Конструкция из клееной древесины

Содержание
1 Исходные данные 3
2 Проектирование ограждающих конструкций покрытия 4
2.1 Исходные данные для проектирования 4
2.2 Сбор нагрузок на клеефанерную панель 5
2.3 Расчетные характеристики сечения панели 6
2.4 Конструктивный расчет панели 8
2.4.1 Расчет по несущей способности и устойчивости 8
2.4.2 Расчет по деформативности 9
3 Проектирование несущей конструкции покрытия 10
3.1 Исходные данные для проектирования 10
3.2 Нагрузки на арку 11
3.3 Определение усилий в элементах арки 13
3.4 Подбор сечения верхнего пояса 14
3.5 Проверка напряжений в сечении верхнего пояса с максимальным изгибающим моментом 15
3.6 Расчет опорного узла 17
3.7 Расчет затяжки 19
3.8 Расчет конькового узла 22
4 Проектирование клеедощатой стойки 24
4.1 Исходные данные для проектирования 24
4.2 Статический расчет 24
4.3 Конструктивный расчет 28
4.4 Расчет узлов 31
Список литературы 35
 

Расчетная нагрузка от стенового ограждения, распределенная по вертикали с учетом элементов крепления (15% от веса стенового ограждения): = 0,56*1,15*3 = 1,93 кН/м.Эксцентриситет приложения нагрузки от стены на стойку принимаем равным полусумме высот сечений стойки и стены: = = 0,234 м = 234 мм.Момент от веса стенового ограждения (приложен на уровне верха колонн): = 1,93*4*0,234 = 1,81 кН·м.Временные нагрузки. Снеговая нагрузка (Таблица 2.1):снеговая нормативная: = 1,26 кПа;снеговая расчетная: = 1,764 кПа.Расчетная нагрузка на колонну от веса снега на покрытии: = = 21,17 кН.Временные нагрузки. Ветровая нагрузка.Ветровая нагрузка, нормальная к поверхности покрытия в соответствии с [СНиП 2.01.07-85 (2003), п. 6.3, формула (6)]:где — коэффициент, зависящий от высоты сооружения,для местности типа «А» при высоте до 5 м = 0,75, при = 10 м = 1;принимаем для ригеля = 0,78 при = 5,6 м = 5600 мм;для стоек = 0,75 при = 4,0 м = 4000 мм;— аэродинамический коэффициент;принимается при = 21,8о, = 0,5 и = 0,375<1 (где— угол наклона кровли; = 4,0 м = 4000 мм— высота стойки, = 3,0 м = 3000 мм— шаг рам) = 0,8; =-0,34; =-0,4; =-0,4;— нормативный скоростной напор (для IV района = 0,48 кПа); = 1,4— коэффициент надежности по ветровой нагрузке.Промежуточные значения коэффициентов и принимаем по интерполяции.Численное значение распределенных нагрузок от ветра: = 0,48*0,75*0,8*1,4 = 0,40 кН/м; = 0,48*0,78*(-0,34)*1,4= -0,18 кН/м; = 0,48*0,78*(-0,4)*1,4 = -0,21 кН/м; = 0,48*0,75*(-0,4)*1,4 = -0,20 кН/м.Рис. 4.1. Расчетная схема поперечной рамы с действующими нагрузкамиОпределяем усилия в стойках рамы, приняв следующие сочетания нагрузок: постоянная, снеговая и ветровая(отдельно слева и справа). В примере предложен способ расчета рамы вручную, мы же применим более эффективный и прогрессивный способ расчета с помощью ПК SCAD(Рис. 4.2).Рис. 4.2. Расчетная схема при действии постоянной нагрузки (ПК SCAD)Рис. 4.3. Эпюры изгибающих моментов от ветровой нагрузки в стойкахВ результате расчета получаем эпюры продольных, поперечных сил и изгибающих моментов в стойках от каждого загружения, и, после выполнения расчета РСУ — значения расчетных сочетаний усилий(Таблица 4.1).Таблица 4.1. Расчетные сочетания усилий в стойках рамыСечениеЗначенияФормулаNMQ1-15,0752,696-1,474L1+L3-35,217-2,0660,877L1+0.95*L2+0.9*L4-15,025-2,2960,974L1+L4-35,2622,426-1,327L1+0.95*L2+0.9*L3-3700L1+L22-11,2150,548-0,674L1+L3-31,357-0,6730,517L1+0.95*L2+0.9*L4-11,165-0,7480,574L1+L4-31,4020,493-0,607L1+0.95*L2+0.9*L3-33,1400L1+L23-29,2800L1+L2Конструктивный расчетРис. 4. Расчетные схемы стойки:а— в плоскости рамы; б— из плоскости рамыВ плоскости рамы стойка работает как защемленная на опоре вертикальная консоль в условиях сжатия с изгибом. Из плоскости рамы стойка представляет собой стержень с неподвижными шарнирами на концах [Шмидт, А.Б. Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры, с. 58].Сечение стойки имеет размеры 185×264 мм, тогда:= 18,5*26,4 = 488,4 см2 = 48840 мм2; = = 2149 см3 = 2,15·10-6 мм3; = = 28366 см4 = 2,84·10-8 мм4;= 0,289*26,4 = 7,63 см = 76,3 мм; = 0,289*18,5 = 5,35 см = 53,5 мм.В плоскости рамы расчет стойки производится как сжато-изгибаемого элемента. Определяем гибкость стойки в плоскости изгиба, считая, что в здании отсутствуют жесткие торцевые стены: = = 115< = 120,где — расчетная длина стойки в плоскости изгиба.По формуле (30) [СНиП II-25-80(1988), п. 4.16] вычисляем коэффициент:= = 0,796,где = 35,26 кН — расчетная продольная сила (Таблица 4.1);— коэффициент продольного изгиба; = = 0,227; = 13,0 МПа = 1,3 кН/см2— сопротивление древесины второго сорта сжатию (табл. 3, п. 1а [СНиП II-25-80(1988)]);расчетное сопротивление умножаем на коэффициент = 1,2 (табл. 6 [СНиП II-25-80(1988)]), поскольку расчет конструкции выполняется с учетом ветровой нагрузки.Расчет стойки на прочность производим по формуле:где = = 3,05 кН·м = 305 кН·см; = = 0,214 кН/см2 = 2,14 МПа < = 13*1,2 = 15,6 МПа.Из плоскости рамы колонну рассчитываем как центрально сжатый элемент. Расстояние между узлами вертикальных связей устанавливаемпо предельной гибкости = 120: = 120*5,35 = 642 см = 64200 мм> = 400 см = 4000 мм.Следовательно, достаточно раскрепить стойку по ее верху, тогда: = = 75; = = 0,533; = = 0,135 кН/см2 = 1,35 МПа < = 15,6 МПа.Проверку устойчивости плоской формы деформирования производим по формуле:где = 0,533; = = 11,525 = 400 см = 4000 мм— расстояние между точками закрепления стойки из плоскости изгиба; = 2,54 — коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке (табл. 2 прил. 4 [СНиП II-25-80(1988)]); = 0,009< 1,0.Следовательно, устойчивость стойки обеспечена.Расчет узловРис. 4.5. Конструкция узла защемленияКонструкцию узла защемления стойки принимаем по Рис. 4.5. Общий вид узла приведен на Рис. 4.6. Узел предложен в Новосибирском инженерно-строительном институте. Расчет узла выполняем в следующем порядке:1. Определяем требуемый момент сопротивления швеллеров, по формуле: = = 6,35 см3 = 6,35·10-3 мм3,где R— расчетное сопротивление стали.По ГОСТ 8240-97 выбираем швеллеры с с таким расчетом, чтобы выполнялось условие:Такими швеллерами будут два швеллера №10 с характеристиками: = 34,8 см3 = 3,48·10-4 мм3, = 174 см4 = 1,74·10-6 мм4.Рис.4.6. Общий вид узла защемления согласно [Шмидт, А.Б. Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры]2. Назначаем расстояние между осями тяжей h0 из условия, чтобыh0 было не менее = 40 см = 400 мм и не менее = 52,8 см= 528 ммс округлением, кратным 50 мм в большую сторону. Принимаем h0 = 0,6 м = 600 мм.Производим проверку сечения стойки на скалывание при изгибе по формуле:где — расчетная поперечная сила, определяемая из выражения:= = 3,54 кН,где — поперечная сила в стойке на уровне верхних тяжей;при = 4,0-0,6 = 3,4 м = 3400 мм; = 1,23 кН; = = 1612 см3 = 1,61·10-6 мм3; = = 0,011 кН/см2 = 0,11 МПа< = 1,5*1,2 = 1,8 МПа.3. Определяем усилие, действующее в тяжах и сминающее поперек волокон древесину стойки под планками: = = 5,08кН.4. Определяем площадь сечения одного стального тяжа в ослабленном сечении по формуле:где = 0,8 — коэффициент, учитывающий влияние нарезки; = 0,85 — коэффициент, учитывающий возможную неравномерность распределения усилий в двойных тяжах; = = 0,16 см2.По = 0,16 см2 = 16 мм2 находим диаметр тяжей = 10 мм, для которых = 0,52 см2 = 52 мм2.5. Определяем ширину планок из условия: = = 0,654 см = 6,54 мм,где = 3,0 МПа = 0,3 кН/см2 (табл. 3 [СНиП II-25-80(1988)]); = 1,4 (табл. 6 [СНиП II-25-80(1988)]).Принимаем конструктивно ширину планок = 50 мм.6. Определяем толщину планок из расчета их на изгиб как однопролетных свободно опертых балок, загруженных равномерно распределенной нагрузкой с расчетным пролетом , равным расстоянию между осями тяжей: = 185+10+2*4,5 = 204 мм.Опорные реакции = = 2,54 кН.Нагрузка = = 24,9 кН/м.Расчетный изгибающий момент: = = 0,13 кН·м = 13 кН·см.Толщину планок определяем по формуле: = = 0,8 см = 8 мм.Принимаем планку в соответствии с сортаментом = 10 мм.Список литературыСНИП II-25-80(1988)Деревянные конструкции— М.:Стройиздат, 1980.Пособие по проектированию деревянных конструкций(к СНиП II-25-80(1988)) — М.: Стройиздат, 1986.СНиП 2.01.07-85 (2003) Нагрузки и воздействия — М.: Стройиздат, 1985.Шмидт, А.Б. 15 примеров расчета деревянных конструкций — учебное пособие для курсовых и дипломных проектов /А.Б. Шмидт, Ю.В. Халтурин,Л.Н. Пантюшина — Барнаул, 1997.Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций — М.: Стройиздат, 1977.Серов, Е.Н. Проектирование деревянных конструкций / Е.Н. Серов, 2011 г.Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: издание третье, переработанное и дополненное / Под редакцией профессора В. А. Иванова. — Киев, Головное издательство издательского объединения «Вища школа», 1981 г.Шмидт, А.Б. Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры / А.Б. Шмидт, П.А. Дмитриев. — М., Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2002 г.ГОСТ 3916.1-96. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород.ГОСТ 22950-95. Плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующемКонструкции из дерева и пластмасс / Под ред. Г.Г. Кралсена и Ю.В. Слицкоухова. — М.: Стройиздат, 1986. — 544 с.Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для студ. вузов / Г.Н.Зубарев, Ф.А.Бойтемиров, В.М.Головина и др.; Под ред. Ю.Н.Хромца. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 304 с.СП 63.13330.2012. Железобетонные конструкции. Актуализированная версия СНиП 52-01-2003 — М., 2011.Свод правил СП 64.13330.2011. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80— М., 2011.