Розрахунок дерев`яних конструкцій будівлі

Зміст

1. Вихідні дані

2. Визначення діючих навантажень

2.1 Визначення навантажень на огороджувальну панель

2.2 Визначення навантажень на клеедеревянную балку покриття

2.3 Визначення навантажень на колону

3. Розрахунок і конструювання клеефанерной огороджувальної панелі

3.1 Розрахункові характеристики матеріалів

3.2 Геометричні характеристики

3.3 Перевірка панелі на міцність

4. Розрахунок і конструювання клеедеревянной балки покриття

4.1 Конструіровнаіе

4.2 Розрахунок клеедеревянних балок покриттів

5. Розрахунок колони

5.1 Вихідні дані

5.2 Визначення навантажень і зусиль

5.3 Розрахунок кріплення колони до фундаментус анкерів

6. Забезпечення просторової стійкості будинку

7. Заходи щодо забезпечення довговічності дерев'яних конструкцій

Список літератури

1. Вихідні дані

Проектована будівля - промислове опалювальне, однопрогонові. Проліт будівлі 15 м, крок колон 6 м, висота 8,5 м, тепловий режим - холодний. Довжина будівлі 30 м. Снігове навантаження для Новосибірська 1,5 кПа, вітрове навантаження 0,45 кПа.

2. Визначення діючих навантажень

2.1 Визначення навантажень на огороджувальну панель

Місце будівництва м. Новосибірськ.

Навантаження на 1 м ² горизонтальної проекції панелі

Коефіцієнт надійності для снігового навантаження γf = 1,6 визначається в залежності від ставлення нормативного власної ваги покриття до нормативного вагою снігового покриву: gn / S0 = 0,44 / 1,5 = 0,3 <0,8.

кН м,

кН,

де розрахунковий проліт плити l = 5,98 - 0,06 = 5,92 м.

2.2 Визначення навантажень на клеедеревянную балку покриття

Вихідні дані: балка двосхилий багатошарова клеєна; розрахунковий проліт l = 15 м; оскільки покрівля рулонна приймаємо ухил i = 0,1.

Збір навантажень:

Навантаження на 1 м.п. балки: нормативна: qn = 7,07 кН / м; розрахункова: q = 9,03 кН / м.

3. Розрахунок і конструювання клеефанерной огороджувальної панелі

3.1 Розрахункові характеристики матеріалів

Плити утеплені, під рулонну покрівлю; обшивки з березової фанери марки ФСФ сорти В / ВВ (розрахунковий опір розтягуванню Rф.р. = 14МПа; розрахунковий опір сколюванню Rф.ск. = 0,8 МПа; модуль пружності Еф = 9000МПа); фанера з'єднується з дерев'яним каркасом клеєм марки ФР-12; ребра з соснових дощок II сорту (перерізом 46 х 169 мм, розрахунковий опір вигину Rдр.і. = 13МПа; модуль пружності ЄДР = 10000МПа); товщина фанери для верхньої обшивки прийнята рівною δ з = 9 мм , нижній δ р = 6 мм.

Приймаються розміри плит: ширина bп = 1470 мм, висота = 184 мм; довжина = 5980 мм.

Кількість поздовжніх ребер визначається з умови продавлювання верхньої обшивки панелі монтажної навантаженням P = 1,2 кН.

Прийнято два зовнішніх і два внутрішніх поздовжніх ребра. Поперечні ребра з таких же дощок розташовані через 1,5 м по довжині панелі в місцях стикування фанерних обшивок.

3.2 Геометричні характеристики

а = b0 + bp = 42,9 + 4,6 = 47,5 см; l = 592> 6 а = 6 * 47,5 = 285 см.

Наведена ширина полиці, см:

bврасч = 0,9 BВ = 0,9 * 147 = 132,3;

bнрасч = 0,9 bн = 0,9 * 149 = 134,1.

Геометричні характеристики панелі приводимо до фанери.

Розрахункова схема дощаній-фанерною панелі

Наведена площа перерізу:

Fпр = Fф + FеЕ / Еф, Fпр = 134,4 * 0,6 + 132,3 * 0,9 + 4,6 * 4 * 16,9 * 1000/900 = 80,5 + 119,1 + 345, 1 = 545 см2.

Статичний момент площі перерізу відносно нижній грані плити:

Відстань від нижньої межі плити до центру ваги перерізу:

; H - y0 = 8,7 см.

Наведений момент інерції:

,

Моменти опору, см3:

см3,

см3.

3.3 Перевірка панелі на міцність

Міцність нижньої полиці на розтягування:

МПа

Стійкість верхньої полиці за формулою:

МПа,

де при , .

Перевірка верхньої полиці на місцевий вигин за формулою:

Перевірка сколюють по клейовому шару між шпонами фанерною обшивки в зоні приклейки поздовжніх ребер каркасу:

Наведений статичний момент:

Розрахункова ширина клейового з'єднання:

Дотичні напруги:

Перевірка панелі на прогин від нормативного навантаження:

, Де

1 / 200 - граничний прогин в панелях покриттів.

Отже, клееефанерная плита імеетпрогіби від нормативних навантажень, не перевищують допустимих, і її несуча здатність по відношенню до розрахункових навантажень має додаткові запаси несучої здатності.

Висновок: за розрахунком приймаємо плиту розміром в плані 5980 * 1470 мм з чотирма поздовжніми ребрами перетином 46 * 169 мм. Листи фанери довжиною 1525 мм зістиковують на «вус» у трьох місцях по довжині плити. Поперечні ребра в торцях плити і під стиками фанери. Верхня полиця товщиною - 9 мм, нижня - 6 мм.

4. Розрахунок і конструювання клеедеревянной балки покриття

4.1 Конструіровнаіе

Поперечний переріз балки проетіруем прямокутним. Висоту балки в середині прольоту призначаємо рівної

Балку складаємо з дощок товщиною у заготівлі 50мм, а в справі після двосторонньої острожки - 45мм. У середині прольоту балку збираємо з 34 шарів дощок, що забезпечує балці висоту h = 34 * 4,5 = 153 см.

Висота балки на опорі при заданому ухилі покрівлі повинна бути

Приймаються 17 дощок, що становить 17 * 4,5 = 76,5 см = 0,5 h

Максимальна ширина перерізу балки приймається рівною 16,5 см.

Призначаємо ширину дощок у заготівлі 160 мм, а у справі, після острожки бічних поверхонь склеєної балки b = 150мм.

4.2 Розрахунок клеедеревянних балок покриттів

Розрахунок проводиться в більшості випадків на вигин як одноролетних шарнірно опертих балок на рівномірно розподілене навантаження від власної ваги елементів покриття і ваги снігу.

Відстань від осі опори двосхилим балки до найбільш напруженого перерізу при роботі на вигин:

Згинальний момент у небезпечному перерізі:

Висота балки в розрахунковому перерізі:

Момент опору перетину:

,

де - Коефіцієнт умов роботи балки вичотой 114см.

Нормальні напруження від вигину:

,

де = 15 МПа розрахунковий опір вигину клеєної деревини, прийнятий з урахуванням більшої надійності балок перерізом понад 13 см; - Коефіцієнт умов роботи враховує підвищення несучої здатності клеедеревянной балки (у міру зменшення товщини склеюваних дощок знижується вплив вад деревини) при товщині 42 мм і більше = 0,95.

Розрахунок клеедеревянних балок на сколювання виробляється на дію в перетині над опорами максимальних поперечних сил за формулою:

Момент інерції перерізу балки в середині прольоту:

Коефіцієнт враховує змінність перерізу:

до = 0,15 +0,85 h0 / h = 0.575

Відносний прогин балки:

Необхідна площа зминання опорної подушки

,

де - Розрахунковий опір зім'яту поперек волокон в опорних площинах конструкцій.

При ширення балки b = 15 cм, необхідна ширина опорної площадки дорівнює:

см. Приймається 20 см.

5. Розрахунок колони

5.1 Вихідні дані

Висота будівлі 7,5 м, висота колони 5,97 м; місто будівництва Новосибірськ.

Розрахункова схема

5.2 Визначення навантажень і зусиль

Характер розподілу статичної складової вітрового навантаження залежно від висоти над поверхнею землі визначають за формулою:

wm = wo × k × c × B × γf,

де wo нормативне значення вітрового тиску, що приймається в залежності від району будівництва, wo = 1,5 кПа;

k - коефіцієнт, що враховує зміну вітрового тиску залежно від висоти будівлі;

с - аеродинамічний коефіцієнт; c = 0,8 - для навітряного боку, c = 0,6 - для підвітряного боку; 

= 1.4; B = 4,5 м - крок кроквяних конструкцій.

Визначимо коефіцієнт k на висоті до 5 м, а також у рівні коника 7.5 м для напору та відсмоктування при направленні дії вітрового навантаження зліва і справа.

qн = wo × k × c × B × γn × γf = 1,5 × 0,5 × 0,8 × 6 × 1,4 = 1,764 кН / м

qо = wo × k × c × B × γn × γf = 1,5 × 0,58 × 0,6 × 6 × 1,4 = 1,535 кН / м

Навантаження від плит покриття на 1 м2 горизонтальної проекції кН/м2, навантаження від балки кН/м2, снігове навантаження кН/м2.

Для визначення маси колони задаємося попередніми розмірами її перетину, виходячи з граничної гнучкості , Отже: b ≥ l0y / (0,289 ∙ λ х) = 597 / (0,289 ∙ 100) = 20,65 см; Приймаються по сортаменту з урахуванням острожки b = 217 мм.

см,

де l0 = 2,2 * 5,97 = 13,134 м - розрахункова довжина колони в площині рами.

Перетин колони складемо з 14 дощок b 'h = 217' 33 мм у вигляді пакету b 'h = 217х462 мм. Щільність деревини кг/м3.

Площа: см2,

Момент опору: см3,

Момент інерції: СМ4,

Радіуси інерції: см, см,

Момент опору: см3.

Поперечна рама одноповерхової будівлі, що складається з двох колон, пружно затиснених у фундаментах і шарнірно пов'язаних з ригелем, являє собою один раз статично невизначених систем.

Поздовжнє зусилля в ригелі такої рами від рівномірно розподіленої вітрового навантаження:

кН,

де H - відстань від рівня чистої підлоги до низу кроквяних конструкцій.

Максимальний згинальний момент у колоні від вітрового навантаження на рівні верху фундаменту:

в лівій колоні:

кНм,

в правій колоні:

кНм.

Навантаження на колону від ваги стіни:

Рcт = gcт ∙ H ∙ B = 0,485 ∙ 5,97 ∙ 4,5 = 13,03 кH

Зусилля в ригелі від навантаження стінових панелей:

кН,

де кН ∙ м,

Ексцентриситет:

см.

Момент від стіни:

Мcтлев =- Мcт + Хст ∙ H = -4,51 + 0,647 ∙ 5,97 = 0,647 кНм

Мcтпр = Мcт-Хст ∙ H = 3,43-0,647 ∙ 5,97 = -0,647 кНм

Власний вага колони:

кН

Навантаження від плит покриття:

кН,

де м товщина стінових панелей, м виліт карниза.

Навантаження від балки:

кН

Навантаження від снігу:

кН.

Розрахункова сила в колоні на рівні верху фундаменту:

в лівій колоні:

кН,

в правій колоні:

кН.

Зусилля у лівій стійці

1. поєднання 1 + 3 + 4 + 2 - N = 85,79 кН, M = 0,647 кНм

1 +3 +4 +5 N = 49,49 кН, M = 30,53 кНм

2. поєднання 1 +3 +4 + (2 +5) * 0.9 N = 82,16 кН, M = 27,54 кНм

3. поєднання (1 +3 +4) × 0.9/1.14 + 5 N = 39,07 кН, M = 30,39 кНм

У площині рами розрахунок на міцність проводять на дію максимальних поздовжніх стискаючих сил і згинальних моментів від розрахункових навантажень за формулою:

,

де при мм, при товщині дощок 33мм, - Коефіцієнт умов роботи.

Згинальний момент з урахуванням деформацій визначається за формулою:

,

де коефіцієнт вплив деформацій вигину

коефіцієнт поздовжнього вигину.

,

Чинний згинальний момент:

кНм.

Напруження в колоні:

Розрахунок на стійкість плоскої форми деформування стиснуто-зігнутих елементів проводять за формулою:

,

де - Для елементів, що мають закріплення розтягнутої зони з площини деформування, j у - коефіцієнт поздовжнього вигину для гнучкості ділянки елемента розрахунковою довжиною lp з площини деформування; j m - коефіцієнт, що визначається за формулою

, Кф = 2.32

<120,

отже, зв'язку в площині колон не обов'язкові, але для надійної роботи колон зв'язку ставимо, з'єднавши їх попарно на середині висоти, тоді гнучкість з площини <120, коефіцієнт поздовжнього вигину:

.

Визначимо коефіцієнти і :

де - Для прямолінійних елементів,

- Число підкріплених точок розтягнутій кромки.

.

Підставляючи отримані значення у формулу, отримаємо:

,

Отже стійкість забезпечена.

5.3 Розрахунок кріплення колони до фундаментус анкерів

Розрахункові зусилля: N = 39,07 кН, M = 30,39 кНм

Коефіцієнт

,

Поправочний коефіцієнт:

кн = a н + x (1 - a н) = 1,22 + 0,93 ∙ (1 - 1,22) = 1,015

Мд = кНм.

Ексцентриситет: е0 = м.

Напруга стиснення в крайньому анкері

МПа.

Напруга розтяжна в крайньому анкері

МПа.

Відстань стиснутої зони

м,

h0 = h - a = 0,462 - 0,05 = 0,412 м, де a = 50мм

м;

м;

Визначимо зусилля в анкері

кН.

Потрібна площа анкерних болтів

де Rв.а = 185 для болтів зі сталі ВСт3кп2

0,85 - коефіцієнт, що враховує нерівномірність включення в роботу анкерних болтів.

Приймаються два болти Æ 20мм з А = 3,14 см2

Визначимо розрахунком кількість нагелів, що кріплять металеву пластину до колони. Несуча спроможність одного нагеля Æ 20мм:

Тн4 = 2.5 × d2 = 2.5 × 22 = 10кН

Кількість нагелів:

NН = , Приймаємо нагеля Æ 20мм.

6. Забезпечення просторової стійкості будинку

Дерев'яне каркасне будинок являє собою складну просторову систему, утворену з плоских конструкцій. Їх розташування і з'єднання між собою забезпечують надійне сприйняття зовнішніх зусиль будь-якого напрямку відповідно до умов експлуатації. Компонують каркас так, щоб зусилля передавалися з одної конструкції на іншу і найкоротшим шляхом доводилися до фундаменту. При цьому не повинні порушуватися просторова незмінюваність, стійкість і міцність всієї системи і окремих її елементів.

У будинках різні площинні конструкції (балки, арки, ферми) з'єднуються між собою зв'язками, утворюючи просторову жорстку систему, що забезпечує надійне сприйняття зовнішніх сил будь-якого напрямку.

Поперечну стійкість і незмінність каркаса будівлі створюють плоскі несучі конструкції, здатні сприймати крім вертикальних навантажень також горизонтальні.

Подовжню незмінюваність і стійкість каркасів будівель і споруд, як правило, забезпечується встановленням у площині стін в'язевих систем, які з'єднують між собою несучі та огороджувальні конструкції і утворюють жорсткі диски. Зв'язевим системи сприймають зовнішні в основному горизонтальні навантаження з передачею їх на фундаменти, фіксують у проектному положенні плоскі несучі конструкції і запобігають деформації їх в площині, перпендикулярній площині несучої конструкції внаслідок можливої ​​втрати стійкості їх стислих частин.

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.

Зв'язки в площині нижніх поясів ферм і вертикальні зв'язки між фермами 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 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.

7. Заходи щодо забезпечення довговічності дерев'яних конструкцій

Дерев'яні конструкції необхідно оберігати від гниття, спалаху і зволоження. До заходів конструкційної захисту від гниття дерев'яних конструкцій відносяться: пристрій надійної гідроізоляції і пароізоляції, забезпечення вільного доступу до опорних конструкцій, гідроізляція дерев'яних елементів від інших матеріалів, пристрій вентиляційних продухів в стінових панелях і плитах покриття.

Для вогнезахисного просочування деревини застосовують речовини, звані антіперенамі. Ці речовини, введені в деревину, при небезпечному нагріванні плавляться і розкладаються, покриваючи вогнезахисними плівками або газовими оболонками, що перешкоджають доступу кисню до деревини, яка при це може повільно розкладатися і тліти, не створюючи відкритого полум'я і не поширюючи вогню. Також застосовуються різні захисні фарби і інші склади.

Для виготовлення дерев'яних конструкцій допускається використовувати матеріали з певною вологістю, в залежності від температури та режиму всередині приміщення.

При експлуатації конструкцій в умовах постійного та періодичного зволоження і неможливості усунути ці фактори за допомогою конструктивних заходів необхідно передбачити обробку деревини антисептиками.

Список літератури

Конструкції з дерева і пластмас: Учеб. посібник для вузів / Г.М. Зубарєв, Ф.А. Бойтеміров, В. М. Головіна та ін; Під ред. Ю. М. Хромця. М.: Видавничий центр «Академія», 2004. - 304 с., Іл.

СНиП II-25-80. Дерев'яні конструкції / Держбуд СРСР. - М.: Стройиздат, 1982.

СНиП 2.01.07-85. Навантаження і впливи / Держбуд СРСР. - М.: ЦІТП Держбуду СРСР, 1987.