Техническое здание

 

Министерство образования Республики Беларусь

УО Белорусский национальный технический  университет

 

 

Строительный факультет

 

Кафедра «Металлические и  деревянные конструкции»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

 

на тему:«Техническое здание»

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:

 студент  гр.112184

Рогович А.Н.

Руководитель:

доцент Иванов В.А.

 

 

 

 

 

 

 

Минск’2008 

РЕФЕРАТ

 

Стр.32; рис.25; табл.4; библ. наименований 9.

ПОПЕРЕЧНАЯ РАМА, ФЕРМА, КОЛОННА, РАСЧЕТ, НАГРУЗКА,  
ПОЯС, СТОЙКА, РАСКОС, УЗЕЛ

В курсовом проекте произведен расчет деревянных конструкций поперечной рамы здания. Определены расчетные  и нормативные нагрузки на перекрытие и поперечную раму здания.

Подобрано сечение элементов  фермы. Выбраны конструктивные решения  и рассчитаны узлы фермы. Скомпоновано сечение колоны, которое обеспечивает прочность колоны и общую устойчивость. Осуществлена компоновка и расчет базы колонны.

Перечень графического материала: 3 листа формата А2. 

Оглавление

Введение. 4

1 Компоновка каркаса технического здания. 6

2 Расчет ограждающей конструкции кровли. 8

2.1 Расчет  щитов с однослойным сплошным настилом по прогонам. 8

2.2 Расчёт консольно-балочного прогона. 11

3 Расчёт дощатой фермы с соединениями в узлах на металлических зубчатых пластинах. 13

4 Расчет колонны. 25

4.1 Определение нагрузок. 25

4.2 Сбор нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки на 1 м². 26

4.3 Расчёт клеедощатой колонны. 27

Список использованной литературы. 32

 

Введение.

Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фермы и т. д.) предназначены  для восприятия нагрузок, действующих  в их плоскости. В зданиях или  сооружениях различные плоскостные  конструкции при взаимном соединении образуют пространственную конструкцию, которая должна обеспечить надежное восприятие внешних сил любого направления  при наиневыгоднейшем сочетании  их в соответствии с условиями  эксплуатации. При этом передача усилий от одних частей сооружения на другие, вплоть до его основания, должна проходить  без какого-либо нарушения пространственной неизменяемости, устойчивости, жесткости  и прочности всей пространственной конструкции в целом и отдельных  ее частей.

Общая устойчивость остову деревянного здания может быть придана  следующими способами.

Первый способ. Поперечную и продольную устойчивость здания создают пространственным защемлением каждой из стоек каркаса в грунте. Верхние концы стоек связывают через обвязку с элементами покрытия. Во избежание возможного перекашивания зданий из-за деформаций грунта, в местах защемления стоек, в крайних пролетах продольных и торцовых стен, а также в промежуточных пролетах целесообразно устанавливать связи с интервалом 20-30 м. Для увеличения срока службы такого здания необходимо нижнюю часть стоек, зарытую в землю, антисептировать, чтобы не было быстрого загнивания. Предпочтительнее нижние концы стоек располагать выше уровня пола и прикреплять их болтами или хомутами к сменяемым деревянным, а еще лучше — ж/бетонным пасынкам. Этот способ получил широкое распространение в строительстве временных зданий.

Второй способ. Поперечная устойчивость здания обеспечивается защемлением в фундаментах плоских деревянных стоек, решетчатых или клееных. Решетчатые стойки защемляют натяжными анкерами. Анкерами служат стальные полосы, заделываемые в фундамент и рассчитываемые на максимальное отрывающее усилие, определяемое при наиневыгоднейшем сочетании нагрузок. К анкерным полоскам приварены равнобокие уголки. В опорной части клееная стойка на длине, определяемой по расчету на скалывание с прижимом, имеет увеличенную высоту сечения для образования наклонных площадок смятия под углом 30-45°, на которые укладывают уголки. Сквозь консольные части уголков с двух сторон стойки проходят перекрестные тяжи с нарезкой на обоих концах. В месте пересечения они приварены к стальным пластинкам, прилегающим вплотную к боковым граням клееной стойки. Продольную устойчивость здания с плоскими стойками создают постановкой связей по продольным стенам и между внутренними стойками, если таковые имеются, в продольном направлении. Для неизменяемости каркасных торцовых стен в их крайних пролетах также ставят аналогичные связи.

Третий способ. Поперечную устойчивость здания обеспечивают, применяя простейшие комбинированные и подносные системы, рамные системы или арочные конструкции, передающие распор непосредственно на фундаменты. Продольная устойчивость здания может быть создана постановкой связей по продольным линиям стоек. Стеновые щиты при этом располагают с наружной стороны стоек. Продольную устойчивость зданию с арочными конструкциями, опертыми непосредственно на фундаменты, придают связи, расположенные в конструкции кровельного покрытия, а пространственную устойчивость нижним поясам — поперечные связи, соединяющие арки попарно.3

Четвертый способ. Устойчивость каркасного здания при шарнирном опирании стоек на фундаменты и шарнирном примыкании их к элементам покрытия можно создать лишь в том случае, если конструктивные элементы покрытия и стен не только будут достаточно прочными, жесткими и устойчивыми для восприятия всех действующих на них нагрузок, но и создадут неизменяемые, жесткие и устойчивые диафрагмы, образуя тем самым неизменяемую, жесткую и устойчивую пространственную коробку. Для этого в плоскости покрытия можно использовать применяемый в качестве основы под рулонную кровлю щитовой настил, связанный гвоздями с прогонами; в стенах могут быть использованы косые обшивки или специальные связи между стойками каркаса.

Участие ограждающих  частей здания в обеспечении его  пространственной устойчивости, которую  устанавливают поверочным расчетом, возможно только при относительно малых  размерах здания.

Устойчивость и жесткость  зданий, собираемых из готовых щитов  дощато-гвоздевой или клеефанерной конструкции заводского изготовления, перекос которых предотвращается  устройством внутренних раскосов, диагональной обшивкой или оклейкой фанерой, может  быть обеспечена, как и в предыдущем случае, жесткой горизонтальной диафрагмой чердачного перекрытия или наклонным  кровельным покрытием, надежно сопротивляющимся перекосу стен. Для этого необходимо, чтобы жесткость и устойчивость поперечных стен была достаточной для восприятия в своей плоскости горизонтальных сил от ветра, передающихся от продольных стен через горизонтальную диафрагму. При этом щиты продольных стен, непосредственно воспринимающих ветровую нагрузку, работают как однопролетная плита, опертая внизу на фундамент, а вверху на горизонтальную диафрагму. Щиты поперечных стен, параллельных направлению ветра, работают в своей плоскости на перекос и опрокидывание.

Ветровое давление, передающееся на деревянную торцовую стену каркасной  конструкции небольшой высоты, распределяется между фундаментом и верхним  покрытием с помощью работающих на изгиб вертикальных стоек каркаса. Конструкция покрытия в этом случае должна передавать ветровое давление через верхнюю обвязку продольным стенам, которые, в свою очередь, должны иметь в своей плоскости связи, рассчитанные на передачу этих усилий фундаментам. При устройстве в качестве основы под рубероидную кровлю щитового перекрестного настила покрытие превращается в неизменяемую и жесткую  диафрагму

Жесткость покрытий с  одинарным настилом или с обрешеткой без диагональных элементов недостаточна для восприятия ветровой нагрузки и  закрепления плоскостных деревянных конструкций в проектном положении. В этом случае при наличии деревянных каркасных стен необходимо устройство в плоскости верхних поясов несущих  конструкций горизонтальных связей, располагаемых в торцовых частях здания и по его длине на расстоянии не более 20 м.

Для покрытия, выполненного из разрезных кровельных панелей, жестких  и неизменяемых в своей плоскости, требуется установка монтажных  связей, которые прикрепляют непосредственно  к основной несущей конструкции.

Горизонтальные связи, воспринимающие ветровую нагрузку, образуют в плоскости верхних поясов двух соседних несущих конструкций решетчатую ферму, которая передает действующие  в ее плоскости усилия на продольные стены. При этом стыки разрезных  или консольно-балочных прогонов должны быть перекрыты накладками на гвоздях. В средней части зданий большой  протяженности, кроме того, устраивают горизонтальные связи на расстоянии около 20 м от торцовой стены и. одни от других.

1. Компоновка каркаса технического здания.

Согласно заданию, размеры  одноэтажного однопролетного деревянного  здания в осях 58,8 ´ 11,0 м (рис 1-1). Низ стропильных конструкций находится на отметке 5,4 м от уровня чистого пола. Шаг стропильных конструкций — 2,1 м, шаг стоек – 4,2м. Ограждающие конструкции покрытия — щиты с однослойным сплошным настилом по прогонам. Ограждающие стеновые конструкции – щиты дощатые. Ригелем поперечной рамы 1-го однопролетного деревянного здания является дощатая ферма с соединениями в узлах на металлических зубчатых пластинах. Колонны (клеедощатые) упруго защемлены в фундаменте.

В торце здания для  восприятия нагрузок (ветровой, от веса конструкции стены) устанавливаются  фахверковые колонны. Они устраиваются шарнирно опертыми с шагом 3,65 и 3,7м, и имеют нулевую привязку к поперечной оси здания.

Рисунок 1-1. Генеральные размеры здания

 

Связи по колоннам и верхним  поясам многоугольных ферм устанавливаем  по торцам и по длине здания. Вертикальные связи по шатру здания устанавливаем  по крайним пролетам и по длине  здания в плоскости решетки ферм.

Выполняем компоновку здания. Выступ фундамента над уровнем пола принимается равным 150 мм. Привязку колонн к продольным осям принимаем нулевой по наружной грани, к поперечным принимаем центральную пивязку, за исключением торцевых, привязка которых осуществляется к центру сечения фермы, которая расположена на расстояние не менее 100мм к фахверку. Крайние панели покрытия выступают за ось не менее чем на 500 мм. Ширина сечения торцовых фахверков – 200х200мм. Ширина верхнего пояса фермы заранее неизвестна, поэтому на данном этапе можно принять её 140 мм. Т.о. расстояние между крайней поперечной осью и осью фермы составляет: 200+100+140/2=370мм.

Далее находим характеристики сегментной фермы. Расчётный пролёт l_p.=11,0-0,3=10,7м. Расчётная высота фермы при уклоне 1/6 равна h=10,7/6=1,78м. 

Далее размещаем щиты дощатые с однослойным сплошным настилом по прогонам по верхнему поясу фермы, начиная от середины и учитывая, что щит опирается на три прогона .а следовательно имеет место чётное количество шагов прогонов. Принимаем их количество равным 6, размером 1,4м. Т.к. длина здания равна 58,8м, с учётом свесов в торцах принимаем длину покрытия равной 60м, а следовательно исходя из требований ширины щитов 1,5-2.0м, принимаем безотходное расположение их, значит ширина щита равна 2,0м, по длине 30 щитов.

Рисунок 1-2. Поперечная схема технического здания.

 

2. Расчет ограждающей  конструкции кровли.

1. Расчет  щитов с однослойным сплошным настилом по прогонам.

Деревянной основой под трехслойную рулонную кровлю служат щиты холодного настила со сплошным однослойным настилом по прогонам. Группа здания – 1. Класс условий эксплуатации – 2 (не отапливаемое помещение). Место строительства – г. Столбцы. Основные несущие конструкции покрытия производственного здания - дощатые фермы с соединениями в узлах на металлических зубчатых пластинах. Пролёт фермы L=10,7 м. Шаг стропильных конструкций 2,1 м. Шаг колонн 4,2 м. Уклон кровли 1/6 L. Древесина, принимаемая в элементах покрытия – дуб 2 сорта плотностью p = 700 кг/м³. Класс ответственности здания I gn = 1,0.

Выбор конструктивной схемы

Принимаем покрытие с  неразрезными спаренными прогонами. Свес кровли в деревянных зданиях с  треугольными фермами рекомендуется  принимать  ≥75см от геометрической оси стоек, т.к. он включает в себя половину высоты сечения стойки, ширину прогона, толщину досок стенового ограждения и собственно свес. Ширина кровли по скату с учётом свеса определяется по формуле:

;

где,

; cosa = 0,949.

Шаг прогонов определяется по формуле:

.

где, -чётное количество шагов прогона.

Проектируем щит с  размером в плане 2,2х2,0м (рис 2-1). Щит состоит из сплошного настила с расчётной толщиной, к которому подшиты с нижней стороны поперечины и раскосы, обеспечивающие совместную работу досок настила и пространственную неизменяемость кровельного покрытия.

Размеры сечений поперечин  и раскосов в целях унификации приняты одинаковыми и равными 25х75 мм без расчёта.

 

Рисунок 2-1. Щит с однослойным сплошным настилам

1-доска сплошного настила; 2-раскосы; 3-поперечники; 4-прогоны; 5-гвозди

 

Расчёт щита настила.

Сбор нагрузок на 1 м² приведён в таблице 2-1.

Настил щита рассчитывается по схеме двухпролётной неразрезной балки пролётом b₀=1,1 м на действие только нормальных составляющих нагрузок, т.к. скатные составляющие воспринимаются раскосами. Расчётная ширина настила принимаются равным 1 м.

 

Нагрузки на 1 м² горизонтальной проекции

Таблица 2-1

№	Составляющие нагрузки	Нормативная нагрузка, кПа	gf	Расчётная нагрузка, кПа
1	Трёхслойный руберойдный  ковёр	0,09	1,3	0,120
2	Доска настила 0.022х500х10-2	0.11	1.1	0.1
3	Доски раскосов и поперечин (ориентировочно 50% весанастила)	0.055	1.1	0.061
	Итого постоянная нагрузка	0.255		0.281
4	Снеговая нагрузка	1.2	1,6	1.92
	Всего полная нагрузка	1.455		2.2010

 

При уклоне кровли a=18.43⁰<25⁰ коэффициент µ=1.0. Коэффициент надежности для снеговой нагрузки g_f = 1.6 согласно п.5.7 [1].

1) Расчёт по первому сочетанию нагрузок производится на прочность и прогиб при одновременном действии собственного веса покрытия и снеговой нагрузки.

Нагрузки на погонный метр щита с расчётной шириной  рабочего настила 1 м: