

При принятых размерах – расстоянии между продольными рёбрами , толщине фанеры dф = 0,008 м

;  .

Напряжение в сжатой обшивке

.

1.6. Расчёт на скалывание  по клеевому слою фанерной  обшивки относительно нейтральной  оси

Приведённый статический момент

Расчётная ширина клеевого соединения . Касательное напряжение в клеевом шве

 

 

 

1.7. Проверка панели на прогиб

Прогиб

где 1/250 – продольный прогиб для панелей покрытия в соответствии с табл. 16 СНиП II-25-80.

 

2. Двускатная дощатоклееная балка прямоугольного сечения пролётом 11.75м.

Сбор нагрузок на балку:

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка q , кН/м	Расчётная нагрузка q , кН/ м
Нагрузка от покрытия	0,441	0,521
Собственный вес балки	0,183	0,246
Временная нагрузка(снег)	1,28	1,8
Суммарная	1,904	2,567

 

 кН/ м

 кН/ м

    Нагрузка: расчетная 15,5 кН/ м ; нормативная  11,5 кН/ м   .

Материалы: сухие сосновые строганные доски толщиной 33 мм 2-го и 3-го сорта. Доски 2-го сорта используются в крайних зонах на 0.15 высоты поперечного сечения (СНиП II-25-80, п. 6.19).

    Условия эксплуатации: внутри отапливаемых помещений при температуре до 35 , С относительной влажностью воздуха от 60 до 75 %. При этих условиях  (СНиП II-25-80, табл. 5).

     Принимаю ширину поперечного  сечения b=14 см, высоту в середине пролёта h=102,3 см, т.е. l/11.5>l/15, тогда высота на опоре = 72,6 см.

    Проверяем максимальные нормальные напряжения по СНиП II-25-80 формула (17) в расчетном сечении

 

см.

Высота в этом сечении

см

Расчетный изгибающий момент

кНм

  Расчетные сопротивления изгибу  и сжатию назначаем для древесины 2-го сорта согласно СНиП II-25-80, пп. 3.1 и 3.2, с введением коэффициентов условий работы , , и коэффициента надежности по назначению согласно СТ СЭВ 384-76. Тогда

МПа

  Напряжения в расчетном сечении

 МПа

где

 мм

момент сопротивления поперечного сечения в расчетном сечении.

   Проверку прочности по  скалыванию производим в опорном  сечении [СНиП II-25-80 по формуле (18)]. Поперечная сила на опоре

кН

расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон для древесины 2-г сорта

 МПа

скалывающее напряжение

МПа

  Проверяем опорную площадку  на смятие

МПа

   Поскольку закрепление сжатой  кромки осуществляется ребрами плит через 2х1,5 м и, следовательно, (см.п.4,25),

Проверка устойчивости плоской формы деформирования не требуется.

  Прогиб в середине пролета  балки находим согласно СНиП II-25-80, пп. 4,32-4,33, Предварительно вычисляем

;

;

мм

Тогда мм или относительный прогиб , т.е. необходимая жесткость балки обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет клеефанерной стойки.

 

 

3.1.Сбор нагрузок на колонну.

1. Постоянная нагрузка:

кН

где  – вес стойки, кН - расчетный вес стойки

кН -вес покрытия.

2. Временные нагрузки:

• Снеговая нагрузка

кН

 

• Ветровая нагрузка

 Вертикальные нагрузки от  балки, положенные по оси стойки, включая вес стойки  кН.

 Нормативная ветровая нагрузка  . При шаге стоек 6,0 м ветровые нагрузки на двухшарнирную раму

;

.

   где В=6,0 м. – шаг несущих  конструкций;

         с –  аэродинамический коэффициент;

         n=1,4 – коэффициент перегрузки для ветровой нагрузки;

Нагрузки от собственного веса стенового ограждения передаются на фундамент.

Сосредоточенная сила от ветровой нагрузки на уровне верха стойки:

кН

кН

где h – высота несущей конструкции покрытия над стойкой.

Под действием горизонтальных  нагрузок рама один раз статически неопределима.

 

3.2.Определение усилий в стойке.

Определим неизвестную силу

Изгибающий момент и поперечная сила у основания стойки:

;

.

 

Задаемся высотой стойки .

Усилия в стойке
Усилие	Сечение 1	Сечение 2
N кН	0	-95
М кН*м	0	114,1
Q кН	0	24,15

 

3.3.Компановка поперечного сечения стойки

• Определение усилия в каждой ветви стойки.

где – приближенный коэффициент, учитывающий увеличение момента при деформации, - расстояние между осями поясов.

• Требуемая площадь поперечного пояса.

Принимаем 5 досок 125×40 суммарное сечение пояса.200×125 из древесины 2-ого сорта

Тогда площадь сечения пояса

Для стенок берем фанеру клееную березовую марки ФСФ сорта В/ВВ семислойную с расположением волокон вдоль оси элемента, толщиной 12мм.

3.4.Приведенные характеристики сечения.

• Приведенная площадь.

где – площадь сечения поясов, - площадь сечения фанеры, – модуль упругости фанеры, – модуль упругости древесины.

• Момент инерции приведенного сечения.

• Момент сопротивления приведенного сечения.