Расчет конструкции из дерева и пластмассы

Содержание
I. Задание на проектирование
II. Расчет ограждающих конструкций кровли (разрезные прогоны)
Сбор нагрузок
Геометрические характеристики сечения прогона
Момент сопротивления сечения прогона:
Проверка прочности и жесткости прогонов
Момент сопротивления сечения прогона:
II. Расчет гнутоклееной трехшарнирной рамы
Геометрические размеры
Нагрузки
Статический расчет рамы
Подбор сечений и проверка напряжений
Проверка напряжения при сжатии с изгибом
Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы
IV. Конструкция и расчет узлов
Опорный узел
Коньковый узел
Список используемой литературы

Поскольку все условия прочности и устойчивости рамы выполняются, принимаем исходные сечения как окончательные.
Рис. 2. Принятые поперечные сечения элементов рамы:
1 – стоек рамы у основания; 2 – середины криволинейного участка; 3 – ригеля.
На основании проведенных расчетов строим схематическую конструктивную схему рамы (рис. 3).
Рис. 3. Конструктивная схема гнутоклееной трехшарнирной рамы.
Iv. Конструкция и расчет узлов
Опорный узел
Определим усилия, действующие в узле:
продольная: N0 = А = 73,969 кН
поперечная: Q0 = H = 43,546 кН
Опорная площадь колонны:
Fоп = b∙hст = 0,16∙0,38 = 0,0608 = 60,8∙10-3 м2
При этом напряжение смятия (см составит:
м < Rсм = 15/0,95=15,8 МПа
где Rсм =15 – расчетное сопротивление смятию (сжатию) вдоль волокон таб. 3 СНиП.
Нижняя часть колонны вставляется в стальной сварной башмак, состоящей из диафрагмы, воспринимающей распор, и двух боковых пластин, воспринимающих поперечную силу, и стальной плиты – подошвы башмака.
При передаче распора на башмак колонна испытывает сжатие поперек волокон, нормативное значение расчетного сопротивления которому определяется по таблице 3 СНиП и для принятого сорта древесины составляет: Rсм90н= 3,00МПа = 0,3 кН/см2.
После деления на коэффициент ответственности сооружения получим расчетное его значение:
= 3,16 МПа = 0,316 кН/см2.
Требуемая высота диафрагмы (из расчёта на смятие рамы поперёк волокон от действия распора), определяется из условия прочности колонны:
м
Конструктивно принимаем высоту диафрагмы h=20 см.
Определим требуемую толщину ( опорной вертикальной диафрагмы, воспринимающую распор, рассчитав ее на изгиб как балку, частично защемленную на опорах, с учетом пластического перераспределения моментов:
= 43,546 кН∙см
Найдем требуемый момент сопротивления вертикальной диафрагмы из условия прочности момент сопротивления сечения.
где Ry = 210 МПа = 21 кН/см2 – расчетное сопротивление стали по пределу текучести.
Этому моменту сопротивления должен быть равен момент сопротивления (Wтр =W), определенный по формуле:

где
Принимаем толщину диафрагмы ( = 1,2 см.
Боковые пластины и опорную плиту принимаем той же толщины в запас прочности.
Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты:
- длина lпл = hоп+2∙5 = 380+10 = 390 мм;
- ширина bпл = (b + 2∙10)+зазор = 160+20+200 = 380 мм.
Для крепления башмака к фундаменту принимаем анкерные болты с диаметром 20 мм, имеющие следующие геометрические характеристики:
Fбр= 3,14 см2;
Fнт = 2,45 см2.
Анкерные болты работают на срез от действия распора. Определяем срезывающее усилие при количестве болтов равным 4 шт:
кН
Напряжение среза определим по формуле:
ткН/см2 ≤
где Rs – расчетное сопротивление срезу стали класса С235, равное в соответствии с табл. 1* СНиП II-23-81* 0,85(Ry.
По результатам проведенных расчетов строим конструктивную схему опорного узла:
Рис. 4. Опорный узел гнутоклееной трехшарнирной рамы
Коньковый узел
Коньковый узел устраивается путем соединения двух полурам нагельным соединением с помощью стальных накладок.
Максимальная поперечная сила в коньковом узле возникает при несимметричной временной снеговой равномерно-распределенной нагрузке на половине пролёта, которая воспринимается парными накладками на болтах.
Поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке:
кН
где S =7,2 – расчетная снеговая нагрузка.
Определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие накладки к поясу по формуле:
кН кН
где l1 – расстояние между первым рядом болтов в узле,
l2 – расстояние между вторым рядом болтов.
Принимаем диаметр болтов 16 мм и толщину накладок 100 мм.
Несущая способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 900 к волокнам находим из условий:
Изгиба болта:
кН
но не более кН
где а – толщина накладки (см);
d – диаметр болта (см);
k(- коэф. зависящий от диаметра болтов и величины угла между направлением усилия и волокнами древесины накладки.
Смятия крайних элементов-накладок при угле смятия 900 :
кН.
Смятие среднего элемента – рамы при угле смятия (=900 – 14002 = 75058
кН.
где с – ширина среднего элемента рамы, равная b (см)
Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов: Тmin=4,96 кН
Необходимое количество болтов в ближайшем у узлу ряду:
, принимаем 2 болта.
Количество болтов в дальнем от узла ряду:
, принимаем 1 болт.
Принимаем расстояние между болтами по правилам расстановки СНиП
l1 ≥ 2∙7∙d = 14∙1,6 = 22,4 см, принимаем 24 см, тогда расстояние
l2 =3∙l1 = 3∙24 = 72 см.
Ширину накладки принимаем ( 10∙d, что равно 160 мм, согласно сортамента по ГОСТ 24454-80* принимаем ширину накладки 175 мм, тогда
- расстояние от края накладки до болтов S2 ( 3∙d = 3∙1,6 = 4,8 см ( 5 см
- расстояние между болтами S3 ( 3,5∙d = 3,5∙1,6 = 5,6 см принимаем 7,5 см
Изгибающий момент в накладках равен:
кН∙см.
Момент инерции накладки, ослабленной отверстиями диаметром 1,6 см:
Момент сопротивления накладки:
см3
Напряжение в накладках:
где 2 – количество накладок;
Rи = 13 МПа –расчетное сопротивление древесины изгибу по табл.3 СНиП.
Следовательно, принимаем 2 болта в первом ряду и 1 болт в крайнем ряду.
Проверку боковых накладок на изгиб не выполняем ввиду очевидного запаса прочности.
По результатам проведенных расчетов строим конструктивную схему конькового узла гнутоклееной трехшарнирной рамы (рис. 5).
Рис. 5. Коньковый узел гнутоклееной трехшарнирной рамы
Список используемой литературы
Методические указания «Примеры расчета ограждающий конструкций»,
В.И. Линьков, Е.Т. Серова, Л.Ю. Ушаков, МИСИ, Москва, 2006г.
2. Методическое пособие «Примеры расчета распорных конструкций»,
В.И. Линьков, Е.Т. Серова, Л.Ю. Ушаков, МИСИ, Москва, 2006г.
СНиП II-25-80* «Нормы проектирования. Деревянные конструкции»
СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
2