Санкт-Петербурзький Державний Технічний Університет
Пояснювальна записка до курсового проекту
«Каркас одноповерхового дерев'яного будинку»
Виконала:
студентка групи 3014 / 2
Красильникова Т.С.
Перевірив:
доц.Шіряев Г.В.
2003
Зміст.
1. Конструктивна схема будівлі.
Проектується одноповерхова будівля з несучим дерев'яним каркасом. Основу каркаса складають послідовно розташовані рами, утворені двома колонами і ригелем. Як ригеля використовується трикутна дерев'яна ферма. Колони жорстко закріплені у фундаменті в площині рами і шарнірно в площині стіни.
Просторова жорсткість будівлі забезпечується зв'язками, що об'єднують окремі рами.
1.1. Дерев'яні ферми.
Розглянемо трикутну дерев'яну ферму.
У фермах розрізняють наступні елементи:
1 - Нижній пояс.
2 - Верхній пояс.
3 - Розкоси.
4 - Стойки.
Всі елементи ферми в даному проекті виконані з дерев'яного бруса, за винятком стійок, які виконуються із сталевого кругляка.
Висота ферми визначається по прольоту:
h ф = 1/4L ф при L ф <= 14 м - 6-ти панельна ферма
h ф = 1/5L ф при L ф> = 14 м - 8-ми панельна ферма
5 - Опорні.
6 - Коньковий.
7 - Центральний вузол нижнього пояса.
Відстань між сусідніми вузлами нижнього пояса називається довжиною панелі (l п). У цьому проекті розглянута одно панельна ферма.
1.2. Вибір кроку рам.
Кроком рам називається відстань між двох поруч стоять рам у площині стіни. У будинках такого типу він залежить від навантажень на покриття і зазвичай становить 3 до 6 метрів. Так як проектовану будівлю опалюватися не буде (тобто покриття буде не утеплене), а снігове навантаження буде відповідати 4-му сніговому району, задамо 12 по 4 м і по крайні по 4 м.
Висота будівлі, проліт ферми та вітрової район при призначенні кроку рам не враховуються.
1.3. Зв'язки.
Конструктивна схема каркаса одноповерхової дерев'яної будівлі з трикутною 6-ти панельній фермою і схема розміщення зв'язків представлені на малюнку:
1 - вертикальні зв'язки між фермами. Розміщуються так, щоб ні одна ферма не залишилася без вертикальних зв'язків, що призводить до їх розстановці через проліт між рамами, а при парній кількості прольотів доводиться їх встановлювати поспіль у двох прольотах (наприклад в одного з торців будівлі).
2 - зв'язку в площині верхніх поясів ферм. Встановлюються в торцевих прольотах, але якщо довжина будівлі перевершує 30 м, то вони встановлюються і в центральних прольотах, по можливості з рівним кроком.
3 - зв'язку в площині нижніх поясів ферм. Ці зв'язки розставляються так, щоб на вигляді знизу вони проектувалися на зв'язку в площині верхніх поясів ферм.
Зв'язки 1, 2 і 3 прийнято називати вітровими, так як вони надаючи просторову жорсткість конструкції, дозволяють поряд з іншими елементами каркаса розподіляти вітрове навантаження, що діє на торець будинку між усіма рамами.
Крім зв'язків між фермами в каркасі будівлі виділяють зв'язку між колонами:
6 - горизонтальні зв'язки між колонами.
7 - зв'язку в площині стіни між колонами. Вони встановлюються в крайніх від торців будівлі прольотах, а в будинках, довжина яких перевищує 30 м, і в центральних прольотах.
На малюнку зображені також прогони (4) і кроквяні ноги (5) - це елементи покриття, що не входять в структуру зв'язків. Прогони розташовуються уздовж усього будинку по вузлах верхніх поясів ферм. Кроквяні ноги укладаються упоперек прогонів в площині верхніх поясів ферм із кроком від 0.8 до 1.2 м залежно від величини снігового навантаження. У цьому курсовому проекті крок кроквяних ніг прийнятий рівним 1 м.
2. Конструювання і розрахунок покриття будівлі.
2.1. Конструкція покриття.
1 - Прогін.
2 - Кроквяні ноги.
3 - Робочий настил.
4 - Пароізоляція.
5 - Захисний настил.
6 - 3 шари руберойду.
2.2. Підбір перерізу робочого настилу.
Робочий настил розраховується на міцність і прогин, як нерозрізна 2-х прольотна балка.
Розрахунок робочого настилу за першою групою граничних станів.
Перше сполучення навантажень: постійна (власної ваги) + тимчасова (снігова).
Розрахункова схема:
Таблиця 1. Навантаження власної ваги.
Позначення в таблиці:
g н - нормативне навантаження власної ваги;
g - коефіцієнт надійності за навантаженням власної ваги;
g - розрахункове навантаження власної ваги.
Визначимо снігові навантаження. Сніговий район = 4 Þ P н = 150 кгс / м 2
Для визначення коефіцієнта надійності за снігового навантаження скористаємося наступним правилом:
Якщо g н / p н * cosa <= 0.8, то g A = 1.6
Якщо g н / p н * cosa> = 0.8, то g A = 1.4
У нашому випадку: g н / р н = 27,5 / 150 * 0,93 = 0,2 => g = 1.6
Далі визначаємо погонні навантаження g 'і p'.
g '= g * b * cosa * g A = 33,6 * 1,6 * 0,93 * 1 = 40,93 кгс / м
де b - ширина смуги збору навантаження (b = 1 м);
a - кут нахилу покрівлі до горизонту (cosa = 0,93).
p '= p н * g * b * (cosa) 2 = 150 * 1.6 * 1 * 0.93 2 = 206,4 кгс / м
s = M max / W <= R виг * m в
де s - напруга;
M - розрахунковий згинальний момент;
W - момент опору робочого настилу;
R виг - розрахунковий опір вигину (R виг = 130 кгс / см ²);
m в - температурно-вологісний режим-коефіцієнт, що враховує роботу деревини, що залежить від опалюємо ості будівлі (тому що будинок не опалюється m в = 0.9).
М max = 0.125 * (g '+ p') * L ² = 0.125 * (40,93 + 206,4) * 1 ² = 3092 кгс * см
W = b * h ² / 6 = 75 * 1.9 ² / 6 = 45,125 cм ³
s = 3092 / 45,125 = 68,52 кгс / см ² <R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Друге поєднання навантажень: постійна (власної ваги) + монтажна.
Розрахункова схема:
s = M max / W <= R виг * m в
М max = 0.07 * g '* L ² + 0.207 * 2 * Q * L
де Q - розрахункова монтажна навантаження.
Q = Q н * g = 100 * 1.2 = 120 кгс
де Q н - нормативна монтажна навантаження (Q н = 100 кгс);
g - коефіцієнт надійності за монтажною навантаженні (g = 1.2).
M max = 0.07 * 2.5 2 * 40,93 + 0.207 * 2 * 120 * 2.5 = 14210 кгс * см
s = 14210 / 45,125 = 314.9 кгс / см ²> R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Вибираємо таке значення h = 2.5 см
W = 75 * 2.5 ² / 6 = 104.17 см ³
s = 14210 / 78,125 = 181.89 кгс / см ²> R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Вибираємо таке значення h = 3,2 см
W = 100 * 3,2 ² / 6 = 170,7 см ³
s = 14210 / 170,7 = 83.25 кгс / см ² <R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Висновок: в результаті перевірки приймаємо h = 3.0 см.
Розрахунок робочого настилу за другою групою граничних станів.
Поєднання навантажень: постійна (власної ваги) + тимчасова (снігова).
Розрахункову схему див. вище.
Перевірка полягає у визначенні прогину f.
f = 5 / 384 * (g ' + P ') * l 4 / EI <= [f] = L / 150 = 242.6 / 150 = 1.62 cм,
де E - модуль нормальної пружності (E = 1 * 10 5 кг / см 2);
I - момент інерції;
[F] - допустимий прогин.
I = bh ³ / 12 = 100 * 3,2 ³ / 12 = 273 см 4
При розрахунку за другою групою граничних станів g = 1.
g'' = G н * g * b * cosa = 27.5 * 1 * 1 * 0.93 = 25,6 кг / м
p''= р н * g * b * cos ² a = 150 * 1 * 1 * 0.93 2 = 129,74 кг / м
f = 5 / 384 * (25,6 + 129,74) * 10 -2 * 10 8 / (1 * 10 5 * 273) = 0,74 см> 0,67 cм
Вибираємо таке значення h = 4.0 см
I = 100 * 4 ³ / 12 = 533.33 см 4
f = 5 / 384 * (25,6 + 129,74) * 10 -2 * 10 8 / (1 * 10 5 * 533,33) = 0,37 см <1.62 cм
Висновок: в результаті розрахунку вибираємо h = 4 см.
2.3. Підбір перерізу кроквяних ніг.
Розрахунковий проліт кроквяної ноги обчислюється за формулою:
L = a / cosa = 2.5 / 0.93 = 2.69 м
де a - довжина панелі ферми (a = 2.5 м)
Розрахунок за першою групою граничних станів.
g '= g * b' * cosa + r * b * h * cosa * g
де g - коефіцієнт надійності за навантаженням (g = 1.1);
r - щільність деревини (r = 500 кг / м ³);
b, h - характеристики перерізу (b = 12,5 см; h = 15 cм (з сортаменту)).
b '- ширина смуги збору навантаження (b' = 1 м).
g '= 31 * 1 * 0.93 + 500 * 0.125 * 0.15 * 1.1 = 34,6 кгс / м
p '= p н * g * cosa * b' = 150 * 1.1 * 0.93 * 1 = 142,7 кгс / м
М max = (g '+ p') * L ² / 4 = (34,6 + 142,7) * 2.69 ² / 4 = 508.52 кгс * м
W тр = M max / (R uзг * m в) = 50852 / (130 * 0.9) = 434,6 см ³
W = bh ² / 6 = 12,5 * 15 2 / 6 = 468,75 см ³> W тр = 434,6 см ³
Розрахунок за другою групою граничних станів.
f = 5 / 384 * (g '+ p') * L 4 / EI <= [f] = L / 200 = 269 / 200 = 1.35 см
I = bh 3 / 12 = 12.5 * 15 3 / 12 = 3515,7 см 4
g '= g * b' * cosa * g + r * b * h * cosa * g * b '=
= 27,5 * 1 * 0.83 * 1 + 500 * 0,125 * 0.15 * 0.93 * 1 * 1 = 34,95 кгс / м
p '= pн * (cosa) 2 * g * b' = 150 * 0.8649 * 1 * 1 = 129,74 кгс / м
f = 5 / 384 * (34,74 + 129,74) * 2,69 4 * 10 -2 * 10 8 / (1 * 10 5 * 3515,7) = 0.32 см <[f] = 1.35 см
Висновок: брус перерізом 12,5 х 1.5 см задовольняє вимогам.
2.4. Підбір перерізу прогону.
Розрахунок перерізу прогону проводиться за двома групами граничних станів.
Підбір перерізу прогону.
g '= g * cosa * а / cosa + grbh * а / cosa * n / L * cosa + 2 b' h * cosa * rg,
p '= p н g * (cosa) 2 * a / cosa
де b, h - характеристики перерізу кроквяних ніг (b = 7.5 см, h = 12.5 см);
n - число кроквяних ніг (n = 5);
a - відстань між прогонами по горизонталі (a = 2.17 м);
g = 1.1
2 * b 'xh = 2 * 5 x 20 см - перетин прогону.
g '= 31 * 2.5 + 1.1 * 5 * 0.15 * 0.125 * 500 * 2.5 / 4 +
+ 0.175 * 0.05 * 0.93 * 500 * 1.2 = 77.5 + 35.2 + 4.2 = 117.6 кгс / м Пояснювальна записка до курсового проекту
«Каркас одноповерхового дерев'яного будинку»
Виконала:
студентка групи 3014 / 2
Красильникова Т.С.
Перевірив:
доц.Шіряев Г.В.
2003
Зміст.
| 1. Конструктивна схема будівлі. | 3 |
| 1.1. Дерев'яні ферми. | 3 |
| 1.2. Вибір кроку рам. | 4 |
| 1.3. Зв'язки. | 4 |
| 2. Конструювання і розрахунок покриття будівлі. | 7 |
| 2.1. Конструкція покриття. | 7 |
| 2.2. Підбір перерізу робочого настилу. | 7 |
| 2.3. Підбір перерізу кроквяних ніг. | 10 |
| 2.4. Підбір перерізу прогонів | 11 |
| 2.5. Розрахунок цвяхового вибою. | 13 |
| 3. Розрахунок і конструювання елементів ферм. | 13 |
| 3.1. Визначення вузлових навантажень. | 13 |
| 3.2. Визначення зусиль в стержнях ферм. | 13 |
| 3.3. Підбір перерізів елементів ферм. | 14 |
| 4. Розрахунок і конструювання вузлів ферм. | 18 |
| 4.1 Проміжний вузол. | 18 |
| 4.2 Центральний вузол. | 19 |
| 4.3 Опорний вузол. | 20 |
| 4.4 Стик нижнього пояса. | 23 |
| Список використаної літератури. | 25 |
1. Конструктивна схема будівлі.
Проектується одноповерхова будівля з несучим дерев'яним каркасом. Основу каркаса складають послідовно розташовані рами, утворені двома колонами і ригелем. Як ригеля використовується трикутна дерев'яна ферма. Колони жорстко закріплені у фундаменті в площині рами і шарнірно в площині стіни.
|
Просторова жорсткість будівлі забезпечується зв'язками, що об'єднують окремі рами.
1.1. Дерев'яні ферми.
Розглянемо трикутну дерев'яну ферму.
7 |
1 |
2 |
3 |
4 |
L п |
М. П. |
h ф |
L ф |
5 |
6 |
У фермах розрізняють наступні елементи:
1 - Нижній пояс.
2 - Верхній пояс.
3 - Розкоси.
4 - Стойки.
Всі елементи ферми в даному проекті виконані з дерев'яного бруса, за винятком стійок, які виконуються із сталевого кругляка.
Висота ферми визначається по прольоту:
h ф = 1/4L ф при L ф <= 14 м - 6-ти панельна ферма
h ф = 1/5L ф при L ф> = 14 м - 8-ми панельна ферма
У даному проекті проліт ферми L ф = 15 метрів,
тому висота ферми h ф = 1 / 5 * 15 = 3 метри
Точки перетину елементів ферми - сайти. Виділяють кілька характерних вузлів:5 - Опорні.
6 - Коньковий.
7 - Центральний вузол нижнього пояса.
Відстань між сусідніми вузлами нижнього пояса називається довжиною панелі (l п). У цьому проекті розглянута одно панельна ферма.
1.2. Вибір кроку рам.
Кроком рам називається відстань між двох поруч стоять рам у площині стіни. У будинках такого типу він залежить від навантажень на покриття і зазвичай становить 3 до 6 метрів. Так як проектовану будівлю опалюватися не буде (тобто покриття буде не утеплене), а снігове навантаження буде відповідати 4-му сніговому району, задамо 12 по 4 м і по крайні по 4 м.
Висота будівлі, проліт ферми та вітрової район при призначенні кроку рам не враховуються.
1.3. Зв'язки.
Конструктивна схема каркаса одноповерхової дерев'яної будівлі з трикутною 6-ти панельній фермою і схема розміщення зв'язків представлені на малюнку:
1 - вертикальні зв'язки між фермами. Розміщуються так, щоб ні одна ферма не залишилася без вертикальних зв'язків, що призводить до їх розстановці через проліт між рамами, а при парній кількості прольотів доводиться їх встановлювати поспіль у двох прольотах (наприклад в одного з торців будівлі).
2 - зв'язку в площині верхніх поясів ферм. Встановлюються в торцевих прольотах, але якщо довжина будівлі перевершує 30 м, то вони встановлюються і в центральних прольотах, по можливості з рівним кроком.
3 - зв'язку в площині нижніх поясів ферм. Ці зв'язки розставляються так, щоб на вигляді знизу вони проектувалися на зв'язку в площині верхніх поясів ферм.
Зв'язки 1, 2 і 3 прийнято називати вітровими, так як вони надаючи просторову жорсткість конструкції, дозволяють поряд з іншими елементами каркаса розподіляти вітрове навантаження, що діє на торець будинку між усіма рамами.
Крім зв'язків між фермами в каркасі будівлі виділяють зв'язку між колонами:
6 - горизонтальні зв'язки між колонами.
7 - зв'язку в площині стіни між колонами. Вони встановлюються в крайніх від торців будівлі прольотах, а в будинках, довжина яких перевищує 30 м, і в центральних прольотах.
На малюнку зображені також прогони (4) і кроквяні ноги (5) - це елементи покриття, що не входять в структуру зв'язків. Прогони розташовуються уздовж усього будинку по вузлах верхніх поясів ферм. Кроквяні ноги укладаються упоперек прогонів в площині верхніх поясів ферм із кроком від 0.8 до 1.2 м залежно від величини снігового навантаження. У цьому курсовому проекті крок кроквяних ніг прийнятий рівним 1 м.
|
2. Конструювання і розрахунок покриття будівлі.
2.1. Конструкція покриття.
1 - Прогін.
2 - Кроквяні ноги.
3 - Робочий настил.
4 - Пароізоляція.
5 - Захисний настил.
6 - 3 шари руберойду.
2.2. Підбір перерізу робочого настилу.
Робочий настил розраховується на міцність і прогин, як нерозрізна 2-х прольотна балка.
Розрахунок робочого настилу за першою групою граничних станів.
Перше сполучення навантажень: постійна (власної ваги) + тимчасова (снігова).
Розрахункова схема:
|
Таблиця 1. Навантаження власної ваги.
| № п. п. | Найменування | g н, кгс / м 2 | g | g, кгс / м 2 |
| 1 | Робочий настил (t = 19 мм) | 9.5 | 1.2 | 11,4 |
| 2 | Захисний настил (t = 16 мм) | 8 | 1.2 | 9,6 |
| 3 | Килим руберойд на бітумній мастиці | 10 | 1.2 | 12 |
| Разом: | 27,5 | 1,2 | 33,6 |
g н - нормативне навантаження власної ваги;
g - коефіцієнт надійності за навантаженням власної ваги;
g - розрахункове навантаження власної ваги.
Визначимо снігові навантаження. Сніговий район = 4 Þ P н = 150 кгс / м 2
Для визначення коефіцієнта надійності за снігового навантаження скористаємося наступним правилом:
Якщо g н / p н * cosa <= 0.8, то g A = 1.6
Якщо g н / p н * cosa> = 0.8, то g A = 1.4
У нашому випадку: g н / р н = 27,5 / 150 * 0,93 = 0,2 => g = 1.6
Далі визначаємо погонні навантаження g 'і p'.
g '= g * b * cosa * g A = 33,6 * 1,6 * 0,93 * 1 = 40,93 кгс / м
де b - ширина смуги збору навантаження (b = 1 м);
a - кут нахилу покрівлі до горизонту (cosa = 0,93).
p '= p н * g * b * (cosa) 2 = 150 * 1.6 * 1 * 0.93 2 = 206,4 кгс / м
s = M max / W <= R виг * m в
де s - напруга;
M - розрахунковий згинальний момент;
W - момент опору робочого настилу;
R виг - розрахунковий опір вигину (R виг = 130 кгс / см ²);
m в - температурно-вологісний режим-коефіцієнт, що враховує роботу деревини, що залежить від опалюємо ості будівлі (тому що будинок не опалюється m в = 0.9).
М max = 0.125 * (g '+ p') * L ² = 0.125 * (40,93 + 206,4) * 1 ² = 3092 кгс * см
W = b * h ² / 6 = 75 * 1.9 ² / 6 = 45,125 cм ³
s = 3092 / 45,125 = 68,52 кгс / см ² <R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Друге поєднання навантажень: постійна (власної ваги) + монтажна.
Розрахункова схема:
|
s = M max / W <= R виг * m в
М max = 0.07 * g '* L ² + 0.207 * 2 * Q * L
де Q - розрахункова монтажна навантаження.
Q = Q н * g = 100 * 1.2 = 120 кгс
де Q н - нормативна монтажна навантаження (Q н = 100 кгс);
g - коефіцієнт надійності за монтажною навантаженні (g = 1.2).
M max = 0.07 * 2.5 2 * 40,93 + 0.207 * 2 * 120 * 2.5 = 14210 кгс * см
s = 14210 / 45,125 = 314.9 кгс / см ²> R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Вибираємо таке значення h = 2.5 см
W = 75 * 2.5 ² / 6 = 104.17 см ³
s = 14210 / 78,125 = 181.89 кгс / см ²> R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Вибираємо таке значення h = 3,2 см
W = 100 * 3,2 ² / 6 = 170,7 см ³
s = 14210 / 170,7 = 83.25 кгс / см ² <R виг * m в = 130 * 0.9 = 117 кгс / см 2
Висновок: в результаті перевірки приймаємо h = 3.0 см.
Розрахунок робочого настилу за другою групою граничних станів.
Поєднання навантажень: постійна (власної ваги) + тимчасова (снігова).
Розрахункову схему див. вище.
Перевірка полягає у визначенні прогину f.
f = 5 / 384 * (g ' + P ') * l 4 / EI <= [f] = L / 150 = 242.6 / 150 = 1.62 cм,
де E - модуль нормальної пружності (E = 1 * 10 5 кг / см 2);
I - момент інерції;
[F] - допустимий прогин.
I = bh ³ / 12 = 100 * 3,2 ³ / 12 = 273 см 4
При розрахунку за другою групою граничних станів g = 1.
g'' = G н * g * b * cosa = 27.5 * 1 * 1 * 0.93 = 25,6 кг / м
p''= р н * g * b * cos ² a = 150 * 1 * 1 * 0.93 2 = 129,74 кг / м
f = 5 / 384 * (25,6 + 129,74) * 10 -2 * 10 8 / (1 * 10 5 * 273) = 0,74 см> 0,67 cм
Вибираємо таке значення h = 4.0 см
I = 100 * 4 ³ / 12 = 533.33 см 4
f = 5 / 384 * (25,6 + 129,74) * 10 -2 * 10 8 / (1 * 10 5 * 533,33) = 0,37 см <1.62 cм
Висновок: в результаті розрахунку вибираємо h = 4 см.
2.3. Підбір перерізу кроквяних ніг.
Норми наказують виконувати розрахунок кроквяних ніг як однопрогонових балку.
Розрахункова схема:
|
Розрахунковий проліт кроквяної ноги обчислюється за формулою:
L = a / cosa = 2.5 / 0.93 = 2.69 м
де a - довжина панелі ферми (a = 2.5 м)
Розрахунок за першою групою граничних станів.
g '= g * b' * cosa + r * b * h * cosa * g
де g - коефіцієнт надійності за навантаженням (g = 1.1);
r - щільність деревини (r = 500 кг / м ³);
b, h - характеристики перерізу (b = 12,5 см; h = 15 cм (з сортаменту)).
b '- ширина смуги збору навантаження (b' = 1 м).
g '= 31 * 1 * 0.93 + 500 * 0.125 * 0.15 * 1.1 = 34,6 кгс / м
p '= p н * g * cosa * b' = 150 * 1.1 * 0.93 * 1 = 142,7 кгс / м
М max = (g '+ p') * L ² / 4 = (34,6 + 142,7) * 2.69 ² / 4 = 508.52 кгс * м
W тр = M max / (R uзг * m в) = 50852 / (130 * 0.9) = 434,6 см ³
W = bh ² / 6 = 12,5 * 15 2 / 6 = 468,75 см ³> W тр = 434,6 см ³
Розрахунок за другою групою граничних станів.
f = 5 / 384 * (g '+ p') * L 4 / EI <= [f] = L / 200 = 269 / 200 = 1.35 см
I = bh 3 / 12 = 12.5 * 15 3 / 12 = 3515,7 см 4
g '= g * b' * cosa * g + r * b * h * cosa * g * b '=
= 27,5 * 1 * 0.83 * 1 + 500 * 0,125 * 0.15 * 0.93 * 1 * 1 = 34,95 кгс / м
p '= pн * (cosa) 2 * g * b' = 150 * 0.8649 * 1 * 1 = 129,74 кгс / м
f = 5 / 384 * (34,74 + 129,74) * 2,69 4 * 10 -2 * 10 8 / (1 * 10 5 * 3515,7) = 0.32 см <[f] = 1.35 см
Висновок: брус перерізом 12,5 х 1.5 см задовольняє вимогам.
2.4. Підбір перерізу прогону.
Розрахунок перерізу прогону проводиться за двома групами граничних станів.
|
Підбір перерізу прогону.
g '= g * cosa * а / cosa + grbh * а / cosa * n / L * cosa + 2 b' h * cosa * rg,
p '= p н g * (cosa) 2 * a / cosa
де b, h - характеристики перерізу кроквяних ніг (b = 7.5 см, h = 12.5 см);
n - число кроквяних ніг (n = 5);
a - відстань між прогонами по горизонталі (a = 2.17 м);
g = 1.1
2 * b 'xh = 2 * 5 x 20 см - перетин прогону.
g '= 31 * 2.5 + 1.1 * 5 * 0.15 * 0.125 * 500 * 2.5 / 4 +
p '= 150 * 1.6 * 0.93 2 * 2.5 = 558 кгс / м
Перевірка перетину за першою групою граничних станів.
s = M max / W <= R виг * m в
М max = (g '+ p') * l ² / 12 = (117.6 + 558) * 4 2 / 12 = 83361 кгс * см
W = 2 b 'h ² / 6 = 2 * 5 * 20 2 / 6 = 687.8 см 3
W тр = М max / m в * R u = 83361 / 0.9 * 140 = 687.8 см 3
Перевірка перетину за другою групою граничних станів.
f <[f] = L / 200 = 400 / 400 = 1 см
f = 5 / 384 * (g 'н + p' н) * L 4 / EI
g 'н = g' / g = 117.6 / 1.1 = 110.87 кгс / м
p 'н = p' / g = 558 / 1.6 = 348.75 кгс / м
I = 2 b 'h 3 / 12 = 2 * 5 * 20 3 / 12 = 6666.7 см 4
f = 5 / 384 * (1.1 + 3.5) * 400 4 / (1 * 10 5 * 6666.7) = 0.46 см <[f] = 1 см
Висновок: брус перерізом 5 х 20 см задовольняє вимогам. Так як крайні прольоти скорочені, то умови міцності і за прогинами виконуються і для них.
2.5. Розрахунок цвяхового вибою.
|
Задамо діаметр цвяха d гв = 5.5 мм.
Визначаємо a = 0.21 L - 23 d гв = 0.21 * 400 - 23 * 0.55 = 71.35 cм
Визначаємо Q = Mоп / a = 86666.7 / 71.35 = 1214.7 кгс
Визначаємо T гв = Q / 2 = 607.35 кгс
Визначаємо T 1гв = 400 * d 2 гв = 121 кгс
Знаходимо кількість цвяхів n = Tгв / T1гв = 607.35 / 121 = 5.02,
Приймаються n = 6 шт.
3. Розрахунок і конструювання елементів ферм.
3.1. Визначення вузлових навантажень.
Всі вертикальні навантаження, що діють на ферму, діляться на постійні і тимчасові. При визначенні зусиль приймається, що всі навантаження включені до вузлів верхнього пояса.
P - вузлова навантаження від дії снігу.
G - вузлова навантаження від дії власної ваги.
G = g '1 B + g св * d * B
g св = (g + p сн) / (1000 / (L * k св) - 1) = 459.6/37.66 = 12.2
G = 117.6 * 4 + 12.2 * 2.69 * 4 = 601.6
де d - довжина панелі, яка вимірюється вздовж верхнього пояса ферми;
b, h - характеристики перерізу прогону.
k св - коефіцієнт, що залежить від типу і конструкції ферми (k св = 5)
P = p '1 B = 4 * 558 = 1222 .19 кгс = 2232 кг
де B - довжина панелі.
G + P = 2232 + 601.6 = 2833.6 кг
3.2. Визначення зусиль в стержнях ферми.
Розрахунок виконується на одиничних навантаженнях, прикладених до половини ферми.
|
| № стрижня | Частина ферми | Од. навантаження зліва | Од. навантаження праворуч | Од. навантаження по всій фермі | Зусилля при G + P, тс | Сніг по лев. Пол. + Соб. вагу по всій фермі |
| 1 | Верхній пояс | -4,71 | -2,02 | -6,73 | -18,844 | -14,4 |
| 2 | -3,37 | -2,02 | -5,39 | -15,092 | -10,648 | |
| 3 | -2,02 | -2,02 | -4,04 | -11,312 | -6,868 | |
| 4 | -2,02 | -2,02 | -4,04 | -11,312 | -6,868 | |
| 5 | -2,02 | -3,37 | -5,39 | -15,092 | -7,678 | |
| 6 | -2,02 | -4,71 | -6,73 | -18,844 | -8,482 | |
| 7 | Нижній пояс | 4,37 | 1,87 | 6,24 | 17,472 | 13,358 |
| 8 | 4,37 | 1,87 | 6,24 | 17,472 | 13,358 | |
| 9 | 3,12 | 1,87 | 4,99 | 13,972 | 9,858 | |
| 10 | 1,87 | 3,12 | 4,99 | 13,972 | 7,108 | |
| 11 | 1,87 | 4,37 | 6,24 | 17,472 | 7,858 | |
| 12 | 1,87 | 4,37 | 6,24 | 17,472 | 7,858 | |
| 14 | Розкоси | -1,35 | 0 | -1,35 | -3,78 | -3,78 |
| 16 | -1,6 | 0 | -1,6 | -4,48 | -4,48 | |
| 18 | 0 | -1,6 | -1,6 | -4,48 | -0,96 | |
| 20 | 0 | -1,35 | -1,35 | -3,78 | -0,81 | |
| 13 | Стійки | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 15 | 1 | 0 | 1 | 2,8 | 2,8 | |
| 17 | 0,5 | 0,5 | 1 | 2,8 | 1,7 | |
| 19 | 0 | 1 | 1 | 2,8 | 0,6 | |
| 21 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3.3. Підбір перерізів елементів ферм.
1) Верхній пояс.
Вибираємо стрижень з найбільшим стискаючим зусиллям. У даному випадку це стрижні 1, 6, N = 7.79 тс.
Перевірка за умовою міцності.
s = N / A нт <= R з * m в
R з = 130 кгс / см 2 ; M в = 1; b = 12.5 см
h тр = N / (R з * m в * b) = 18800 / (130 * 1 * 12.5) = 11,6 см
Округлюємо в більший бік до найближчого сортаментний значення h = 12,5 см
Перевірка за умовою стійкості.
s = N / (j * A бр) <= R з * m в
j - коефіцієнт поздовжнього вигину
j = 1 - 0.8 (l / 100) 2, при l <75
j = 3100 / l 2, при l> = 75
l - гнучкість стержня
l = max (l x; l y)
l x - гнучкість у площині ферми.
l x = L px / i x
L px - відстань між вузлами верхнього поясу (L px = 2.325 м).
i x - радіус інерції.
i x = 0.289 h = 0.289 * 12,5 = 3,6 см
l x = 235.5 / 3.6 = 64.58
l y - гнучкість з площини ферми.
l y = L py / i y
L py - відстань між двома суміжними прогонами (L py = 2.426 м).
L py = L px, так як прогони встановлені у вузлах верхнього пояса.
i y - радіус інерції.
i y = 0.289 b = 0.289 * 12.5 = 3.613 см
l y = 232.5 / 3.6 = 64.58
l = 64.58 <75
j = 3100 / 64.58 2 = 0.74
N / (j * b * h) = 18800 / (0.74 * 12.5 * 12.5) = 166.9 кгс / см 2> R с * m в = 130 кгс / см 2
Приймаємо значення h = 15 см
i x = 0.289 h = 0.289 * 15 = 4.35 см
l x = 232.5 / 4.35 = 53.45
l = 53.45 <75
j = 1 - 0.8 (53.45 / 100) 2 = 0.82
N / (j * b * h) = 18800 / (0.82 * 12.5 * 15) = 122.3 кгс / см 2 <R с * m в = 130 кгс / см 2
Вибираємо брус перерізом b = 12.5 см; h = 15 см
2) Нижній пояс.
Вибираємо стрижень з найбільшим розтягуючим зусиллям. У даному випадку це стрижні 7, 8, N = 17.5 тс.
s = N / A нт <= R p * m в
R p = 100 кгс / см 2; m в = 1
A нт треб = N / (R p * m в) = 17500 / (100 * 1) = 175 см 2
А п = 1.25 * A нт = 1.25 * 175 = 218.75 см ²
З конструктивних міркувань вибираємо брус перерізом b = 12.5 см; h = 17.5 см
3) Розкоси
Вибираємо розкоси 14 і 16 із зусиллями N 1 = 3.75 тс та N 2 = 4.48 тс.
R з = 130 кгс / см 2; m в = 1; b 1 = b 2 = 12.5 см
L 1 = 2.69 м, L 2 = 3.2 м (з креслення).
A тр = N / (R з * m в)
Розраховуємо Розкіс 14:
A ТР1 = 3750 / (130 * 1) = 28.8 см 2
h ТР1 = A ТР1 / b 1 = 28.8 / 12.5 = 2.3 см
Округлюємо до найближчого сортаментний: h 1 = 2.5 см
Перевіряємо вибраного перетин:
s = N / (A * j) <= R з * m в
i x1 = 0.289 h 1 = 0.289 * 2.5 = 0.72 cм
l x1 = L 1 / i x1 = 269 / 0.72 = 373.61
i y1 = 0.289 b 1 = 0.289 * 12.5 = 3.613 cм
l y 1 = L 1 / i y 1 = 269 / 3.613 = 74.5
l 1 = 373.61
Так як максимальна гнучкість розкосів не повинна перевищувати l = 150, приймаємо значення h 1 = 10 см.
i x1 = 0.289 * 10 = 2.89 cм
l x1 = 269 / 2. 89 = 93.2
l 1 = 93.1> 75
j 1 = 3100 / l 1 2 = 3100 / 93.1 2 = 0.35
N 1 / (b 1 * h 1 * j 1) = 3750 / (12.5 * 10 * 0.35) = 85.7 кгс / см 2 <R с * m в = 130 кгс / см 2
Вибираємо брус перерізом b = 12.5 см; h = 10 см
Розраховуємо Розкіс 16:
A ТР2 = 4480 / (130 * 1) = 34.4 см 2
h ТР2 = A ТР2 / b 2 = 34.4 / 12.5 = 2,76 см
Округлюємо до найближчого сортаментний: h 2 = 7.5 см
Перевіряємо вибраного перетин:
i x 2 = 0.289 * 7.5 = 2.17 cм
l x 2 = 320 / 2.17 = 151.4
i y 2 = 0.289 * 12.5 = 3.613 cм
l y2 = 320 / 3.613 = 88.57
l 2 = 151.4
Так як максимальна гнучкість розкосів не повинна перевищувати l = 150, приймаємо значення h 2 = 10 см.
i x2 = 0.289 * 10 = 2.89 cм
l x2 = 320 / 2.89 = 110.7
l 2 = 100.7> 75
j 1 = 3100 / l 1 2 = 3100 / 110.7 2 = 0.25
N 2 / (b 2 * h 2 * j 2) = 2480 / (12.5 * 10 * 0.25) = 79.36 кгс / см 2 <R с * m в = 130 кгс / см 2
Вибираємо брус перерізом b = 12.5 см; h = 10 см
4) Стойки.
Вибираємо стійку 15 з найбільшим зусиллям N = 2.8 тс.
s = N / A тр <= R р ст * g з
R р ст = 2300 кг / м ²; g з = 1
A тр = N / (R р ст * g с) = 2800 / (2300 * 1) = 1.22 см ²
A повн = A тр / 0.75 = 1.22 / 0.75 = 1.63 см 2
A повн = p * d 2 / 4 => d повн = 1.3 см
Вибираємо стрижень d = 14 мм
4. Розрахунок і конструювання вузлів ферм.
4.1 Проміжні вузли ферми. Вузол на колодці
Перевірка по площі опертя:
N р * cosa / B * h вр <R c м а
R c м а = R c м / (1 + (R c м / R c м 90 * sin 3 a - 1)) = 140 / (1 + (140/24 - 1) * 0,7) = 140 / 4,4 = 31,8
N р * cosa / B * h вр = 4480 * 0,93 / 12,5 * 3,13 = 106,5
Перевірка не забезпечується => робимо перевірку на сколювання
| (N лев-N пр.) | / B * l скель = R c к.ср. * m в
| N лев-N пр. | = 4,37 - 1,87 = 2.5
l скель = 10h вруб = 31.3 см
R ск.ср. = R ск / (1 + (l скель / e))
Де: e - ексцентриситет сил сколювання
е = l Н.Т. / 2 = 17,5 / 2 = 8,75 см
= 0,25
R ск.ср. = 24 / (1 +0,25 * 31.3/8.75) = 12,7 кг / см 2
| (N лев-N пр.) | / B * l скель = 2500/12, 5 * 31,3 = 6,4 кг / см 2 <12,7 кг / см 2
4.2 Центральний вузол нижнього пояса
N / B * h вр <R ск * m в
N = P / 4 * l ф * h ф = 1500 / 4 * 1500 * 300 = 1 / 1200 = 0,0008 кг
N / B * h вр <R ск * m в = 0,0008 / 3,13 * 12,5 = 0,00002 <12,7 кг / см 2
R ск = 12,7 кг / см 2
Виконуємо конструктивно
Перевірка за сколюванню
| (N лев-N пр.) | / B * l скель <R c к.ср. * m в
Розкіс 16
1600/12, 5 * 31,3 = 4,1 <10,7 кг / см 2
l скель <10h вр = 10 * 3,13 = 31,3 см
А скель <10h вр * B = 12,5 * 31,3 = 387,5 см 2
N / А скель <R ск.ср. = 1600/387, 5 = 4,12 кг / см 2 <10,71 кг / см 2
Розкіс 18
1600/12, 5 * 31,3 = 4,1 <10,7 кг / см 2
l скель <10h вр = 10 * 3,13 = 31,3 см
А скель <10h вр * B = 12,5 * 31,3 = 387,5 см 2
N / А скель <R ск.ср. = 1600/387, 5 = 4,12 кг / см 2 <10,71 кг / см
Перевірка колодки у площині обпирання розкосу в колодку
N / B * h рас <R см * m в
R c м а = R c м / (1 + (R c м / R c м 90 - 1) * sin 3 a) = 140 / (1 + (140/24 - 1) * 0,7) = 140 / 4,4 = 31, 8
N / B * h рас = 1600/10 * 12,5 = 12,8 <31,8
Стик нижнього пояса з використанням вставки для ферми 15 м.
Нагельних полі
1. d - діаметр нагеля
d наг = h / 9,5 = 1,4 см = 14 мм.
2. N - зусилля, що виникає в нагельних полі
N = * d 2 = 250 * 1,96 = 490 кг
3. а - ширина накладки
a = 6 * d наг = 6 * 1,4 = 8,4 см
4. n - кількість нагелів
n = N / 2 * N наг = 17500 / 2 * 490 = 17,86 = 18
Центральна стійка
n = 500 / 2 * 490 = 0,52 = 2
Подгаечний брус
Mmax = 250 * (12,5 + 8,4) / 4 = 8337,5 кгс
Возмем брус розміром: b = 7,5 см, h = 7,5 см
W = 7,5 * 7,5 2 / 6 = 70,31 см 3
Mmax / W <R і * m в = 140 кг / см 2
Mmax / W = 8337.5/166.67 = 118,56 кг / см 2
4. 3. Опорний вузол.
Вибираємо опорний вузол на натяжних хомутах.Опорний вузол утворений колоною, верхнім поясом і нижнім поясом. Зусилля в опорному вузлі передаються в наступному порядку: стискуюче зусилля верхнього пояса передається на вкладиш; на вкладиші вертикальна складова цього зусилля передається через подбалку і підфермової брус на колону; горизонтальна складова зусилля передається на швелер, потім на ліві куточки і через 4 тяжа на праві куточки , з куточків на накладки, а потім через нагельних полі зусилля передається на нижній пояс.
1) Розрахунок тяжів.
s = N н п / 4 A т тр <= R р ст * g c
R р ст = 2100 тс / см 2; g c = 1; N н п = 13.34 тс
A т тр = N н.п / 4 R y g c = 13340 / (2100 * 1 * 4) = 1.6 см ²
А бр = А т тр / 0.7 = 1.6 / 0.7 = 2.3 см 2 => d = 2.5 см ²
Округлюємо до найближчого сортаментний значення d т = 2.5 см
2) Розрахунок болтів (нагелів), що прикріплюють накладки до нижнього поясу.
Діаметр болта (нагеля) приймаємо з конструктивних міркувань
D б = h н п / 9.5 = 17.5 / 9.5 = 1.3 см Þ d = 1.84 см
Кількість болтів (нагелів)
Т б = 250 * d 2 = 250 * 1.5 2 = 562.5 кгс
n б = N н п / (n ср * Т б) = 13340 / (562.5 * 2) = 11.8 шт Þ n б = 12 шт
3) Розрахунок опорного вкладиша.
|
s = N в п / A в п <= R a см * m в
R a см = R см / [1 + (R см / R 90 см - 1)] * (sina) 3
R см = 130 кгс / см 2; R 90 см = 30 кгс / см 2; m в = 1; N в п = 10.65 тс
R a см = 130 / [1 + (130 / 30 - 1) * 0,7] = 100.14 кгс / см 2
s = 10650 / 12.5 * 15 = 56.89 кгс / см 2 <= 100.14 * 1 = 100.14 кгс / см 2
Опорний вкладиш задовольняє необхідним умовам.
4) Розрахунок накладок.
s см = N н п / (2 A нк) <= R см * m в
R см = 130 кгс / см 2
A нк> = N н п / (2 R см * m в) = 13340 / (2 * 130) = 51.3 см 2
Висоту накладок приймаємо з конструктивних міркувань рівній висоті нижнього пояса
h нк = 12.5 см
b нк = A нк / h нк = 51.3 / 12.5 = 4.1 см Þ b нк = 5 см
5) Розрахунок швелера
|
N т |
N т |
N т |
2N т |
2N т |
M max |
M max = N т (a + b / 2)
де a - товщина накладки;
b - товщина нижнього пояса ферми.
N т = N н п / 4 = 13 340 / 4 = 3335
M max = 3335 * (5 + 6.25) = 37518 кгс * см
s = М max / W <= R р ст * g c
W у тр = М max / (R р ст * g c) = 37518 / (2100 * 1) = 14.86 см 3
З конструктивних міркувань вибираємо швелер № 20 з W y = 153 см 3, що задовольняє умові W y> = W у тр
6) Розрахунок куточків.
|
М max = N н п / 8 * (c + h / 2) = 13340 / 8 * (20 + 12.5 / 2) = 63523.31 кгс * см
де c - подвоєне відстань між кромкою накладки і віссю тяжа;
h - висота накладки
s = М max / W x <= R р ст * g c
R р ст = 2300 кгс / см 2
W x тр = М max / (R y * g c) = 6352.31 / (2100 * 1) = 10.89 см 3
Вибираємо нерівнополичний куточок № 9/5.6 товщиною 6 мм з W x = 11.67 см 3, що задовольняє умові W x> = W x тр.
7) Підбір перерізу підфермової бруса.
N верт = (G + P) * n / 2 = 2833 * 6 / 2 = 8499 кгс
де n - кількість панелей.
s = N верт / (b п бр * b) <R 90 см * m в
b п бр = N верт / (b * R 90 см * m в) = 8499 / (30 * 12.5 * 1) = 21.3 см
Вибираємо підфермової брус перерізом b = 22 см; h = 10 см.
4. 4. Стик нижнього пояса.
1) Будівельний підйом
f стр = L ф / 200 = 1500 / 200 = 7.5 см
2) Розрахунок болтів (нагелів), що прикріплюють накладки до нижнього поясу.
Діаметр болта (нагеля) приймаємо з конструктивних міркувань
D б = h н п / 9.5 = 17.5 / 9.5 = 1.84 см Þ d = 2 см
Кількість болтів (нагелів)
Т б = 250 * d 2 = 250 * 2 2 = 1000 кгс
n б = N н п / (n ср * Т б) = 13340 / (1000 * 2) = 6.67 шт Þ n б = 8 шт
3) Розрахунок накладок.
s = N н п / (2 A нк) <= R р * m в
R р = 100 кгс / см 2
A нк> = N н п / (2 R р * m в) = 13340 / (2 * 100 * 1) = 66.7 см 2
Висоту накладок приймаємо з конструктивних міркувань рівній висоті нижнього пояса
h нк = 12.5 см
b нк = A нк / h нк = 66.7 / 12.5 = 5.3 см Þ b нк = 7.5 см
Вибираємо накладки перетином b = 7.5 см h = 12.5 см.
Список використовуваної літератури:
1. "Конспект лекцій по дерев'яним конструкціям" Ширяєв Г. В. - 2003 р.
2. Карлсен "Дерев'яні та пластмасові конструкції".
3. Кауфман "Дерев'яні конструкції".
Цей текст може містити помилки.
Будівництво та архітектура | Курсова
Схожі роботи:
Сталевий каркас одноповерхового промислового будинку
Визначення сейсмічних навантажень діючих на залізобетонний каркас одноповерхового будинку
Проектування дерев`яного житлового будинку
Головні типи великоросійського дерев`яного храму 2
Головні типи великоросійського дерев`яного храму
Кижи - музей-заповідник народного дерев`яного зодчества
Архангельський музей дерев`яного зодчества Малі Корели
Монтаж одноповерхового промислового будинку
Проектування одноповерхового житлового будинку