Содержание
ВВЕДЕНИЕ 1
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Студент Токмаганбетов А Группа 9КПО-10-2.
Здание 1- пролетное. Длина здания L = 60 м.
Пролет l 1 12 м; шаг l 2 6 м
Высота до низа конструкций 4,6 м
Несущие конструкции треугольная ферма.
Вид покрытия настил по прогонам Стены здания навесные панели.
Район строительства г. Караганда.
Содержание расчетно-пояснительной записки
- Определение геометрических размеров сооружения и элементов конструкций.
- Определение нормативных и расчетных нагрузок.
- Расчет покрытия (настил, прогоны или клеефанерные плиты)
- Статический и конструктивный расчеты основных несущих конструкций
- Проектирование элементов и узлов основных несущих конструкций.
- Краткие указания по монтажу и изготовлению элементов покрытия.
- Мероприятия по защите конструкций от гниения и возгорания.
1 ВВЕДЕНИЕ
Современные темпы развития промышленного и гражданского строительства требуют широкого применения различных конструкционных материалов. Одним из путей улучшения структуры применяемых материалов, а также снижения металлоемкости строительства является внедрение 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.
Наиболее рациональными областями применения деревянных конструкций являются здания, в атмосфере которых присутствуют слабоагрессивные газы, пыль или аэрозоли. В промышленности это предприятия по производству минеральных удобрений, электролитные цехи цветной металлургии, здания нефтяного и целлюлозно-бумажного производства. В сельском хозяйстве — это животноводческие помещения (коровники, свинарники, птичники), а также склады минеральных удобрений. Деревянные конструкции эффективны в условиях рассредоточенного строительства, так как для их перевозки и монтажа не требуются механизмы и машины повышенной грузоподъемности. В зданиях общественного значения спорт- и кинозалы, выставочные павильоны, крытые рынки при больших пролетах эффективно применение клееной древесины, где малый собственный вес конструкций играет важную роль. Интерьер таких зданий получается более выразительным.
2 Компоновка конструктивных элементов
Разработка курсового проекта начинается с компоновочных работ, включающих в себя:
— план здания с разбивкой сетки колонн (схематический продольный и поперечный разрезы здания с указанием основных размеров);
— определение размеров ригеля;
— схемы связей;
— схему торцевого фахверка.
Для бескрановых зданий разбивочные оси колонн совмещают с их геометрическими осями. Ширина плит покрытия должна быть согласована с учетом свеса кровли не менее чем на 50 см.
Каркас здания представляет собой сложную пространственную конструкцию. Ее обычно расчленяют на следующие элементы:
а) основные несущие конструкции:
— балки, арки с затяжками или фермы, опирающиеся шарнирно на защемленные в фундамент стойки;
— рамы или арки, с непосредственным опиранием на фундамент;
б) ограждающие конструкции покрытия (панели или щиты из досок по прогонам);
в) стеновое ограждение (панельное или щитовое);
г) стойки торцевого фахверка;
д) горизонтальные и вертикальные связи.
Каркас здания должен обеспечивать передачу действующих горизонтальных и вертикальных нагрузок на фундаменты по кратчайшему пути. Здание, выполненное только из одних плоских несущих конструкций, является геометрически изменяемым.
Для обеспечения пространственной жесткости здания конструкции соединяются при помощи горизонтальных и вертикальных связей. Кроме того связи служат для обеспечения устойчивости сжатых элементов конструкции, а также для восприятия и передачи горизонтальных нагрузок, например, от ветра на торцы здания обеспечивают устойчивость конструкций во время монтажа. Схема расстановки связей представлена на рис. 2.1.
Вертикальные связи 6 плоскости стоек 1 устанавливают по торцам здания и через 20…30 м по длине. В случае применения решетчатых колонн связи ставят в плоскости обеих ветвей. Оголовки колонн соединяются между собой обвязкой 5. Эти связи предотвращают возможное смещение оголовка колонн. Вертикальные связи 3 в покрытии размещают между каждой парой ферм в плоскости средних и опорных стоек или раскосов, а при пролетах более 24 м — и в четвертях пролета. Эти связи предотвращают возможное смещение ригеля от вертикали. Вертикальные связи устанавливаются попарно в арках и рамах, если при проверке плоской формы деформирования не обеспечивается необходимая устойчивость сжатой кромки элемента.
Горизонтальные связи покрытия 4 ставятся в плоскости верхних сжатых поясов ферм, арок, рам и балок у торцов здания и через 20…30 м по длине. Они обеспечивают устойчивость сжатого пояса конструкции. При шаге несущей конструкции 3…4 м связи имеют вид раскосных ферм, при шаге 2 м и менее — полураскосную решетку, а при шаге более 4 м — применяется крестовая решетка. Раскосные и полураскосные связи выполняются из брусьев, крестовые — из металлических тяжей. Если в покрытии применены дощатые или фанерные щиты с раскосами или клеефанерные панели, жестко крепленые с верхним поясом ригеля, то установка связей 4 не обязательна.
Торцевой фахверк является несущим элементом торцевой стены здания. Он воспринимает вертикальную нагрузку от собственной массы ограждающей конструкций торцевой стены, горизонтальную ветровую нагрузку, а иногда еще и нагрузку от части покрытия, включая массу снега. Торцевой фахверк выполняется из системы стоек, ригелей (распорок) и крестовых или раскосных связей. При высоте 6…6,5 м стойки фахверка могут быть выполнены из брусьев, при большей высоте их делают клеедеревянными или решетчатыми.
Крепление элементов связей осуществляется при помощи болтов или гвоздей.
3 Ограждающие конструкции
Ограждающие конструкции предназначены для отделения внутренних помещений здания от внешней среды, в зависимости от назначения здания. Ограждения выполняются утепленными, построечного изготовления. При построечном изготовлении покрытия устраивают из отдельных элементов: прогонов, настила.
Изгибаемые элементы покрытий рассчитываются по прочности и прогибу. Деревянные настилы служат для поддержания кровли и утеплителя. Основным фактором, определяющим выбор кровельного материала, является уклон кровли. Также учитывается влияние агрессивной среды, если она может воздействовать на материал кровли. Выбор состава кровли производится по СНиП П-26-76 «Нормы проектирования. Кровли».
3.1. Настилы
Деревянные настилы целесообразно изготавливать щитовыми. Настилы бывают сплошными и разряженными. Существует два типа сплошных настилов: двойной перекрестный и однослойный настил.
Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев досок. Верхний — защитный (сплошной) слой досок толщиной 16…22 мм и шириной не более 100 мм укладывают под углом 45…60 к нижнему рабочему настилу и крепят к нему гвоздями. Рабочий настил делают разряженным. Расстояние между досками для лучшего проветривания должно быть не менее 20 мм. Доски рабочего настила принимаются 19…32 мм согласно расчету. Опирание рабочих досок для повышения жесткости должно быть не менее чем на три опоры.
Длина щитов принимается из условия опирания на прогоны, не более 3…4 м, ширина — из условия простоты перевозки и монтажа в пределах 1,5…2 м.
Расчет настилов
Деревянные настилы и обрешетки рассчитывают на поперечный изгиб по схеме двухпролетной балки на два сочетания нагрузок:
а) на действие равномерно распределенной нагрузки от собственного веса и снега проверяют на прочность и прогиб;
б) на действие равномерно распределенной нагрузки от собственного веса покрытия и сосредоточенного груза в одном пролете Р = 1,2 кН проверяют только на прочность.
3.2 Прогоны
Прогоны воспринимают нагрузки от настилов и передают их на верхние кромки несущих конструкций. Прогоны укладывают вдоль ската шагом 1,5 м. Прогоны работают на косой изгиб и выполняются неразрезными. Неразрезные прогоны выполняются из спаренных досок, поставленных на ребро, которые стыкуются вразбежку. Неразрезные прогоны по расходу материала более выгодны, чем однопролетные. Их применяют в покрытиях с преобладающей равномерно распределенной нагрузкой во всех пролетах, устанавливают в скатных перекрытиях при незначительных уклонах под рубероидную кровлю. Расчеты прогонов производятся на прочность и прогиб в зависимости от принятой схемы.
Подсчет нагрузок
Таблица 1
| № п/п | Наименование нагрузок | Нормативная нагрузка, кН / м2 | Коэффициент
надежности
по нагрузке, 
| Расчетная нагрузка, кН / м2 |
Постоянная нагрузка
Гидроизоляционный ковер (трехслойный рубероидный ковер на мастике)
Цементно-песчаная стяжка ( )
Утеплитель «Пеноплекс»
( =0,35кН/м3;  )
Пароизоляция
Рабочий настил
(ρ=600кг/м3; b=22мм; h=100мм; Lp=1,5м)
Защитный настил (ρ=600кг/м3;  = 16 мм)
| 0,09 0,36 0,035 0,06 0,01 0,096 | 1,3 1,3 1,3 1,3 1,1 1,1 | 0,117 0,468 0,046 0,078 0,011 0,106 | |
| Итого по покрытию: | 0,651 | 0,826 | ||
| Снеговая нагрузка (для III снегового района) | 1,28 | 1,4 | 1,8 | |
| ИТОГО: | 1,931 | 2,626 |
Угол наклона кровли находится в 1/6 пролета фермы:
tg 
=0,33 
=18,2 0
cos 
=0,950
Нормативная нагрузка на 1 погонный метр:
cos 
= 1,931*0,950= 1,83 кН/м.
Расчетная нагрузка на 1 погонный метр:
qx = (gx + sx) cos 
= 2,626*0,950 = 2,50 кН/м.
П е р в о е с о ч е т а н и е — максимальный изгибающий момент М1 возникает над средней опорой и определяется выражением
,
где l — расстояние между прогонами.
М1 = 
= 1,1 кН*м
Определяем требуемый момент сопротивления W1 досок рабочего настила по формуле:
,
где Rи = 13 МПа — расчетное сопротивление древесины (сосна II-го сорта) изгибу, по таблице 3 
- коэффициент надежности здания по назначению
см3
Требуемая толщина досок настила, при ширине b = 100 см:
=2,1 см
Окончательно сечение 1 доски настила назначается по сортаменту - (100*25) мм
Момент сопротивления 1доски настила:
=10,4 см3
Количество досок рабочего настила на 1м:
h= 
шт
Шаг досок настила (см. приложение 2):
a= 
Относительный прогиб настила:
,
где I = 
— момент инерции сечения доски рабочего настила;
I= 
130,2 см4
Е = 10 000 МПа =103 кН/см2 — модуль упругости древесины.
- предельный прогиб настила по табл. 16 [1]
В т о р о е с о ч е т а н и е нагрузок — максимальный изгибающий момент М2 возникает на расстоянии 0,43l от крайней опоры и определяется:
М2= 0,07gxl2 + 0,207Рxl,
где gx = g*cos 
= 1,047*0,945 = 0,998 кН/м – нормальная составляющая постоянной нагрузки;
Монтажная нагрузка Рx = 1,2 кН при двойном перекрестном настиле передается на ширину рабочего настила, равную 0,5 м:
Рх = 2 Р cos 
= 2*1,2*0,954 = 2,289 кН
М2 = 0,07*0,998*1,52 + 0,21*2,289*1,5 = 0,878 кН*м
Проверка прочности рабочего настила по формуле:
,
где W2= 
— момент сопротивления принятой толщины досок,
n = 8 – количество досок рабочего настила,
W2 = 
= 83,8 см3
mн = 1,2 (табл. 6 [1]) и mn = 1,2 (табл. 4 [1]) — коэффициенты условий работы;
γn = 0,95 — коэффициент надежности здания по назначению
кН/см2.
Прочность досок рабочего настила обеспечена.
Прогоны
Прогоны воспринимают нагрузки от настилов и передают их на верхние кромки несущих конструкций. Прогоны укладывают вдоль ската шагом 1,5 м. Прогоны работают на косой изгиб и выполняются неразрезными. Неразрезные прогоны выполняются из спаренных досок, поставленных на ребро, которые стыкуются вразбежку. Неразрезные прогоны по расходу материала более выгодны, чем однопролетные. Их применяют в покрытиях с преобладающей равномерно распределенной нагрузкой во всех пролетах, устанавливают в скатных перекрытиях при незначительных уклонах под рубероидную кровлю. Расчеты прогонов производятся на прочность и прогиб в зависимости от принятой схемы.
Расчет многопролетных неразрезных прогонов
Подсчет нагрузок Таблица 2
| № п/п | Наименование нагрузок | Нормативная нагрузка, кН/м2 | Коэффициент
надежности
по нагрузке,
| Расчетная нагрузка, кН/м2 |
| Вес покрытия Собственный вес прогонов (ρ=600кг/м3; bxh=225x200мм) Вес связей | 0,651 1,2 0,05 | 1,1 1,05 | 0,826 1,32 0,053 | |
| Итого | 1,901 | 2,199 | ||
| Снеговая нагрузка | 1,28 | 1,4 | 1,8 | |
| Итого | 3,181 | 4,0 |
Прогоны, расположенные на скате кровли, работают на изгиб в двух плоскостях, поэтому расчет прогонов производится с учетом косоизгибаемости:
Вертикальная нагрузка на прогон определяется по формуле:
,
где gk – расчетная нагрузка от веса 1 м2 кровли;
b – расстояние между прогонами (шаг прогонов);
qp – расчетная нагрузка от веса прогона.
Нормативная вертикальная нагрузка на прогон:
= 4,92 кН/м2
Расчетная вертикальная нагрузка на прогон:
= 6,17 кН/м2
Составляющие нагрузки qx и qy равны:
qx = q*cos 
; qy = q*sin 
.
Составляющие нормативной нагрузки на прогон:
кН/м2 
кН/м2
Составляющие расчетной нагрузки на прогон:
qx = 
кН/м2 qy = 
кН/м2
1. Составляющие расчетного изгибающего момента, возникающего на промежуточной опоре, определяются по формуле:
; 
.
кН*м; 
кН*м.
2. Проверка на прочность прогона при косом изгибе производится по формуле:
,
где Wx и Wy - моменты сопротивлений поперечного сечения прогона, определяются по формуле:
При принятых размерах сечения прогона (
) мм (см. приложение 3), моменты сопротивлений равны:
см3;
Rи = 1,4 кН/см2 – расчетное сопротивление древесины изгибу
Прочность прогонов обеспечена.
3. Относительный прогиб, наибольший в крайних пролетах, определяется по формуле:
,
где I = Ix =Iy 
см4 – момент инерции сечения прогона;
- предельный прогиб настила
При косом изгибе прогиб прогонов определяется по формуле:
см;
см;
см;
4. Определяем количество гвоздей в конце каждой доски по одну сторону стыка (см. приложение 3):
,
где 
— расстояние от опоры до ближайшего гвоздевого забоя по одну сторону стыка;
Тmin — наименьшая несущая способность односрезного гвоздя (кН), определяемая согласно табл.17 [1].
Принимаем диаметр гвоздя dгв = 7 мм, тогда
Хгв = 
Длина защемления гвоздя:
lзащ = h – h1 – 2мм – 1,5dгв = 250 – 125 – 2 – 
= 112,5 мм;
lзащ 
мм;
Несущая способность гвоздя работающего на изгиб:
кН,
где mв = 1
кН;
Несущая способность несимметричного односрезного соединения, работающего на смятие в более тонких элементах:
кН,
где kн = 0,36 – коэффициент для односрезных соединений
Несущая способность несимметричного односрезного соединения, работающего на смятие в более толстых элементах:
кН;
.
Несущие конструкции
Фермы относятся к сквозным конструкциям. Основным достоинством их является рациональное распределение материала, благодаря чему расходуется меньше древесины, чем в конструкции сплошного сечения.
Пространственная жёсткость покрытия в период эксплуатации обеспечивается панелями кровли, которые образуют жёсткую пластину в плоскости ската крыши. Кроме того, необходимо поставить горизонтальные связи, воспринимающие и ветровую нагрузку. Горизонтальные связи образуют в плоскости верхних поясов несущих конструкций ферму, которая передаёт действующие в её плоскости усилия на продольные стены.
Геометрический расчёт фермы
Рекомендуемая расчётная высота фермы: 
Длина ската верхнего пояса: 
Длина панели верхнего пояса: 
Длина панели нижнего пояса: 
Длина раскосов: 
a=18,2°
Статический расчет
Определение нагрузок
Максимально возможные усилия могут возникнуть от следующих комбинаций нагрузок:
· постоянная и временная (снеговая и полезная) равномерно распределены по всему пролету конструкции;
· постоянная, равномерно распределенная на всем пролете, и временная равномерно распределенная на полупролете.
Сбор нагрузок на ферму
| № п/п | Наименование нагрузок | Нормативная нагрузка кН/м² | Коэффициент надежности по нагрузке, γf | Расчетная нагрузка, кН/м² |
| Постоянная от покрытия | ||||
| Гидроизоляционный ковер (трехслойный рубероидный ковер на мастике) | 0,09 | 1,3 | 0,117 | |
| Утеплитель – «Пеноплекс»
( =0,35кН/м3; )
| 0,035 | 1,3 | 0,046 | |
| Пароизоляция | 0,06 | 1,3 | 0,078 | |
| Рабочий настил (ρ=600кг/м3; b=22мм; h=100мм; Lp=1,5м) | 0,01 | 1,1 | 0,011 | |
| Защитный настил (ρ=600кг/м3; = 16 мм)
| 0,096 | 1,1 | 0,106 | |
| Собственный вес прогонов (ρ=600кг/м3; bxh=225x200мм) | 1,2 | 1,1 | 1,32 | |
| Собственный вес фермы | 0,16 | 1,1 | 0,176 | |
| Итого по покрытию: | 1,65 | 1,85 | ||
| Снеговая нагрузка (для III снегового района) | 1,28 | 1,4 | 1,8 | |
| полная | 2,93 | 3,65 |
При сборе нагрузок необходимо учитывать собственный вес конструкции:
,
где кс.в. - коэффициент собственного веса фермы;
gH - величина нормативных нагрузок от массы покрытия;
SH — величина нормативных нагрузок от снега.
Расчетная постоянная нагрузка на 1 м фермы:
Нагрузка на узел верхнего пояса: Р = 43,8 кН