Тверской государственный технический университет
Кафедра “ Конструкции и сооружения”
Курсовая работа
по дисциплине “Конструкции из дерева и пластмасс”.
тема: ”Расчет каркаса одноэтажного здания ”.
Выполнил: студент группы ПГС 05.03
Ильин М.
Проверил: Галахин Б.А.
Тверь 2008
Содержание:
1. Исходные данные
2. Расчет рабочего настила кровельного ограждения
3. Расчет дощатых прогонов
4. Определение усилий в ферме
5. Расчет верхнего пояса фермы и подбор сечения
6. Расчет нижнего пояса фермы и подбор сечения
7. Подбор сечения стойки
8. Подбор сечения раскоса
9. Расчет и конструирование узла
10. Расчет колонны
Список литературы
1. Задание на проектирование.
Место строительства - г. Астрахань
Назначение здания – спортзал.
Покрытие – дощатое по погонам.
Стропильные конструкции – ферма, пролет l =21м, шаг 4,5м, отметка низа 6,5 м.
Длина здания L = (1,5…2,0)l =21x2=42м
Расчётная снеговая нагрузка S0 =56 кг/м2.
Ветровая нагрузка W0 =38 кг/м2.
2. Расчет рабочего настила кровельного ограждения.
Принимаем шаг прогонов, воспринимающих нагрузку от настила - 197 см. Настил сплошной двухслойный. Толщина верхнего (распределительного) слоя - 19 мм, нижнего (рабочего) - 25 мм. Рабочий настилпринят условно с целью учета от него нагрузки.
Уклон ската стропильных конструкций - 1:10 (около 6°);
Сбор нагрузок
| Наименование нагрузки | Нормативная нагрузка | Коэффициент пересчета | Расчетная нагрузка | |
| 3 слоя рубероида 1*1*3*3 | 9,0 | 1,3 | 11,7 | |
| защитный слой 1*1*0,019*500 | 9,5 | 1,1 | 10,45 | |
| Утеплитель+Бруски 0.1*0.03*500*2 | 3,0 | 1,1 | 3,3 | |
| Пароизоляция | 2,0 | 1.1 | 2.2 | |
| Рабочий настил. 1*1*0,025*500 | 12,5 | 1,1 | 13,75 | |
| Итого | 41,4 | |||
| Временная нагрузка. | ||||
| Снег 1*1*240 | 2,28 | 547,2 | ||
| итого | ||||
| нагрузка от веса человека 1*1*100 | 1,2 |
Определяем изгибающий момент М и толщину 
досок рабочего настила:
- для первого случая загружения (постоянная нагрузка и снег):
- для второго случая загружения (постоянная нагрузка и сосредоточенный груз)
Принимаем доски рабочего настила толщиной 50 мм. После остружки 48 мм
Прогиб настила 
при первом сочетании нагрузок
Условие удовлетворяется.
Рассчитать дощатого прогона.
| Наименование нагрузок | Нормативная нагрузка, кгс/м2 | Коэффи-циент перегрузки | Расчетная нагрузка, кгс/м2 | ||
| Постоянные нагрузки | |||||
| Рубероид - 3 слоя на мастике | 9,0 | 1,3 | 11,7 | ||
Защитный слой 
| 9,5 | 1,1 | 10,45 | ||
| Утеплитель+Бруски | 3,0 | 1,1 | 3,3 | ||
| Пароизоляция | 2,0 | 1.1 | 2.2 | ||
Рабочий настил 
| 22,5 | 1,1 | 24,75 | ||
| Дощатые прогоны (предварительно) | 10,0 | 1,1 | 11,0 | ||
| ИТОГО | 63,4 | ||||
| Временная нагрузка | |||||
| Снег 1*1*240 | 2,28 | 547,2 | |||
| ИТОГО | 610,6 | ||||
Нагрузка на погонный метр прогона
нормативная
расчетная
.
Прогоны кровли принимаем спаренными со стыками, расположенными по длине вразбежку на расстоянии 0,2 
от опор. Для того чтобы не увеличивать напряжение в первом и последнем пролетах, уменьшаем их на 20% ( = 
0,8 = 4,5*0,8 =3,6). Ввиду того, что составляющая по скату воспринята основными щитами, прикрепленными к прогонам гвоздями, расчет прогонов производим на изгиб относительно главной оси инерции х-х под действием только нагрузки нормальной к скату. Если учесть, что в районе ключевого шарнира фермы прогоны расположены вертикально или почти вертикально (qx^q), то именно эти прогоны, как воспринимающие наибольшую нормальную нагрузку, принимаются к дальнейшему расчету.
Изгибающий момент на третьей и далее опорах:
Требуемая высота прогона определяется по формуле:
Тогда для прогона из двух досок толщиной по 15см (b = 30см)
а для прогона из двух досок толщиной по 10 см (b= 20см)
Принимаем прогон из досок сечением 300х250мм, для которого:
Проверка прочности прогона:
Проверка жесткости:
Элементы прогона (доски) в местах стыков соединяем гвоздями d = 5мм, l = 300мм.
Расчетную несущую способность одного среза гвоздя определяем по наименьшему значению:
с
с
с
где а принято с учетом влияния острия гвоздя:
Требуемое количество гвоздей, скрепляющих доски прогона с каждой стороны стыка:
где XГВ=0.2l –15d=0,2*450-.15*0.5=82.5cм
Принимаем 9 гвоздей в одном вертикальном ряду.
Расстояние между гвоздями:
Расстояние от торца доски в месте стыка до центра гвоздей в ряду: 
Принимаем 8 см.
По длине прогона ставим конструктивно такое же гвозди через 50 см в шахматном порядке. Усилия, сдвигающие прогон по скату, для каждого прогона свои, т.к. угол между касательной к ферме в точке примыкания прогонов и линией горизонта принимает различные значения по длине дуги фермы. В общем сила, сдвигающая прогон по скату арки, равна опорной реакции неразрезного прогона от скатной равномерно распределённой нагрузки qx. На каждой из опор к низу прогона прибиваются специальные коротыши, препятствующие сдвигу фермы относительно прогона, а следовательно и всего покрытия, представляющие собою жёсткий диск. Концы прогонов надёжно закрепляют к торцевым стенам здания.
Расчёт фермы.
Нормативная нагрузка на ферму от прогонов покрытия составляет: 
.
Расчетная нагрузка от прогонов 
.
Снеговая нагрузка 
.
Собственный вес фермы находим по формуле: 
Расчетная нагрузка на 1м фермы:
-постоянная 
-снеговая равномерная 
-снеговая неравномерная 
Расчетная схема и эпюра моментов для верхнего пояса.
Усилия в стержнях фермы находим, программы графическим методом.
Усилия в стержнях от постоянной и временной нагрузок приведены в таблице ниже.
4. Конструктивный расчет
4.1. Верхний пояс (бесшарнирная арка)
Расстояние между закрепленными точками связей 
.
Стрела выгиба: 
.
Усилия: 
.
Изгибающие моменты от внешней нагрузки:
Задаемся размерами, b = 20 см, h=302,5см (после острожки 195х300), 
(древесина второго сорта).
Условие прочности выполнено.
4.2. Раскосы
Проверка прочности растянутого раскоса:
Условие прочности выполнено.
Проверка устойчивости раскоса:
Условие устойчивости выполнено.
4.3. Нижний пояс
Выбираем 2 равнополочных уголка 75x75x9; 
, 
, 
, 
Момент от изгиба за счет собственного веса двух уголков:
Условие прочности выполнено.
4.4. Конструирование и расчет узловых соединений
Опорный узел.
Узел осуществляем в виде сварного из стальных листов башмака. Верхний пояс упирается в ребристую плиту, приваренную к щекам башмака сварными швами.
Расчетное усилие 
;
Площадь опирания верхнего пояса на плиту башмака из условия смятия торца:
Длина плиты 
,
Опорную плиту рассчитываем как контурную, опертую на четыре стороны.
Нагрузка на плиту:
Изгибающий момент в плите:
Толщина плиты: 
Проверяем ребристую плиту с тремя подкрепляющими ребрами 8 х 80мм как балку пролетом, равным расстоянию между осями щек:
Расстояние от грани до центра тяжести сечения:
см
Момент инерции сечения:
Определяем размеры опорной плиты башмака. Из условия опирания и закрепления анкерными болтами принимаем опорную плиту размером 25 х 30см.
Напряжение сжатия под плитой:
где 
-опорная реакция фермы.
Толщину плиты определяем из условия изгиба:
консольный участок:
средний участок:
Тогда 
Длина сварных швов, крепящих уголки нижнего пояса:
,
значения величин приняты по СНиП П-В.3-72.
Принимаем швы: у обушка 
; у пера 
. Элементы башмака свариваем швом 
. Проверку не проводим ввиду запаса прочности.
4.5 Промежуточный узел в верхнем поясе
Расчетные усилия: 
, 
, 
Принимаем центральный узловой болт d = 20мм; число срезов два. Несущая способность болта:
-по смятию древесины:
-по изгибу болта:
- коэффициент, учитывающий смятие древесины под углом.
Стальные накладки принимаем сечением 8 х 80 мм. Проверяем накладки на продольное сжатие на участке длиной 270 мм между закреплениями на усилие 
(равнодействующее между N1 и N5)
при гибкости 
и 
Накладки крепятся к раскосам глухарями.
Несущая способность четырех глухарей d = 12 мм, l = 80 мм:
- по смятию древесины: 
;
-по изгибу глухаря: 
.
4.6 Коньковый узел
Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются лобовым упором. Расчетные усилия в раскосах: 
, 
.
Расчетное усилие, на которое рассчитывается узловой болт, находится графически (
) и действует под углом 90° по направлению к волокнам древесины верхнего пояса. Отсюда 
[1]. Находим требуемый диаметр узлового болта из условия его изгиба [1]:
, принимаем 
.
Проверяем древесину на смятие под болтом:
Стальные накладки сечением 8 X 120 мм крепим четырьмя глухарями d = 14 мм, l = 80мм. Проверку их несущей способности не производим, так как запас очевиден (см. выше).
4.7 Промежуточный узел нижнего пояса
Расчетные усилия: 
, 
.
Стальные накладки и глухари для их крепления рассчитаны выше.
Рассчитываем узловой болт, устанавливаемый в отверстия в уголках нижнего пояса, на равнодействующее усилие усилий 
и 
, равное 447,90 кгс. Плечо усилия относительно грани уголка равно 0,8 см (толщина накладки). Требуемый диаметр болта по изгибу находим из выражения:
;
принимаем 18 см
Проверяем несущую способность болта:
- по срезу 
;
- по смятию отверстия 
где t — толщина уголка.
Ослабление нижнего пояса отверстием компенсируется листовой накладкой 8 * 100 мм длиной 240 мм, привариваемой в центре узла.
Расчёт колонны
Постоянное расчетное давление на стойку от покрытия (рис.10.1).
То же, от стенового ограждения с учетом эл-тов крепления:
Расчетную нагрузку от собственной массы стойки принимаем 
Расчетное давление на стойку от снега: 
.
Ветровая нагрузку определяем по СНиП. Скоростной напор ветра на высоте до 10м 
; аэродинамические коэффициенты 
с, 
при 
.
Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены: - давление 
- отсос 
Усилия в стойках рамы. Рама является один раз статически неопределимой системой.
За лишние неизвестное принимаем продольное усилие X в ригеле от ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля:
от ветровой нагрузки на стены:
от стенового ограждения на расстоянии между серединой стенового ограждения и стойкой:
e = 0.25+0.09+0.105=0.45м.
Изгибающие моменты в заделке стоек: 
Поперечные силы в заделке стоек: 
где k=0.9- коэфф., учит. действие двух временных нагрузок.
Конструктивный расчет. Принимаем стойку прямоугольного постоянного по высоте из 16 досок толщиной 4.5см, шириной 17см (после острожки 17х42). В расчете учитываем ослабленное вырезами (для крепления анкерами болтов) сечение. Тогда: 
b=17см, 
Определяем гибкость стойки в плоскости изгиба, считая, что в здании отсутствуют жесткие торцевые стены: 
Напряжения в поперечном сечении по: 
где 
коэффициент условия работы при действии ветровой нагрузки; 
Вдоль здания стойки раскрепляем вертикальными связями, а распорками, устанавливаемыми по середине высоты стойки 
при этом 
.
П.о., проверка стойки с учетом устойчивости плоской формы изгиба не требуется.
Клеевой шов проверяем по формулам: 
Для крепления анкерных болтов по бокам стойки сделаны вырезы на глубину 13.5 см(толщина трех досок). Расчет болтов ведем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэфф. перегрузки n=0.9 вместо n=1.1 и ветровой нагрузки: 
где 
Напряжение на поверхности фундамента по формуле: 
Для фундамента принимаем бетон М100 с Rпр=60кгс/см2. Вычисляем размеры участков эпюры напряжений: 
Усилие в болтах: 
Площадь сечения болта по выражению: 
По приложению 14 [4] находим d=18мм с 
Проверку для крепления анкерных болтов рассчитываем по схеме, на рис. 10.1. (г).
Изгибающий момент: 
Из условия размещения анкерных болтов d=20мм, принимаем L 100x8 мм с 
и 
Напряжения: 
Проверяем прочность клеевого шва от действия усилия Z. Длину шва, т.е. расстояния от подошвы фундамента до выреза в стойке принимаем 
Расчетное среднее сопротивление клеевого шва скалывания по формуле: 
где е = y=37,4см.
Напряжение в клеевом шве по выражению: 
|
Рис. 10.1 Конструкция клееной стойки: а - крепление фермы к стойке; б - крепление к ф-ту;
в - эпюра напряжений на поверхности фундамента; г – схема траверсы; 1 - клееная стойка; 2 - обвязочный брус 200x200мм; 3 - опорный узел фермы; 4 – прокладки; 5 - крепежные уголки
L 100x8мм; 6 - болты d=16мм; 7 - косые шайбы; 8 - анкерные болты d=20мм; 9 -два слоя рубероида; 10 -фундамент.