Проектування конструкцій з дерева і пластмас плавального басейну

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Пермський державний технічний університет

Будівельний факультет

Кафедра будівельних конструкцій

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До курсового проекту з дисципліни "Конструкції з дерева і пластмас"

на тему

"Проектування конструкцій з дерева і пластмас плавального басейну"

Виконав Краснов В.Г.

Керівник Осетрина А.В.

м. Перм 2010

Вихідні дані

Введення

Дерев'яні конструкції знаходять широке застосування в практиці будівництва завдяки різноманітності конструктивних форм, широкому діапазону перекриваються прольотів, малій масі, відносно високою довговічності й вогнестійкості, простоті виготовлення та монтажу, високого ступеня заводської готовності, наявності великої сировинної бази.

Із застосуванням дерев'яних конструкцій, таких як балки, рами, арки, плити покриттів і перекриттів на дерев'яному каркасі побудовано і експлуатується велика кількість будівель виробничого призначення, складів мінеральних добрив, спортивних, видовищних, торгових та інших цивільних будівель і споруд. Досить ефективно використовуються клеєні дерев'яні конструкції.

Мета роботи - закріплення теоретичний знань і розвиток навичок самостійної роботи в галузі розрахунку і проектування конструкцій з дерева і пластмас. У процесі проектування повинні проявити вміння самостійно працювати з науково-технічною літературою, використовувати новітні нормативні та довідкові матеріали.

1. Компонування плити

Плити покриття укладаються безпосередньо по несучих конструкціях, відповідно, довжина плити дорівнює кроку несучих конструкцій - 3,5 м, а з урахуванням припусків при виготовленні - 3,48 м. Ширина плити приймається рівною ширині стандартного листа фанери (1500 * 3500). З урахуванням обрізки крайок для їх вирівнювання ширина плити - 1,48 м. Напрямок волокон зовнішніх шарів фанери слід розташовувати уздовж плити. Товщина фанери - 10мм.

Висота плити

Товщину ребер приймаємо 50мм. За сортаментом приймаємо дошки 50 * 175мм. Фанера приклеюється до нижньої сторони дерев'яного каркаса, тому фрезеруються тільки кромки дощок. Після острожки крайок розміри ребер 50 * 170мм. Крок поздовжніх ребер конструктивно призначаємо 50см. Пароізоляція - фарбувальна по зовнішній стороні обшивки. Фарбування проводиться емаллю ПФ-115 за 2 рази.

1.1 Теплотехнічний розрахунок плити

Режим приміщення:

- Температура найбільш холодної п'ятиденки з забезпеченістю 0,98: -35 º C;

- Середня температура повітря з середньодобовою температурою ≤ 8 º C: -6,5 º C;

- Тривалість періоду з середньодобовою температурою ≤ 8 º C: 218 діб (визначена шляхом інтерполяції);

- Умова експлуатації: Б3.

Умови експлуатації конструкцій Б3.

a _int = 8,7 Вт / (м ² × ° С) - відповідно до табл. 4 * [2], a _ext = 23 Вт / (м ² × ° С) - відповідно до табл. 6 * [2].

_{D d} = (t _int - t _ht) × z _ht = (21 +6,5) × 218 = 5995

R _req = 3,39 за таблицею 4 СНиП 23-02-2003

1.2 Збір навантажень

Повні погонні навантаження:

Нормативна

Розрахункова

1.3 Статичний розрахунок

Ширина площадки обпирання на верхній пояс несучої конструкції - 6см, тоді розрахунковий проліт плити дорівнює

Плита розраховується як балка на двох опорах.

Розрахунковий згинальний момент:

Розрахункова поперечна сила:

При ухилах покрівлі 1:4 розрахунок плити допускається вести без урахування явища косого згину.

Геометричні характеристики перерізу

Розрахунок клеєних елементів з фанери і деревини виконується за методом зведеного поперечного перерізу відповідно до п.4.25 СНиП II-25-80.

Розрахункова ширина фанерною обшивки при

Геометричні характеристики плити наводимо до фанери за допомогою коефіцієнта приведення:

Наведена площа поперечного перерізу плити

Наведений статичний момент поперечного перерізу плити щодо нижньої площини обшивки

Відстань від нижньої межі до нейтральної осі поперечного перерізу плити

Відстань від нейтральної осі до верхньої межі поздовжніх ребер

Відстань від нейтральної осі плити до центру ваги поздовжніх ребер

Наведений момент інерції плити відносно нейтральної осі

1.4 Конструктивний розрахунок

Перевірка напруг

Максимальні напруги в розтягнутій фанерною обшивці:

, Де

-Коефіцієнт надійності за призначенням.

Максимальні напруження розтягу в ребрі дерев'яного каркаса

,

де коефіцієнт призводить геометричні характеристики до найбільш напруженого матеріалу - деревині, тобто

Максимальні стискаючі напруги в ребрі дерев'яного каркаса

Перевірка сколюють по клейовому шву між фанерною обшивкою і поздовжніми ребрами каркасу:

,

де -Статичний момент фанерною обшивки відносно нейтральної осі:

Міцність клейового шва між фанерою і деревиною (фанера приклеюється на клеї ФРФ - 50) приймається рівної міцності фанери на сколювання вздовж волокон зовнішніх шарів 78,4 Н / см ² (табл.10 СНиП II-25-80).

Перевірка прогину плити

Відносний прогин плити:

Скомпоноване перетин задовольняє умовам міцності і жорсткості.

2. Визначення геометричних характеристик рами

За розрахункову вісь прийнята зовнішня кромка рами

а) висота в коньковом вузлі рами

Н = 5,5 м;

б) задаємося висотою вертикальної частини стійки h ^н _ст = 1 м, тоді

h ^в _ст = h - h ^н _ст = 5 - 1 = 4 м;

в) кут між ригелем і стійкою:

a = 90 ^о + g = 90 + 14 = 104 ^о, тоді

= 52 ^о;

г) радіус заокруглення карнизного вузла:

r = h ^у _ст · tg = 4 · 1.28 = 5,12 м;

Збір навантажень

Таблиця 2

Навантаження на раму (Н / м ²⁾

Власна маса рами:

g ^н _с.м. = Н / м ^2;

де g ^н _п - нормативне навантаження від власної маси покриття;

g ^н _сн - нормативна снігове навантаження на покриття;

до _см - коефіцієнт власної маси несучих конструкцій.

Повні погонні навантаження:

а) постійна g _п = 680 · 3,5 = 2380 Н / м = 2,4 кН / м;

б) тимчасова g _сн = 1600 · 3,5 = 5600 Н / м = 5,6 кН / м;

в) повна g = g _п + g _сн = 8 кН / м

3. Конструктивний розрахунок рами

Задаємося: 1. Матеріал несучої конструкції - ялина II сорту;

2. Ширина перерізу: b = 165 мм; R _u = 1,3 кН / см ²

3. Товщина шарів: r / d _сл 200 à d _сл = r/200;

r = 5.12 м (табл. 9 СНіП II-2580)

d _сл = 512/200 = 2,56 24 мм.

Визначаємо наближено необхідну висоту перерізу рами в карнизному вузлі:

à ;

h _тр = = 97,33 см;

Компонуємо перетин з 43 шару h = 41.2, 4 = 98 см

Приймаються висоту перерізу в коньковом вузлі:

H _к = 0,3 · h = 0,3 · 105 = 32 см;

в опорному вузлі:

h _оп = 0,4 · h = 0,4 · 105 = 42 см

а). Перевірка перерізів елементів рами по внутрішній стислій кромці.

s = ; ;

W = = 26411.0 см ³

W _розр. = W * До _гв = 26411 * 0,93 = 24562,23 см ^3;

До _гв = = ;

- Коефіцієнт, що враховує додатковий момент від поздовжньої сили при деформації елемента;

N = 141,23 кН;

А ₂ = 1617 см ^2;

l =

l = = 57,01

де l _o - розрахункова довжина рами по осьовій лінії:

l _o = 16,148 м (властивості полілінії AutoCad)

; ;

s = кн / см ² <1,23 кн / см ^2;

m _b = 1 (табл. 5), m _н = 1 (табл. 6), m _d = 0,96

(Табл. 7),

m _сл = 1,1 (табл. 8), m _гн = 0,9 (табл. 9)

R _c ^/ = R _c · m _b · m _н · m _d · m _сл · m _гн = 1,3 · 1 · 1 · 0.96 · 1.1 · 0.9 = 1,23 кН;

б) Перевіряємо по зовнішній розтягнутій кромці

s = - <R _p;

До _гн = ;

;

W = = 26411.0 см ³

s = - = 0,95> 0,9

Перетин не задовольняє умовам міцності.

Приймаються розміри перетину b = 16,5 см, h = 105,6 см.

а). Перевірка перерізів елементів рами по внутрішній стислій кромці.

s = ; ;

W = = 30319 см ³

W _розр. = W * До _гв = 26411 * 0,93 = 28196,44 см ^3;

До _гв = = ;

- Коефіцієнт, що враховує додатковий момент від поздовжньої сили при деформації елемента;

N = 141,23 кН;

А ₂ = тисячі сімсот тридцять дві см ^2;

l =

l = = 57,01

де l _o - розрахункова довжина рами по осьовій лінії:

l _o = 16,148 м (властивості полілінії AutoCad)

; ;

s = кн / см ² <1,23 кН / см ^2;

m _b = 1 (табл. 5), m _н = 1 (табл. 6), m _d = 0,96

(Табл. 7),

m _сл = 1,1 (табл. 8), m _гн = 0,9 (табл. 9)

R _c ^/ = R _c · m _b · m _н · m _d · m _сл · m _гн = 1,3 · 1 · 1 · 0.96 · 1.1 · 0.9 = 1,23 кН;

б) Перевіряємо по зовнішній розтягнутій кромці

s = - <R _p;

До _гн = ;

;

W = = 26411.0 см ³

s = - = 0,82 <0,9 кН / см ²

Перетин задовольняє умовам міцності.

Перевірка стійкості плоскої форми деформування рами.

- Формула 33 [1]

де: F = 16,5 * 105,6 = 1732,5 кН

W = = 30319 см3

n = 1 - для елементів мають закріплення розтягнутої зони з площини деформування;

j - коефіцієнт поздовжнього вигину для гнучкості ділянки елемента розрахункової довжини lр з площини деформування:

lр = l · m = 3 · 0.65 = 1.95м - формула 10 [1] - при кроці розпірок 3м;

lр = lр1 · m 0;

m 0 = 0.8 - по п. 4.21 [1] - для j м

= 40.89 <70

j = 1-0,8 · ;

N = 141.23 кН

m _b = 1 (табл. 5), m _н = 1 (табл. 6), m _d = 0,96

(Табл. 7),

m _сл = 1,1 (табл. 8), m _гн = 0,9 (табл. 9)

R _c ^/ = R _c · m _b · m _н · m _d · m _сл · m _гн = 1,3 · 1 · 1 · 0.96 · 1.1 · 0.9 = 1,23 кН;

= = 0.92;

j м =

де: Kф = 1.13 - відповідно до табл. 2 додатка 4 [1]

j м = = = 2.10

= 0.08 <1 - система зв'язків і розпірок забезпечується стійкість рами.

Опорний вузол

Перевіряємо клейові шви на сколювання:

t = 1,5 · ;

Q _о = 88,96 кНм;

Розрахункова довжина перерізу: b _розр = 0,6 · 165 = 99 мм = 10 см;

Ширина опорної частини за вирахуванням симетричної підрізування по 3 см:

h _оп = 90 - 2 · 3 = 84 см;

t = 1,5 · = 1,06 кН / см ^2;

Перевіряємо деревину на зминання в місці упору стійки рами на фундамент:

s _см = ;

_А він = 16,5 · 84 = 1 386 см ^2;

s _см = = 102,21 Н / см ² <R _см · K _N = 300.0, 9 = 300 Н / см ^2;

K _{N-коефіцієнт} враховує концентрацію напружень під кромкою черевика (п 5.29 посібник з проектування дерев'яних конструкцій)

Висота вертикальної стінки черевика з умов зминання деревини поперек волокон:

h _d = = см:

Для визначення товщини цієї стінки знаходимо згинальний момент в пластині:

М = кН * см;

Н = Q _o = 88,96 кН;

W _тр = 100,08 / 24,5 = 4,08 см ^3;

d = = 1,25 см, приймаємо d = 14 мм;

Траверси проектуємо з куточка 180x125x14 мм;

Перевіряємо вертикальну полицю куточка без урахування горизонтальної полиці на відцентровий розтяг за формулою:

s _р = ;

А _ВП = 1,4 · 16,6 = 22,96 см ^2;

W _ВП = = 62,75 см ^3;

М = 729,47 кН · см;

s _р = = 13,55 кН / см ² <24,5 кН / см ² (для сталі С245);

Кріплення черевика до фундаменту передбачаємо 2-ма болтами d = 24 мм.

Перевіряємо анкерний болт на розтяг за ослабленому нарізкою розтину:

s _р = = 1,22 кН / см ² <R _р ^ст = 14.5 кН / см ^2; (для анкерних болтів зі сталі ВСт3пс2)

N _р = = 5,5 кН

Напруга анкерного болта на зріз:

t = = 9,84 кН / см ² _<R сер ^б = 0,6 * 4,52 * 14,5 = 39,32 кН / см ^2;

Коньковий вузол

З'єднання полурам виконується впритул за допомогою дерев'яних накладках.

Зусилля, що діють у вузлі:

H = 105,32 кН;

Q _c = 54,57 кН;

Торці клеєних блоків ригеля у вузлі з'єднуємо впритул не по всій висоті, а зі зрізом крайніх дощок під кутом по 25 мм для більшої шарнірного вузла та запобігання відколу крайніх волокон при повороті елементів шарнірного вузла. Бічна жорсткість вузла забезпечується постановкою парних накладок перетином 200x125 мм на болтах d = 20 мм.

Напруга зминання у торцях ригеля при a = 14 ^про:

s _см = = 0,19 кН / см ² <R _{см a} · m _в

А _{см a} = = 550,57 см ^2;

А _см = b · h _см; де h _см = h / cos a;

Знаходимо вертикальні зусилля в болтах при відстані між болтами

е ₁ = 100 мм і е ₂ = 250 мм:

V ₁ = = 39,0 кН;

V ₂ = - Q _c + V = - 54.57 + 39,0 = - 15,57 кН;

Розрахункова несуча здатність двох двухсрезних болтів d = 20 мм з умов вигину нагеля при направленні зусиль під кутом до волокон a = 90 ^о (для накладок):

кількість болтів в одному ряду визначається:

де: nc = 2 - кількість площин зрізу

- Мінімальна несуча здатність одного болта - згідно з п. 5.13 [1] несуча здатність на зминання деревини середнього елемента під кутом α;

крайнього елемента (накладки).

Т _наг = 2.5 · 2 ² = 10 кН

Тоді: у першому ряду

1.95 шт. приймаємо 2 болта.

у другому ряду

0.78 шт. приймаємо 1 болт.

Напруга в накладках:

s _м = = 0,42 кН / см ² <R _u = 1,3 кН / см ^2;

М = = 682,25 кН · см;

W _нак = 2 · (W _бр - W _ОСЛ) = 2 · ( ) = 1638 см ^3;

міцність накладок забезпечена;

Коньковий вузол (валикових шарнір)

Приймаються товщину щік валикових шарніра 14 мм,

Діаметр валикових шарніра 60 мм

Напруга зминання під пластиною валикових шарніра ригеля при a = 14 ^про:

s _см = = 0,34 кН / см ² <R _{см a} · K _N = 1,3 * 0,5

А _{см a} = = 306,18 см ^2;

А _см = b · h _см; де h _см = h / cos a;

Перевіряємо рівнодійної зусиль в максимально навантаженому болті

Т _наг = 2.5 · 2 ² = 10 кН

n _ш = 2;

M = Q * e = 54,57 * 17.6 = 960.43 кН · см;

e - відстань від осі шарніра до центру болтового з'єднання;

n _б - кількість у крайньому ряду паралельному осі елемента;

m _б - загальна кількість болтів

z _i - відстань між осями болтів в напрямку перпендикулярному осі

елемента

z _max - максимальна відстань в тому ж напрямку

= 10 кН

Такий тип конькового вузла не раціональний для з'єднання даних полурам, так як:

Рівнодійної зусиль в максимально навантаженому болті більше несучої здатності болта;

Діаметр болтів (нагелів) не можливо збільшити з умови компонування нагелів.

При збільшенні числа рядів болтів збільшиться розрахунковий момент, що призведе до збільшення рівнодійної зусиль у болті.

4. Рекомендація щодо захисту конструкцій від загнивання і розгоряння

Основним напрямком боротьби з загниванням є створення осушує режиму, що виключає виникнення вогнищ загнивання. При проектуванні дерев'яних конструкцій повинні передбачатися і дотримуватися заходів, що запобігають можливість крапельного перезволоження деревини, як при зведенні з офіційних засідань і споруд, так і при їх експлуатація.

До заходів конструктивної профілактики відносяться:

- Пристрій надійної гідроізоляції і пароізоляції,

- Забезпечення вільного доступу до опорних вузлів ферм і балок (низ несучих конструкцій стійок, рам повинен знаходитися на позначці + 0,3 м, а арок - на позначці 0,5 м);

- Ізоляція дерев'яних елементів від цегли, бетону і металу; - забезпечення наскрізного провітрювання підвалу і горищ пристрій вентиляційних продухів в стінових панелях і плита покриття.

Для виготовлення конструкцій допускається використовувати тільки сухі пиломатеріали з вологістю не більше 10% для КДК і з вологістю не більше 20% для неклеєна дерев'яних конструкцій.

Якщо в процесі експлуатації виникає небезпека перезволоження дерев'яних конструкцій, то поряд з конструктивними заходами застосовуються хімічні заходи захисту деревини від загнивання. Захист дрібних деталей та виробів з деревини проводиться шляхом просочення їх водорозчинними або масляними антисептиками.

Найбільше застосування знаходять водорозчинні антисептики суміш технічної бури і борної кислоти (ББК-3), - кремнефтористий натрії, пентахлорфенол натрію, хромат міді (ХМ - 5, ХМБ - 444), мідно - хромцінковий препарат МХХД.

Для захисти від гигроскопического перезволоження несучих клеєних дерев'яних конструкцій через бічні поверхні рекомендуються вологозахисні покриття з синтетичних лаків і емалей, Застосовуються головним чином пентафталеві емалі ПФ - 115, ПФ - 133. ПФ - 133 і хлорвінілові емалі ХВ-110, ХВ-113, ХВ-1100.

Уретаковие і пентафталеві лаки ПФ-170, ПФ-238, ПФ - 283 використовуються при захисті клеєних і клеефанерних конструкцій, а також виробів з деревних матеріалів для збереження природного вигляду захищаються поверхонь. Товщина лакофарбового покриття повинна перебувати в межах 90-150 мкм, в залежності від типу покриттів і умов експлуатації.

Торці клеєних дерев'яних конструкцій і місця зіткнення з металевими накладками захищаються тіокодовимі мастиками У - 30м, УГ - 32 або апоксіднимі шпаклівками К - 153 і К - 115. в металлодеревянних конструкціях металеві деталі захищаються від корозії у відповідності з рекомендаціями СНиП 2.03.11-85 «Захист будівельних конструкцій від корозії». У пояснювальній записці слід конкретно вказати яка конструкція (або елемент конструкції) захищається, ніж захищається, яким способом. Наприклад: для клеефанерной утеплювальній плити покриття під рулонну покрівлю:

• Конструктивні заходи захисту: пристрій вентиляції вздовж схилу покрівлі, винос карниза на 500мм від поздовжньої стіни, надійний пристрій стиків (утеплений розширений поздовжній стик)

• Хімічні заходи захисту: просочення дерев'яних ребер плит 10%-ним розчином кремнефтористого амонію (КФА) за способом гаряче - холодних ванн; забарвлення фанерних обшивок пентафталевої емаллю ПФ - 115 за два рази (це забарвлення для нижньої обшивки є і пароізіляціей).

За умовами вогнестійкості рекомендується проектувати конструкції масивного, прямокутного перерізу, межа вогнестійкості яких складає 30-40 хвилин і захист який антипіренами не потрібно. Для підвищення вогнестійкості вузлових з'єднань доцільно розміщувати металеві кріпильні елементи в товщі дерев'яного елементу.

5. Техніко-економічні показники проекту

Витрата деревини в справі - V _g [м ³ / м ^2]:

Витрата Cтали G _ст [кг / м ^2]

Фактична власна маса несучої конструкції - g ^ф _см [кг / м ^2]:

Фактична власна маса несучої конструкції - K ^Ф _СМ

Література

1. СНиП 2.01.07-86. Навантаження і впливи. - М.: Стройіедат, 1988.

2. СНиП II-25-80. Дерев'яні конструкції. Норми проектування-М.: Стройиздат, 1982.

3. Конструкції з дерева і пластмас; Уч. для вузов / Под ред. Г.Г. Карлсена, і В. В. Сдіцкоухова, - М.: Стройиздат, 1986.

4. Конструкції з дерева і пластмас. Приклади розрахунку і конструювання; Уч.пособие для вузів / Під ред. В. А. Іванова .- Київ Вища школа, 1981.

5. Грін І.М. Будівельні конструкції з дерева та синтетичних матеріалів. Проектування і розрахунок. - Київ: Виду школа. 1980.

6. Посібник з проектування дерев'яних конструкцій / ЦНДІБК ім. В.В, Кучеренко .- М.: Стройиздат, 1886.

7. Рекомендація з проектування панельних конструкцій із застосуванням деревини і деревних матеріалів для виробничих будівель / ЦНДІБК ім. А, В, Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1982,

8. Керівництво по забезпеченню довговічності дерев'яних клеєних конструкцій При впливі на них мікроклімату будівель різного призначення і атмосферних чинників / ЦНДІБК їм,-В.А.Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1981.

9. Посібник з виготовлення і контролю якості-дерев'яних клеєних конструкцій / ЦНДІБК ім. В.А, Кучеренко, - М.: Стройиздат. 1982,

10:, Калугін А, В., Фаїз І.М. Проектування і розрахунок огороджувальних конструкцій. Методичні вказівки з виконання курсового проекту, - Перм: ППІ, 1990,

11. Зубарєв Г.Н, Конструкції з дерева і пластмас. Навчальний посібник - М.: Вища школа, 1990. 287 с.

12, Іванов В, А., Клименко В.З, Конструкції з дерева і пластмас - Київ: Вища школа 1983.

13. Кормаком Л.І. Валентіновічуо А.Ю. Проектування клеєних з дерев'яних конструкцій - Київ: Будівельник, 1983.