Проектирование деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания каркасного типа

Содержание
Введение 4
1Компоновка каркаса здания 5
1.1Разбивка сетки колонн 5
1.2Компоновка поперечной рамы 5
2Проектирование клеефанерной плиты покрытия 7
2.1Назначения предварительных размеров плиты покрытия 7
2.2Проверка наружного листа фанерной обшивки на местный изгиб 9
2.3Расчет плиты на общий изгиб 10
2.3.1Статический расчет 10
2.3.2Геометрические характеристики приведенного поперечного сечения 13
2.3.3Проверка прочности нижней (внутренней) фанерной обшивки 14
2.3.4Проверка наружной (верхней) обшивки на устойчивость 15
2.3.5Проверка прочности клеевых швов между шпонами фанеры на скалывание 15
2.3.6Проверка прочности древесины продольных ребер на скалывание 16
2.3.7Проверка жесткости плиты
3Расчет и конструирование металлодеревянной треугольной фермы 18
3.1Опредление геометрических размеров фермы 18
4Статический расчет треугольной фермы 20
4.1Определение нагрузок 20
4.1.1Постоянные нагрузки 20
5Конструктивный расчет стержневых элементов треугольной фермы 25
5.1Определение размеров поперечных сечений клеедощатых верхних поясов треугольной фермы 25
5.2 Проектирование нижних поясов металлодеревянной треугольной фермы 29
5.3Проектирование растянутых элементов решетки 31
5.4Проектирование сжатых элементов решетки 31
6Проектирование узлов фермы 35
6.1Проектирование опорного узла 35
6.2Проектирование промежуточного узла верхнего пояса 41
6.3Проектирование конькового узла 44
6.4Проектирование промежуточного узла нижнего пояса 48
7Система связей шатровой части здания 53
7.1Вертикальные связи шатровой части здания 53
7.2Ветровые связи 54
7.3Скатные связи 54
8Статический расчет поперечной рамы 56
8.1Определение постоянных нагрузок 56
8.1.1От массы клеефанерных панелей (с учетом изоляции) реакция стропильной фермы равна: 56
8.1.2От собственной массы фермы: 56
8.1.3От массы стоек: 56
8.1.4От массы стеновых панелей и остекления: 57
8.2Определение снеговой нагрузки 57
8.3Определение ветровой нагрузки 57
8.3.1Распределенная нагрузка 57
8.3.2Сосредоточенная нагрузка 58
8.4Определение расчетных усилий в стойке рамы 58
9Конструктивный расчет стойки по разбивочной оси «А» 60
9.1Расчет на устойчивость в плоскости рамы относительно оси у-у 60
9.2Расчет из плоскости рамы 61
9.3Проверка прочности древесины на скалывание 62
Список используемой литературы 63

Условие выполняется.
7. Ширина подбалки равна: м.
8. Расчетное сопротивление местному смятию сосны поперек волокон:
МПа; МПа.
9. Размеры поперечного сечения стойки: м;м.
10. Проверка прочности древесины подбалки (сосна) местному смятию поперек волокон:
.
Условие выполняется, подбалку проектируем из сосны.
11. Высота сечения подбалки равна 0,1 м – приняли конструктивно.
12. Наибольшая толщина стягиваемого болтами пакета:
м.
13. Требуемый диаметр стяжных болтов, принимаем болты мм:
мм;
14. Длина подбалки равна:
м.
Принимаем м.
15. Ширина накладок скатной ориентации:
м.
В соответствии с прил.21 принимаем м > м.
Длина накладки:
м.
Принимаем м, толщина накладок - м.
16. Ширину накладок, ориентированных вдоль оси стойки, принимаем равной м.
Длина накладок:
м.
Принимаем м, толщина накладок - м.
17. В процессе конструирования при размещении болтов соблюдаем требования к минимально допустимым расстояниям:
- между осями болтов вдоль волокон древесины:
мм;
- то же поперек волокон:
мм;
- от оси болта до грани элемента поперек волокон:
Рис.18 Промежуточный узел верхнего пояса
а – фасад; б – сечение по А-А
1 – верхний пояс фермы; 2 – стойки; 3,5 – накладки;
4 – подбалка; 6 – стяжные болты
мм.
При этом .
Применение болтов диаметром мм для крепления накладок второго типа возможно.
Проектирование конькового узла
Коньковый узел представлен на рисунке 19.
1. Знаем, что ; ; ; .
2. Размеры поперечного сечения верхнего пояса фермы:
м; м.
3. Задаемся размером: м.
4. Величина загружающего эксцентриситета равна 0,04 м и была определена ранее.
5. Имеем:
м.
6. Требуемая высота площадки блоков верхнего пояса:
7. Диаметр раскоса (тяжа) равен: мм.
8. Задаемся диаметром подвески (см. рис.19, поз.4): мм = 0,012 м.
9. Расчетное сопротивление сосны 2 сорта:
МПа; МПа; МПа.
10. Коэффициенты: ; .
11. Продольное усилие в средних панелях верхнего пояса ферм равно:
кН (сжатие) – табл.2, гр. 14.
12. проверка прочности древесины сосны на смятие под углом α:
Условие выполняется, увеличение не требуется.
13. Продольное усилие в раскосе равно:
кН (сжатие) – табл.2, гр. 15.
14. Угол наклона оси раскоса к направлению волокон древесины верхнего пояса фермы:
.
Таким образом, при заданной геометрии имеем:
;
МПа.
15. Диаметр отверстия в квадратной шайбе под тяж (рис.20, поз.3):
м.
Рис.19 Коньковый узел фермы
а – фасад; б – план
1 – верхний пояс; 2 – раскос; 3 – накладки;
4 – подвеска; 6 – стяжные болты
Рис.20 К расчету шайбы тяжа
а – план; б – разрез по 1-1; в – эпюра М
1 – шайба; 2 – гайка; 3 – тяж
16. Требуемая площадь смятия под квадратной шайбой:
м2.
17. Требуемый размер квадратной шайбы:
- по условию прочности древесины на смятие:
м;
- по конструктивным соображениям:
м.
Принимаем м.
18. Расчетное сопротивление шайбы:
МПа; МПа.
19. Минимальный размер гайки тяжа под ключ:
м.
20. Расчетный пролет шайбы – см. рис.20. Расчетный пролет принимаем равным расстоянию от грани гайки до края шайбы:
м.
21. Реактивное давление под шайбой:
Па.
22. Изгибающий момент в шайбе:
Н∙м.
23. Требуемая толщина шайбы:
- по условию прочности стали на изгиб:
м;
- по конструктивным соображениям:
м;
м=9мм.
Принимаем мм.
24. Толщина парных деревянных накладок, перекрывающих стык, принимаем равной:
м.
25. Суммарная толщина стягиваемого пакета:
м.
26. Требуемый диаметр стяжных болтов:
мм.
27. Минимально допустимые расстояния:
.
28. Ширина накладок:
мм.
Принимаем мм = 0,125 м.
29. Длина накладок равна:
м,
где м – размер, принимаемый по условию размещения шайб под раскосы (см. рис.19).
Принимаем м.
30. По вертикали оси стыка пропускается подвеска, диаметр которой по конструктивным соображениям принят равным 12 мм.
Размеры квадратной шайбы мм; мм.
Проектирование промежуточного узла нижнего пояса
Рис.21 Промежуточный узел нижнего пояса
а – фасад; б – план
1 – трубки-фиксаторы; 2 – горизонтальные накладки; 3 – планки;
4 – скоба; 5 – щековая фасонка
На рис.21 - промежуточный узел нижнего пояса металлодеревянной фермы.
1. Расчетные усилия в элементах, сходящиеся в узле:
; кН (сжатие); кН; кН.
2. Сечения элементов, сходящиеся в рассматриваемом узле:
- раскос мм;
- стойка м;
- опорная панель нижнего пояса ;
- средняя панель нижнего пояса .
3. Расчетные сопротивления стали:
- валиков – при марке стали ВСт3сп5:
МПа; МПа;
- фасонок – при марке стали 09Г2:
МПа; МПа.
4. Коэффициенты условий работы:
; .
5. Толщина щековой фасонки:
- по условию равенства требуемых диаметров наиболее напряженного валика (кН) при его работе на срез и фасонки на смятие:
мм;
- по конструктивным соображениям:
мм, принимаем мм.
6. Расчетный пролет валика – расстояние между вертикальными плоскостями щековых фасонок:
м (см. рис.22).
7. Тяж раскоса фермы диаметром (1 диаметр 18) прикрпляется к валику В-1 одной скобой (число ветвей скоб равно 2), требуемый диаметр которой определяется:
м = 15 мм.
Принимаем диаметр скобы мм (прил.16).
8. При одной скобе .
9. Изгибающий момент в валике равен:
Н∙м.
10. Требуемый диаметр валика, с учетом прил.16 диаметр валика В-1 мм:
- по условию прочности стали валика при работе на изгиб:
м;
- по условию работы стали валика на срез согласно:
м;
- по условию прочности стали фасонок при работе на смятие:
м;
- по конструктивным соображениям:
м.
Рис.22 К расчету валика
а – для двухветвевых скоб; б – для четырехветвевых скоб; в – сечение по А-А,1 –щековые фасонки; 2 – валик; 3 – тяж; 4 – скобы
Принимается:
м.
11. Длина двусторонних сварных швов. Прикрепляющих ветви скоб к тяжу при заданном мм = 0,004 м:
м,
здесь МПа; .
12. Определение длин сварных швов, прикрепляющих уголки средней панели нижнего пояса фермы к щековым фасонкам.
Усилие в одном сварном шве:
- у обушка кН;
- у пера кН.
Принимаем катеты сварных швов:
- у обушка мм = 0,006 м;
- у пера мм = 0,004 м.
Требуемые длине сварных швов:
- у обушка по (4.22):
м;
- у пера:
м.
- м (см. пример 8, п.12).
Принимаем наибольшее значение:
м.
Принимаем м.
13. Длина сварных швов, прикрепляющих уголки нижнего пояса к фасонкам м.
14. Минимальная высота фасонки в месте ослабления отверстием под валик В-1:
То же в месте установки валика В-2:
Принимаем расстояние от центра валиков до края фасонки не менее:
, м.
15. Ширина горизонтальных накладок назначается конструктивно (рис.21, поз.2):
мм; принимаемое мм.
Толщины горизонтальных накладок принимаем конструктивно: мм.
Длины горизонтальных накладок по условию размещения сварных швов:
,
где мм;
- зазор между торцами уголков нижнего пояса фермы в опорной и средней панелях, обычно мм; принимается мм; мм.
Система связей шатровой части здания
Система связей шатровой части здания (см. рисунок на формате А1) включает в свой состав:
- вертикальные связи, устанавливаемые между каждой парой ферм (ВС-4);
- ветровые горизонтальные связи, устанавливаемые в плоскости нижних поясов ферм (ГС-2);
- скатные связи, располагаемые в плоскостях верхних поясов ферм (ГС-1).
При обеспечения надежного крепления плит покрытия к верхним поясам ферм можно считать, что они совместно с верхними поясами ферм и скатными связями образуют диски жесткости, расположенные в плоскостях скатов покрытая.
Система связей шатровой часта здания должна сочетаться с общей системой связей всего сооружения.
Система связей, в целом, предназначена для обеспечения пространственной геометрической неизменяемости здания и его элементов, фиксации проектного положения несущих элементов конструкций как на монтаже, так и в процессе эксплуатации здания, что составляет содержание общей функции связей. Вместе с тем, каждый вид связей предназначен для выполнения конкретной, только ему присущей частной функции.
Связи располагают по длине здания упорядоченно, концентрируя их, как правило, в связевых блоках. Связевые блоки устраивают в торцах здания, а также по его длине на расстояниях, не превышающих 20 ...25 м.
Вертикальные связи шатровой части здания
Выбор мест установки вертикальных связей (типа ВС-4) вдоль пролета зависит от принятой схемы решетки стропильных ферм. Вертикальные связи рекомендуется устанавливать предпочтительно в плоскостях сжатых элементов решетки: при пролетах ферм до 24 м - в третях - четвертях пролета; при пролетах более 24 м - кроме того, и в середине пролета. Опорные стойка и опорные раскосы ферм следует объединять вертикальными связями в любом случае.
По длине покрытая вертикальные связи уста вливаются между каждой парой ферм. Использование вертикальных связей позволяет применять прогрессивный блочный монтаж, а на стадии эксплуатации обеспечить вертикальное проектное положение ферм покрытия. Схемы вертикальных связей приводятся на рис. 24.
Ветровые связи
Ветровые связи (ГС-2) устанавливаются в плоскостях нижних поясов ферм в связевых блоках. Ветровые связи в виде горизонтальных стоек и раскосов вместе с объединяемыми ими нижними поясами ферм образуют ветровые фермы. Узлы ветровых ферм рекомендуется совмещать с узлами стропильных ферм по их нижним поясам.
Ветровые фермы предназначены для восприятия ветровых нагрузок, воздействующих на торцы здания, которые передаются на них в виде давлений стоек торцевого фахверка. Стойка торцевого фахверка следует опирать в узлах ветровых ферм.
Рис.24 Схемы вертикальных связей
а – с крестовой решеткой; б – с треугольной решеткой
1 –стропильная ферма; 2 – вертикальные связи
Скатные связи
Скатные связи устанавливаются в плоскостях верхних поясов ферм в связевых блоках. Скатные связи в виде раскосов и стоек вместе с парами объединяемых ими верхних поясов ферм образуют скатные фермы кинематически неизменяемой конструкции. Шаг стоек решетки скатных ферм при использовании клеефанерных плит покрытия согласуется, как правило, с их шириной и принимается обычно (2…3)bн; при применении в покрытии прогонов, последние используются в качестве стоек скатных ферм.
Скатные связи совместно с закрепленными к верхним поясам плитами покрытия образуют диски жесткости, косвенно удерживая сжатые (сжато-изогнутые) верхние пояса ферм от потери устойчивости в горизонтальном направлении, а также перераспределяя усилия в фермах при неравновесных схемах приложения снеговых нагрузок.
Статический расчет поперечной рамы
- назначение расчетной схемы рамы;
- определение нагрузок: постоянная, ветровая, снеговая;
- определение усилий.
Определение постоянных нагрузок
Нагрузки от фермы передаются на стойки в виде опорных сосредоточенных реакций.
От массы клеефанерных панелей (с учетом изоляции) реакция стропильной фермы равна:
,
где Н/п.м. (значения g – см. табл.1 столбец 4);
м – номинальная ширина клеефанерной плиты (см. ранее).
Тогда :
Н.
От собственной массы фермы:
Н,
где – нормативное значение нагрузки от собственной массы фермы (см. п. 4.1.1 записки);
– коэффициент надежности по назначению здания;
– коэффициент надежности по нагрузке;
– по зданию;
– по зданию.
От массы стоек:
Н,
где – плотность древесины;
– высота стойки (см. ранее).
От массы стеновых панелей и остекления:
м;
м;
м.
- от массы стеновых панелей:
Н,
где – задаемся;
- от массы остекления:
Н,
где – задаемся.
Определение снеговой нагрузки
Реакция фермы от снега равна:
Н,
где – дано по заданию;
– коэффициент перехода к снеговой нагрузке на покрытие.
Определение ветровой нагрузки
Ветровая нагрузка подразделяется на:
- распределенную;
- сосредоточенную.
Распределенная нагрузка
Сосредоточенное давление ветра:
- активное:
,
где – дано по заданию;
– аэродинамический коэффициент (для активного давления , для отсоса );
(для типа местности А).
Тогда:
Н/п.м.;
- отсос:
Н/п.м.
Сосредоточенная нагрузка
Высота шатра равна:
м,
где – см. ранее;
.
Сосредоточенное давление ветра:
- активное давление:
Н;
- отсос равен:
.
Определение расчетных усилий в стойке рамы
Система один раз статически неопределима.
;
Берем половину разрезанной системы и отдельно рассматриваем стойку под действием всех нагрузок лишнего неизвестного Х1.
;
;
Ветер слева вызывает M, Q:
- изгибающий момент равен:
- поперечная сила равна:
.
Таким образом:
Н;
Н∙м;
Н.
Конструктивный расчет стойки по разбивочной оси «А»
Цель расчета – проверка достаточности принятого сечения стойки в гл.1.
Расчетные усилия:
кН;
кН∙м.
Геометрические характеристики:
м, м;
м2;
м3;
м3.
Момент инерции:
м4;
м4.
Радиус инерции для прямоугольного сечения равен:
;
.
Стойки теряют устойчивость:
- в плоскости рамы (внецентренное сжатие, усилия M, N),
- из плоскости рамы (центральное сжатие, усилие N, усилие M=0).
Расчет на устойчивость в плоскости рамы относительно оси у-у
м
Гибкость равна:
.
Условие гибкости выполняется, увеличение высоты не требуется.
Коэффициент продольного изгиба равен:
.
Расчетное сопротивление равно:
,
где – коэффициент, зависящий от высоты пакета;
– коэффициент, зависящий от толщины доски (т.к. мм, то ).
Коэффициент, учитывающий увеличение эксцентриситета силы N за счет прогиба стойки:
.
Проверка устойчивости в плоскости рамы:
МПа;
.
Условие выполняется, увеличение высоты стойки не требуется, таким образом, м.
Расчет из плоскости рамы
Расчетные усилия: кН; кН∙м.
Геометрическая длина: м.
Расчетная длина: м.
Гибкость равна:
,
где 120 – для колонны.
Коэффициент продольного изгиба равен:
- есть два условия:
1 усл. – если , то расчет ведем по формуле: ;
2 усл. – если , то расчет ведем по формуле: .
Итак, , то .
Коэффициенты:
; - из плоскости рамы.
Проверка устойчивости из плоскости рамы:
МПа;
.
Условие выполняется, устойчивость из плоскости рамы обеспечена.
Проверка прочности древесины на скалывание
Н, тогда расчетная поперечная сила равна:
кН.
Проверка выполнения условия на скалывание по формуле Журавского:
МПа;
Условие выполняется, прочность древесины на скалывание обеспечена, следовательно, увеличение сечения не требуется.
Список используемой литературы
1. Алексашкин Е. Н., Егоров В. В., Скобенников Г.А. «Проектирование деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания». Часть 1. Компоновка каркаса. Проектирование клеефанерной плиты покрытия: Методические указания по курсовому проектированию. - Л.: ЛИИЖТ, 1988. - 38 с.
2. Алексашкин Е. Н., Егоров В. В. «Проектирование деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания». Часть 5. Расчет и конструирование металлодеревянных треугольных ферм: Методические указания по курсовому проектированию. ПГУПС, СПб, 2005 г. - 86 с.
3. СНиП П-25-80. Деревянные конструкции: Нормы проектирования / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. -31 с.
4. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 36 с.
5. Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций. М.: Стройиздат, 1977. - 189 с.
6. «Конструкции из дерева и пластмасс» учебник под редакцией Г.Г. Карлсена, М., Стройиздат, 1986 г. - 543 с.
Изм. Кол Лист № док Подпись Дата Разраб. Пояснительная записка Стад Лист Листов Консул. Р 3 63 Н.контр.
Лист 32 Изм. Кол уч Лист № док Подпись Дата