Деревянные конструкции

-
...

Оглавление
Введение 3
1. Исходные данные 4
2. Расчет ограждающих конструкций покрытия 5
3. Расчет трехшарнирной арки кругового очертания 10
3.1. Определение геометрических размеров арки 10
3.2. Нагрузки, действующие на арку 10
3.5. Расчет затяжки 15
3.5. Расчет опорного узла 16
3.6. Расчет конькового узла 19
3.7. Определение собственного веса арки 20
4. Защита от загнивания 21
5. Основы монтажа 22
Список литературы 23

Введение

Цель курсового проектирования - закрепление теоретических знаний, полученных в процессе изучения курса «Конструкции из дерева и пластмасс», а также приобретение навыков расчета и конструирования несущих и ограждающих конструкций, наиболее часто применяемых в зданиях и сооружениях промышленного, сельскохозяйственного и других назначений.
Темой курсового проекта является разработка и проектирование ограждающих и несущих конструкций, выполненных из древесины.
В данном курсовом проекте необходимо выбрать:
- рациональное решение;
- рассчитать ограждающие конструкции покрытия;
- определить нагрузки, действующие на раму;
- определить геометрические размеры арки;
- определить усилия в основных ее элементах;
- сделать подбор и проверку сечений арки и колонны;
- разработать схему простран ственного крепления конструкций;
- наметить мероприятия по защите от гниения и возгорания.

3.3 Определение расчетных усилий в аркеСамой невыгодной нагрузкой для арки является полная (на всем пролете) постоянная и односторонняя (на участке, равном 0,6 пролета) временная (снеговая) расчетные нагрузки.При таком сочетании нагрузок в левой четверти пролета возникает максимальный отрицательный изгибающий момент, который определяется по формуле: Кн·м;здесь коэффициенты kgM = 0,08 и kpM = 0,655 определены по графику (приложение III [5]).В том же сечении, где действует максимальный изгибающий момент, нормальная сила определяется по формуле: кг;здесь коэффициенты kgN = 0,793 и kpN = 0,543 определены по графику (приложение III [5]).Для расчета затяжки опорного и конькового узлов самой невыгодной нагрузкой является полное загружение арки на всем пролете расчетной нагрузкой q = 4,18 кН/м.При такой нагрузке будем иметь:1) величину распоракН;2) опорные реакции кН = Q0;3) нормальную силу у опорNоп = Q0 · sin α0 + H· cos α0 = 41,8 · 0,6 + 63,3 · 0,7986 = 75,63 кН.3.4. Подбор сечения аркиЗадаемся прямоугольным сечением арки b×h = 22,5×42 см; при этом h / b = 42 /22 = =1,9 < [4].Используя для изготовления арки доски по сортаменту (приложение 1 [5]) шириной b = 22,5 и толщиной 4 см и предусматривая острожку их с двух сторон по пластям склейки, толщину досок будем иметьа = 3,5 см < R /300 = 1420 /300 = 4,73 см.Общая высота сечения арки из 12 досок h = 12 · 3,5 = 42 см.Площадь поперечного сечения F = bh = 22,5 · 42 = 945 см2.Момент сопротивления W = bh2/6 = 22,5 · 422/6 = 6615 см3.Гибкость арки в плоскости кривизны для несимметричной нагрузки будет: .Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от нормальной силы, определяем по формуле:Намечая центрированное решение опорного и конькового узлов, прочность принятого сечения арки проверяем на сжатие с изгибом без разгружающего момента:МПа < Rи = 13 МПа; здесь mc и mи – коэффициенты условий работы на сжатие и изгиб, приняты равными 1; mгн – дополнительный коэффициент условий работы для гнутых элементов, в нашем случае равен единице.Устойчивость арки из своей плоскости не проверяем ввиду очевидной надежности, обусловленной частым расположением прогонов кровли, прикрепленных к арке.Стыки изогнутых по окружности досок располагаем вразбежку с учетом сортамента лесоматериалов по длине. Ввиду того, что R /а = 14,2 /3,5 = 4,06 > [3,0], в двух нижних досках стыки осуществляем «на ус», а все остальные доски сечения стыкуем впритык с плотной приторцовкой наиболее напряженных сжатых досок и с посадкой их на клей. В этом случае высота сечения в крайних зонах получается:hкр = 2а = 2 · 3,5 = 7 см > h /10 = 42 /10 = 4,2 смРасстояния между осями стыков в смежных досках должны быть не менее 20 толщин стыкуемых досок, т.е. не менее 20 · 3,5 = 70 см.Длина уса не должна быть менее 10а = 10 · 3,5 = 35 см.3.5. Расчет затяжкиЗатяжку проектируем из двух уголков (сталь марки Ст.3). Требуемое сечение уголка определяем из условия растяжения: см2;По сортаменту принимаем равнобокие уголки 50×50×5 с площадью сечения 4,80 > 1,77 см2 и радиусом инерции rx = 1,53 см относительно горизонтальной центральной оси.Здесь mp = 0,85 – коэффициент, учитывающий неравномерность натяжения двух уголков.Если затяжка подвешивается в середине пролета, гибкость ее в вертикальной плоскости будет: – допустима.Диаметр подвески принимаем конструктивно dп = 1,2 см.Стык затяжки устраивается в середине пролета с помощью вставных коротких уголков того же сечения приваренного уголкам затяжки. Сварки уголков с одной стороны стыка выполняется при монтаже арок. До сварки эта часть стыка временно прикрепляется двумя монтажными болтами d = 1,2 см.3.5. Расчет опорного узлаОпорный узел проектируем в виде стального башмака, состоящего из двух вертикальных планок, обхватывающих арку, между которыми приварен наклонно поставленный швеллер. В этот швеллер упирается своим концом арка. К планкам, с наружной стороны, приварены уголки затяжки, а снизу – опорная подкладка. Узел решён центрировано, т.е. оси арки, затяжки и опорной подкладки пересекаются в одной точке. Стальной башмак прикрепляется к арке стяжным болтом d =1,2 см. В нижней стальной подкладке даны два отверстия для постановки анкерных болтов. Для фиксирования определенного расстояния между уголками затяжки к ним снизу у опор, возле стыка и в промежутках привариваются поперечные коротыши-уголки 45×45×5.Высоту вставного (наклонного) швеллера z определяем с учетом смятия арки: см2, откуда минимально допустимая высота швеллера: см;принимаем швеллер № 12.Требуемые размеры стальной опорной подкладки определяем из условия равномерного давления под ней.Задавшись толщиной вертикальных планок δ = 1см, длину подкладки по конструктивным соображениям принимаем равнойl = 2l0 = 2 (b + δ) = 2 (22,5 + 1) = 47 см.Принимаем ширину подкладки с = 35 см и толщину δ1 = 1,6 см, проверяем прочность ее на изгиб.Максимальный изгибающий момент: кН·м.Момент сопротивления см3.Прочность на изгиб проверяем по формуле M ≤ mиRuW = 0,61 < 1· 210000 · 14,93 = 3,13;здесь коэффициент условий работы на изгиб mи = 1.Высоту вертикальных планок принимаем конструктивно hпл = 35 см. Определяем общую минимально допустимую длину углового сварного шва, которым приваривается каждый уголок затяжки к вертикальной планке.Каждый уголок затяжки привариваем к вертикальной планке: с торца уголка – лобовым швом, снизу у обушка – сплошным фланговым швом и сверху у пера – тоже фланговым швом.С учетом непровара по концам расчетная длина лобового шва будетlш.л. = b – 1см = 7 – 1 = 6 см > [4] и lш.л. = 6 см > 4hш = 4 · 0,5 = 2 см.При этом lш.л. = 6 см < 60hш = 60 · 0,5 = 30 см.Несущую способность лобового шва определяем по формуле:N ш.л.= 0,7 m Rусв lш hш = 0,7 · 0,85 · 9 · 6 · 0,5 = 16,05 кН;здесь m = 0,85 – коэффициент условий работы, учитывающий возможную неравномерность передачи усилий двойным уголкам; Rусв – расчетное сопротивление для сварных угловых швов: при электродах типа Э34 Rусв = 9 кН/см2; hш – толщина углового шва по катету, в нашем случае равная толщине уголка, т.е.hш = d = 0,5 см > [0,4] < 1,5d = 1,5 · 0,5 = 0,75 см.На верхний и нижний сварные фланговые швы приходится кН.Необходимую общую длину верхнего и нижнего фланговых швов определяем из формулыN ≥ 0,7 m Rусв lш hш,откуда минимально допустимая расчетная длина шва получается см;Учитывая непровар по концам верхнего и нижнего швов, проектную длину их принимаем lш = 10 см.Так как растягивающая сила N, проходящая через центр тяжести сечения уголка, передается на верхний и нижний фланговые швы по закону рычага, потребная длина нижнего шва (у обушка) получается см > 4hш < 60hш.Таким образом, длина захода уголков на вертикальные планки (накладки) должна быть не менее 7,23 см; принимаем lп = 10 см.Расчетная высота верхнего шва (у пера) вследствие скруглении кромки полки уголка принимаем на 1мм меньше толщины полки, т.е. hш = d – 0,1 см = 0,5 – 0,1 = 0,4 см (допустимо не менее 0,4 см).Тогда проектная длина верхнего флангового шва будет см > 4hш.н. = 4 · 0,4 = 1,6 см.Принимаем верхний фланговый шов такой же длины, как и нижний.Такие же сварные швы применяем и для стыка затяжки в середине пролета.3.6. Расчет конькового узлаКоньковый узел запроектирован центрированным упором каждой полуарки друг в друга. Расчета на смятие опорных площадок не производим ввиду очевидной избыточной прочности.В месте стыка, с двух сторон, поставлены деревянные накладки, скрепленные с поясом арки конструктивно поставленными болтами d =1,6 см в количестве 8 шт. Толщину накладок принимаем а = 16,5 см > 0,65b = 0,65 · 22,5 = 14,63 см и ширину h1 = 18 см. Длина накладок принята lн = 130 см > 3h = 3 · 42 = 126 см. Такое конструктивное решение стыка полуарок вполне прочно, и проверка его в данном случае на действие односторонней снеговой нагрузки является излишней.3.7. Определение собственного веса аркиСобственный вес арки, отнесенный к 1 м2 плана покрытия, составляет;при этом коэффициент собственного веса будет.Принят в расчёт kс.в = 3 > 2,83.4. Расчет колонны4.1. Сбор нагрузокНа каркас здания действуют в различных сочетаниях постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относят вес конструкций покрытия, собственный вес колонн, вес ограждающих конструкций. Временные нагрузки – снеговая, ветровая. Сбор нагрузок от покрытия сведем в таблицу 4.1. Таблица 4.1Элементы и подсчет нагрузокНормативная нагрузка,кг/ м2Коэффициент перегрузкиРасчетная нагрузка, кг/ м2ПостояннаяРубероид три слоя91,19,9Фанерная обшивка131,114,3Ребра каркаса9,61,110,56Утеплитель1,871,22,25Пароизоляция0,91,21,08Итого постоянная34,4-38,1ВременнаяСнеговая51,41,472Итого временная51,4-72Итого85,8-110,1Расчетный вес колонны G=1,1· bhρH, где h – высота сечения колонны принимаемая 1/15 Н=6,4/15= 0,426 м;b – ширина сечения колонны, равная 0,24;ρ – плотность древесины, равная 800 кг/м3; H – высота колонны.Gн=1,1· 0,24· 0,426 · 8,0 · 5,2 = 4,67 кН.В качестве ограждающих конструкций применяются навесные клеефанерные панели. Расчетная нагрузка от веса ограждающих конструкцийGcтен= gстВН, где gст – поверхностная масса стен равная 0,485 кН/м2;В – шаг рам;Н – высота панелей.Gстен= 0,485· 3,6 · 6,4 = 11,17 кН.Определение нагрузки от собственного веса арки производим по формулеg арки = k2 (gн + pнс), где kг – грузовой коэффициент, зависящий от пролета арки и коэффициента kс.в., в нашем случае при kс.в.= 3 равный 0,112;gH – постоянная нормативная нагрузка, 0,34 кН/м2;pHc – временная нормативная нагрузка, 0,51 кН/м2.gарки= 1,1· 0,112 (0,34 + 0,51) = 0,105 кН/м2Согласно СНиП 2.01.07-85, ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих. Но, так как в нашем случае Н = 6,4 м и Н/L = 6,4/20 = 0,32 < 1,5, пульсационную составляющую не учитываем. Ветровой напор на кровельный шатер так же не учитываем, т.к. он улучшает работу элементов покрытия.При расчете одноэтажных промышленных зданий высотой h ≤ 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5 динамическую составляющую не учитывают. Расчетное значение ветровой нагрузки определяют какi=o.ki.c.B.f , где ω0 – нормативное значение ветрового давления равное 0,3 кПа;ki – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и тип местности;c – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания равный для напора 0,8; для отсоса – 0,6. Σс = 0,8 + 0,6 = 1,4.B – шаг рам, равный 3,6 м;γf – коэффициент надежности по нагрузке, для ветровой нагрузки равный 1,4.Методом интерполяции определяем значения k на разных высотахk5 = 0,5;k6,4 = 0,542.Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределенным, эквивалентным в заделке консольной балки длиной 6,4 м: ωн= 0,3 · 0,506 · 0,8 · 3,6 · 1,4 = 0,612 кН/м;ωо = 0,3· 0,506· 0,6 · 3,6 · 1,4 = 0,459 кН/м.4.2. Статический расчет рамыПоперечная рама здания, состоящая из двух жестко защемленных с фундаментом колонн и шарнирно соединенных с аркой, рассчитывается на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Давление ветра на ригель заменяется сосредоточенной нагрузкой, приложенной к верху колонны.Двухшарнирная рама является статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля за лишнее неизвестное принимается продольное усилие в нем, которое определяется по правилам строительной механикиХ1+Х2=ХУсилие на колонны от равномерно-распределенной ветровой нагрузкиХ== 3· 6,4 · (0,612 – 0,459)/16 = 0,184 кНМаксимальный изгибающий момент в заделке колонны:М = ωнН2/2 – Х·Н = 0,612 · 6,42/2 – 0,184 · 6,4 = 11,35 кН.м;М = ωоН2/2 – Х·Н = 0,459· 6,42/2 - 0,184 · 6,4 = 9,4 кН.