Расчет деревянного каркаса здания

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерно-строительный факультет

Кафедра строительных материалов и конструкций

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 по дисциплине  «Конструкции из дерева и пластмасс»

Тема проекта: «Расчет деревянного каркаса здания»

 

 

 

 

 

               Выполнил: студент группы СТ-51

                               Бурмак Е.В.

           Проверил: Маций С.И.

 

 

 

 

 

г. Краснодар 2008г.

 

 

Содержание:

 

1. Введение 

2. Исходные данные 

3. Компоновка конструктивной схемы здания 

4. Расчетные схемы несущих и ограждающих конструкций здания и

действующей нагрузки 

5. Расчет дощатой распорной системы треугольного очертания 

6. Расчет колонны 

7. Мероприятия по обеспечению долговечности деревянных и металлических элементов конструкций 

Список используемых  источников 

Научно-исследовательская работа 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Одним из путей улучшения структуры  применяемых строительных конструкций, изделий и материалов, а также  снижение металлоемкости строительства  является внедрение в практику лёгких конструкций из дерева и пластмасс. Деревянные конструкции, особенно заводского изготовления, в основном отвечают требованиям надежности и долговечности в условиях агрессивных химических воздействий и повышенной сейсмичности.

В данном курсовом проекте рассмотрены основные положения по проектированию и расчету наиболее распространённых видов несущих конструкций из дерева на примере дощато-клееной распорной системы треугольного очертания, утепленной клеефанерной плиты под асбестоцементную кровлю и дощато-клееной колонны.

В основу проектирования и расчета  положены действующие строительные нормы и правила (СНиП) и другие нормативные документы.

 

 

2. Исходные данные

Вариант №37

Стропильная конструкция:

Рис. 1 Дощато-клееная распорная система треугольного очертания.

 

 

 

Тип покрытия

Рис. 2 Утепленная клеефанерная плита  под асбестоцементную кровлю

Таблица 1

Пролет, L	24 м
Шаг конструкции, B	3 м
Высота, h1	7,5м
Ветровой район I, w0	0,38 кПа
Снеговой район IV, Sкр	1 кПа
Климатический район строительства	Тикси

 

3. Компоновка конструктивной схемы здания

Размер здания в плане принимаем 30000х24000 мм, шаг рам 3000 мм.

Рис. 3 Конструктивная схема здания

 

 

4. Расчетные схемы несущих и ограждающих конструкций здания и действующей нагрузки

 Расчет утепленной клеефанерной плиты под асбестоцементную кровлю.

Исходные данные: пролет панели 3000 мм, принимаем размеры клеефанерной плиты в плане 2980х1340 мм, нижняя обшивка из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ, ребра из сосновых досок 2-го сорта, утеплитель: минеральные плиты δ = 15 см, γ = 1 кН/м³, пароизоляция из полиэтиленовой пленки δ = 0,2 мм, кровля из асбестоцементных листов.

Принимаем толщину фанерных обшивок  равной 10 мм. Направление волокон наружных слоёв фанеры нижней обшивки принимаем продольные. Деревянный каркас плиты образуем продольными ребрами из досок, жёстко склеенных с фанерной обшивкой. Фанерные листы стыкуются соединением на ус. Под стыками обшивок и в торцах плиты предусматриваем поперечные рёбра. Сечение продольных ребер принимаем 225х32 мм.

Расчетный пролет плиты l=0,99∙2,98=2,94 м.

Высота плиты h_п=h_р+δ_ф ; h_п=225+10=235 мм.

Относительная высота плиты h/l=235/2,98=1/20 Принимаем четыре продольных ребра.

 

Рис. 4 Утепленная клеефанерная плита покрытия с одной нижней обшивкой

Рис.5 Поперечное сечение плиты  покрытия

Сбор нагрузок и статистический расчет

Нагрузки на плиту приведены в табл.2.

Таблица 2

Сбор нагрузок

№	Наименование нагрузки	Нормативная Нагрузка, кН/м2	Коэф. надежн. по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Кровля асбестоцементная	0,2	1,3	0,26
2	Фанерная обшивка 0,01∙7 кН/м3	0,07	1,1	0,077
3	Продольные и поперечные ребра (2,94·0,2·0,032·4+1,34·0,2·0,032·5)·5/ /(2,94·1,34) кН/м3	0,15	1,1	0,165
4	Утеплитель 0,15∙1 кН/м3	0,15	1,2	0,18
5	Пароизоляция 6·0,002	0,012	1,2	0,0144
	Всего по покрытию	0,582		0,696
6	Снеговая	1,0	1,6	1,6
	Итого	1,582		2,296

 

Расчетный пролет плиты с учетом длины опорного участка менее 5,5 см составит

l=3,0-0,06=2,94 м.

Нормативная нагрузка на погонный метр:

q_н =1,582·1,35= 2,136 кН/м.

Расчетная нагрузка на погонный метр:

q_р =2,296·1,35= 3,1

кН/м.

Максимальный изгибающий момент в середине пролета плиты:

 кН·м.

Максимальная поперечная сила:

 кН.

Геометрические характеристики поперечного сечения.

Расстояние между продольными ребрами по осям:

а = 44,7 см; l = 294 < 6·a=268,2 см.

Рис. 6  К определению характеристик приведенного сечения

Расчетная ширина фанерной обшивки:

b_расч.=0,9·b=0,9·134=1,21 м; b_р.ст.=4·0,32=0,128 м.

Геометрические характеристики плиты  приводим к древесине ребер, учитывая отношение:

Приведенная площадь поперечного сечения:

А_пр=b_р.ст.∙h_р +b_расч.∙δ_ф∙E_ф/E_др =0,128∙0,255+1,21∙0,01·0,9=0,04 м²;

Приведенный статический момент сечения  относительно верхней грани продольных ребер:

S_пр=b_р.ст.·h_р.ст.· h_р.ст./2+ δ_ф· b_ф.расч.( δ_ф/2+h_р.ст.)·n=

=0,128·0,225·0,1125+0,01·1,21(0,01/2+0,225)·0,9=0,0057 м³.

Расстояние от верхней грани продольных ребер до центра тяжести продольных сечения:

Расстояние  от центра тяжести плиты до наружной грани фанерной обшивки:

Z_н=h-Z_в=0,235-0,1425=0,0925 м=9,25 см.

Расстояние  от центра тяжести плиты до центра тяжести продольных ребер:

Z_р=Z_в-h_р/2=0,1425-0,225/2=0,03 м=3 см.

Момент инерции  фанерной обшивки относительно центра тяжести плиты (без учета момента  фанерной обшивки относительно собственной оси):

I_ф=b_расч· δ_ф·( δ_ф/2)²+

=121·1·(1/2)²+ =40,33 см⁴.

Момент инерции  ребер относительно нейтральной  оси плиты:

I_др= b_р·h_р·Z_н²+

=12,8·22,5·9,25²+ =36792 см⁴.

Момент инерции  поперечного сечения плиты, приведенной  к древесине:

I_пр^д= I_др+I_ф·n=36792+40,33·0,9=36828 см⁴.

Момент инерции  поперечного сечения плиты, приведенной  к фанере:

I_пр^ф= I_ф+ I_др·Е_др/Е_ф=40,33+36792·10000/9000=40920 см⁴.

Проверка  плиты на прочность.

Напряжение в нижней фанерной обшивке:

 кН/см²= 0,75 МПа R_фр·к_ф/ =14·0,6/0,95=8,8 МПа.

Напряжение  в сжатых волокнах продольных ребер, работающих на изгиб:

кН/см²=1,3 МПа МПа.

Проверку на скалывание фанерной обшивки в месте приклеивания ее к продольным ребрам каркаса производят по формуле:

кН/см²=0,043 МПа МПа,

где приведенный статический  момент фанерной обшивки относительно центра тяжести сечения равен:

S_пр^ф=b_ф·δ_ф·(h-Z_в-δ_ф/2)=121·1·(23,5-14,25-1/2)=499,125 см³.

Проверка  плиты на прогиб.

Относительный прогиб плиты, при q_n=1,58 кН/м=0,0158 кН/см и Е_д=10000 МПа=1000 кН/см²:

<  < ,    0,0002<0,0042

где 1/250- предельный прогиб в плитах покрытия.

5. Расчет и конструирование несущих конструкций.

5.1 Расчет дощатой распорной системы треугольного очертания.

Рис.7 Дощатоклееная распорная система треугольного очертания

Принимаем для  треугольной арки верхний пояс –  клеедеревянный, нижний – металлический из спаренных уголков. Строительный подъем арки :

Нагрузки на арку приведены в табл.3.

Таблица 3

Сбор нагрузок

№	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэф. надежн. по нагрузке γf	Расчетная нагрузка кН/м2
1	Плита покрытия	0,58		0,696
2	Собственный вес gсв=gн+S/(1000/(K∙L)-1)	0,15	1,1	0,165
3	Снеговая	1,0	1,6	1,6
	Итого	1,73		2,461

 

Нормативная нагрузка от собственного веса арки:

кН/м².

Активная нагрузка на 1 погонный метр.

Нормативная нагрузка:

кН/м.

Расчетная нагрузка:

кН/м.

Снеговая нормативная нагрузка:

кН/м.

Снеговая расчетная нагрузка:

кН/м.

Постоянная нагрузка на арку.

Нормативная нагрузка:

кН/м.

Расчетная нагрузка:

кН/м.

Определение усилий в  элементах системы.

-при первом сочетании нагрузок

Рис.8 Расчетная схема для первого  сочетания нагрузок

 

Опорные реакции:

кН.

Усилие в затяжке:

кН.

Сжимающие усилия в верхнем поясе  арки:

;     α=21,8;

cosα=0,928

кН.

Момент от нагрузки по верхнему поясу:

кН·м.

- при втором сочетании нагрузок

 

Рис.9 Расчетная схема для второго  сочетания нагрузок

Опорная реакция R_a’: 

кН.

Опорная реакция R_в’: 

кН.

Усилия в затяжке:

кН.

 

Сжимающие усилия в верхнем поясе:

кН.

5.2. Подбор сечения верхнего пояса.

Верхний пояс рассчитывается как сжато-изогнутый стержень, на который действует продольная сила и изгибающий момент от поперечной нагрузки. Для уменьшения изгибающего момента в верхнем поясе, продольную силу прикладывают внецентренно, что вызывает разгружающий отрицательный момент.

Задаемся эксцентриситетом приложения нормальной силы в опорном и коньковом узлах, не более ¼ высоты поперечного сечения верхнего пояса. Сечение верхнего пояса выполняют в виде клееного пакета досок, состоящих из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов сечения 44х275.

После фрезерования черновых заготовок  по пластям на склейку идут чистые доски сечения 38х275. Получаем клееный  пакет из 21 доски общей высотой      798 мм.

После склейки пакета его фрезеруют  по боковым поверхностям, снимая с каждой стороны по 5-7 мм. В конечном итоге получаем размер сечения верхнего пояса арки 260х798 мм, представленный на рис.10.

Рис.10 Сечение верхнего пояса арки

 

Площадь поперечного сечения:

м².

Момент сопротивления: 

см³.

 

Для уменьшения возникающего изгибающего момента в верхней  части сечения в опорном и коньковом узлах делают вырезы.

Принимаем эксцентриситет е ≤ h/4

е=798/4=199,5 мм,

принимаем е = 190 мм.

Разгружающий момент:                                                           

М_N=N₁·e=119,337·0,19=22,67 кНм.

Принимаем расчетные характеристики древесины 2-го сорта на изгиб и  сжатие: Rи=Rс=13 МПа.

Проверяем сечение для  первого сочетания нагрузок.

Расчет на прочность сжато-изгибаемых элементов производят по формуле: