Исходные данные.
Требуется запроектировать деревянные конструкции покрытия сельского клуба при следующих условиях:
― пролетздания 15м;
― длина 64м;
― кровля из волнистых асбестоцементных листов;
― стены кирпичные;
― древесина элементов фермы – сосна;
― снеговой район – III;
В качестве несущих конструкций покрытия принимаем металлодеревянные фермы на врубках с шагом 4 м и высотой, равной 1/5 пролета (3 м). Прогоны покрытия располагаем по узлам ферм.
Сбор нагрузок.
Снеговая нагрузка (10.1) [1]:
– (п.10.5) [1];
– (п.10.6) [1];
– (п.10.4) [1];
- (т.10.1) [1].
Нагрузка от кровельных асбестоцементных листов 
| Наименование нагрузки | Нормативная нагрузка | 
| Расчетная нагрузка |
| 1. Асбестоцементные листы | 0,12 кН/м2 | 1,2 | 0,144 кН/м2 |
| 2. Снег | 1,26 кН/м2 | 1,4 | 1,764 кН/м2 |
| Итого: | 1,38 кН/м2 | 1,908 кН/м2 |
Расчет конструкций ограждающих частей и подбор их сечений.
3.1. Обрешетка.
В соответствии с (п.8.16) [2] рассчитываем обрешетку на два сочетания нагрузок:
a) постоянная и временная от снега.
Линейные составляющие нагрузок:
Нормативные 
Расчетные 
Задаемся брусом 
и проверяем его на косой изгиб (п.6.12) [2]:
Проверяем сечение на предельный прогиб:
b) постоянная и временная от сосредоточенного груза 1 кН с умножением последнего на коэффициент перегрузки mн=1,2:
Т.к. условие не выполняется, подбираем следующее сечение 
.
Окончательно принимаем для обрешетки брус 
.
3.2. Скатные балки.
Значения нормативной и расчетной нагрузок на балку:
Требуемый момент сопротивления сечения:
Зададимся шириной балки 75 мм. Тогда:
Принимаем сечение 
.
Проверка на предельный прогиб:
Принимаем сечение 
.
Окончательно принимаем для скатной балки доску 
.
3.3. Неразрезные прогоны.
Прогоны проектируем из двух спаренных досок со стыком вразбежку на расстояниях от опор, равных 0,21 l. Для обеспечения совместной работы досок последние сбиваются гвоздями через 500 мм. Работа прогона на косой изгиб исключается конструктивно. В крайних пролетах в связи с повышенным значением момента балку составляем из трех досок.
Значения нормативной и расчетной нагрузок на прогон:
Требуемый момент сопротивления сечения:
Зададимся толщиной досок 50 мм. Тогда:
В соответствии с сортаментом [4] принимаем прогон сечением 
.
Проверка на предельный прогиб:
Окончательно принимаем для прогона сечение 
.
Расчет гвоздей в стыках досок выполним по (60) [1]. Для этого найдем значение перерезающей силы в сечении:
Несущая способность одного нагеля (т.20) [1]:
Количество гвоздей, которое необходимо поставить в стыках досок с кажой стороны:
Принимаем n = 7шт.
Расчет фермы.
4.1. Сбор узловых нагрузок.
В верхних узлах:
Постоянная:
― от веса кровли:
― от веса обрешетки:
― скатных балок:
― прогонов:
Временная:
― от снега:
4.2. Расчет усилий в элементах фермы.
Расчетные усилия в элементах фермы приведены в таблице:
| Элементы | 1-2 | 2-4 | 4-7 | 1-3 | 3-5 | 5-6 | 2-3 |
| Усилия | -137,87 | -110,19 | -82,65 | 127,94 | 127,94 | 102,36 |
| 4-5 | 6-7 | 2-5 | 4-6 |
| 10,23 | 51,15 | -27,57 | -32,75 |
Подбор сечений элементов фермы.
5.1. Верхний пояс.
Верхний пояс принимаем одного сечения, его размеры определяем по максимальному усилию N = -137,87 кН.
Гибкость стержня 1-2:
µ0 = 1,0 (п.6.23) [2];
Полагаем, что гибкость λ ≤ 70, определим коэфф. продольного изгиба по (7) [2]:
Требуемый размер сечения находим, исходя из (6) [2]:
Подбираем в соответствии с [4] брус 150 
. Проверяем гибкость:
Окончательно принимаем для верхнего пояса фермы брус 
.
5.2. Нижний пояс.
Нижний пояс принимаем из двух уголков, размеры которых определяем по максимальному усилию N =127,94 кН, исходя из (5) [3]:
Окончательно принимаем для нижнего пояса фермы 
(A = 3,481 см2).
5.3. Стойка 2-3.
Так как усилие в стойке 2-3 равно нулю, назначаем конструктивно прокат круглого
сечения 
согласно [5].
5.4. Стойка 4-5.
Требуемая площадь поперечного сечения:
С учетом ослабления резьбой окончательно принимаем для стойки 4-5 сечение 
согласно [5].
5.5. Стойка 6-7.
Требуемая площадь поперечного сечения:
С учетом ослабления резьбой окончательно принимаем для стойки 6-7 сечение 
согласно [5].
5.6. Раскос 2-5.
Усилие в раскосе 2-5 N = -27,57кН. Из удобства конструирования узлов все раскосы принимаем толщиной 150 мм.
Гибкость раскоса:
µ0 = 1,0 (п.6.23) [2];
Полагаем, что гибкость λ ≥ 70, определим коэфф. продольного изгиба по (8) [2]:
Требуемый размер сечения находим, исходя из (6) [2]:
Подбираем в соответствии с [4] брус 
. Проверяем гибкость:
Окончательно принимаем раскоса 2-5доску 
.
5.7. Раскос 4-6.
Усилие в раскосе 4-6 N = -32,75 кН
Гибкость раскоса:
µ0 = 1,0 (п.6.23) [2];
Полагаем, что гибкость λ ≥ 70, определим коэфф. продольного изгиба по (8) [2]:
Требуемый размер сечения находим, исходя из (6) [2]:
Подбираем в соответствии с [4] брус 
. Проверяем гибкость:
Окончательно принимаем раскоса 4-6 доску 
.
Поскольку при некотором сочетании нагрузок раскос может оказаться растянутым, предусматриваем его закрепление в узлах через стальные накладки болтом, диаметр которого определяем из условия:
Принимаем болт 
мм
Расчет узлов.
6.1. Опорный узел.
Определяем длину сварных швов прикрепления уголков нижнего пояса к фасонкам. Принимаем катет шва 5 мм, тогда по (п.14.1.6) [3]:
Длина сварного шва по обушку:
Длина сварного шва по перу:
Принимаем сварные швы по перу длиной 6 см и по обушку длиной 12 см.
Для расчета упорной плиты выясним максимальный изгибающий момент:
Принимаем толщину плиты δ = 12 мм и находим положение нейтральной оси поперечного сечения плиты для определения момента сопротивления:
Момент инерции относительно нейтральной оси сечения:
Момент сопротивления сечения:
Напряжение:
Проверим прочность сварных швов прикрепления упорной плиты к фасонкам при катете шва 6 мм:
Условие прочности обеспечено.
6.2. Узел 2.
Определим глубину врубки hвр раскоса 2-5. Условие прочности верхнего пояса на смятие (57) [2]:
гдеN= -27,57;
Проверяем врубку на скалывание:
Условие прочности обеспечено.
6.3. Узел 4.
Определим глубину врубки hвр раскоса 4-6. Условие прочности верхнего пояса на смятие (57) [2]:
гдеN= -32,75;
Принимаем 
Проверяем врубку на скалывание:
Условие прочности обеспечено.
6.4. Узлы 5 и 6.
В узлах 4 и 5 требуется проверить сварные швы, которыми прикрепляются упорные уголки к уголкам нижнего пояса. Проверяем по максимальному усилию N = -32,75 кН.
Горизонтальная составляющая, воспринимаемая сварными швами:
Катет шва принимаем 5 мм.
Условие прочности обеспечено.
6.5. Стыки поясов.
Стыки верхнего пояса проектируем упором стыкуемых частей с накладками из досок толщиной 60 мм, соединяемыми болтами диаметром 12 мм. Стык нижнего пояса предусматриваем в среднем узле с приваркой к уголкам пояса стальных накладок толщиной 6 мм. За счет перелома нижнего пояса в месте стыка устраиваем строительный подъем, равный 1/200 пролета, т.е. 75 мм.
Требуемая суммарная площадь накладок:
При ширине накладок 100 мм их общая площадь нетто составит:
Требуемая длина сварных швов по обушку:
Требуемая длина сварных швов по перу:
Список используемой литературы.
1. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»
2. СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции»
3. СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»
4. ГОСТ 24454-80* «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры»
5. ГОСТ 2590-88 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент»