Розрахунок дерев`яної рами

Міністерство освіти Російської Федерації

Пермський державний технічний університет

Будівельний факультет

Кафедра будівельних конструкцій

Пояснювальна записка до курсового проекту

на тему "Розрахунок дерев'яної рами"

Виконав гр. ПГС07

Пшеничников А.В.

Керівник

Осетрина А.В.

м. Перм 2010

Вихідні дані

Місце будівництва м. Краснодар

Крок несучих конструкцій 5,5 м.

Розрахунковий проліт рами 21м.

Висота рам 5,6 м.

Довжина будівлі 86м.

Матеріал обшивок панелей фанера ФСФ

Середній шар панелі пінопласт ФРП-1

Індивідуальне завдання:

Визначення зміни зусиль в залежності від зміни кута a;

a = 00;

a = 30.

Порівняння техніко-економічних показників варіантів.

1. Розрахунок плити покриття

1.1 Вихідні дані

Умови експлуатації нормальні.

Ухил покрівлі 1:4.

Покрівля із хвилястих азбестоцементних листів уніфікованого профілю марки УВ - 7,5, які укладаються після монтажу плит покриття.

Крок несучих конструкцій - 5,5 м.

Каркас плити з деревини їли 2-го сорту.

Нижня обшивка з водостійкої березової фанери марки ФСФ сорти В / ВВ (за ГОСТ 9573-72).

Утеплювач - пінопласт ФРП-1.

Товщина утеплювача прийнята з теплотехнічного розрахунку - 110 мм.

Район будівництва - м. Краснодар.

1.2 Компонування плити

Плити покриття укладаються безпосередньо по несучих конструкціях, відповідно, довжина плити дорівнює кроку несучих конструкцій - 5,5 м, а з урахуванням припусків при виготовленні - 5,48 м. Ширина плити приймається рівною ширині стандартного листа фанери (1525 * 1525). З урахуванням обрізки крайок для їх вирівнювання ширина плити - 1,48 м. Напрямок волокон зовнішніх шарів фанери слід розташовувати уздовж плити. Товщина фанери - 8мм.

Висота плити

Товщину ребер приймаємо 50мм. За сортаментом приймаємо дошки 50 * 200мм. Фанера приклеюється до нижньої сторони дерев'яного каркаса, тому фрезеруються тільки кромки дощок. Після острожки крайок розміри ребер 50 * 195мм. Крок поздовжніх ребер конструктивно призначаємо 50см, при цьому розрахунок азбестоцементних хвилястих листів покрівлі не потрібна. Поперечні ребра приймаються того ж перетину, що і поздовжні і ставляться в місцях стиків фанерних листів. Фанерні листи стикуються на «вус». З огляду на розміри стандартних листів фанери ставимо в плиті два поперечних ребра. Пароізоляція - фарбувальна по зовнішній стороні обшивки. Фарбування проводиться емаллю ПФ-115 за 2 рази.

1.3 Теплотехнічний розрахунок плити

Режим приміщення:

Умови експлуатації конструкцій А.

Найменування шару
Фанера ФСФ	600	0,008	0,13	0,062
Забарвлення
Пінопласт ФРП-1	300		0,05

1.4 Збір навантажень

Повні погонні навантаження:

Нормативна

Розрахункова

1.5 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.

1.5.1 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

1.6 Конструктивний розрахунок

1.6.1 Перевірка напруг

Максимальні напруги в розтягнутій фанерною обшивці:

,

де -Коефіцієнт, що враховує зниження розрахункового опору в стиках фанерною обшивки при з'єднанні на «вус» для фанери марки ФСФ (п.4.24 СНиП II-25-80).

-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/см2 (табл.10 СНиП II-25-80).

1.6.2 Перевірка прогину плити

Відносний прогин плити:

Скомпоноване перетин задовольняє умовам міцності і жорсткості, причому запаси по міцності і жорсткості досить великі - необхідно зменшити розміри перетину ребер.

1.7 Збір навантажень

Повні погонні навантаження:

Нормативна

Розрахункова

1.8 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.

1.8.1 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

1.9 Конструктивний розрахунок

1.9.1 Перевірка напруг

Максимальні напруги в розтягнутій фанерною обшивці:

,

де -Коефіцієнт, що враховує зниження розрахункового опору в стиках фанерною обшивки при з'єднанні на «вус» для фанери марки ФСФ (п.4.24 СНиП II-25-80).

-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/см2 (табл.10 СНиП II-25-80).

1.9.2 Перевірка прогину плити

Відносний прогин плити:

Скомпоноване перетин задовольняє умовам міцності і жорсткості, причому запаси по міцності і жорсткості досить великі, але перетин з меншими розмірами (50 * 150) не відповідає умовам жорсткості.

2. Розрахунок металлодеревянной ферми

2.1 Збір навантажень

Найменування навантаження	Нормативна Н/м2	коефіцієнт надійності	Розрахункова Н/м2
А. Постійні
Покрівля з азбестоцементних хвилястих листів марки УВ - 7,5	180	1,1	198
Власна маса плити покриття
поздовжні ребра 0,05 * 0,17 * 4 ​​* 5000 / 1,48 = 114,86	114,86	1,1	126,35
поперечні ребра 0,05 * 0,17 * 5 * 5000 / 5,48 = 44,48	38,75	1,1	42,66
Утеплювач 300 * 0,11 = 1933	33	1,3	42,9
Нижня обшивка з фанери марки ФСФ 0,008 * 6000 = 48	48	1,1	52,8
РАЗОМ:	414,64		462,71
Власний вага ферми	12,29	1,1	13,52
РАЗОМ:	426,93		476,23
Б. Тимчасові
Снігова 800 * 1 = 800	560		800
ВСЬОГО:	986,93		1276,23

Визначаємо розрахункові погонні навантаження і приводимо їх до вузлових:

Верхній пояс ферми клеєний із соснових дощок 2-го сорту. Нижній пояс з арматурної сталі класу А-III. По верхньому поясу ферми укладаються панелі покриття шириною 148 см.

Умови експлуатації конструкцій А2 ( )

При ухилі покрівлі 1:4 кут нахилу верхнього пояса:

2.2 Розрахунок верхнього пояса ферми

Перетин опорної панелі верхнього поясу конструюємо складеним. Верхній пояс ферми складається з 4-х панелей (2 - опорні, 2 - коньковиє). Перетин верхнього пояса підбираємо за зусиллями в опорній панелі.

Приймаються перетин Опорний вузол проектуємо так, щоб він не виходив за габарити перерізу колони. Зусилля в опорній панелі верхнього поясу передається центрально. Верхній пояс ферми нерозрізний. Розрахунковий згинальний момент від внеузловой розподіленого навантаження в середині опорної панелі визначається як в двопрогонової балці.

Площа поперечного перерізу елемента

Момент опору

Розрахунковий опір

Гнучкість складових елементів визначається з урахуванням піддатливості з'єднань. Гнучкість опорної панелі

- Гнучкість всього перерізу відносно осі Y, обчислена за розрахунковою довжині l0, без урахування податливості.

- Гнучкість окремого шару = 0 (тому що кількість шарів менше 7) (п.4.6 БНіП "Дерев'яні конструкції»)

- Коефіцієнт приведення гнучкості.

nш - розрахункова кількість швів в перетині.

nc - розрахункова кількість зрізів зв'язків у одному шві на 1 метр перетину.

kc - коефіцієнт податливості з'єднання, який визначається за т.12 БНіП "Дерев'яні конструкції»

- Коефіцієнт поздовжнього вигину

а = 0,8 (п 4.3. БНіП "Дерев'яні конструкції»)

збільшуємо перетин

- Коефіцієнт приймається за т.13. БНіП "Дерев'яні конструкції».

Перевіряємо міцність перерізу:

Перевіряємо відповідність підібраного перерізу на дію зусиль в коньковой панелі.

Міцність перерізу забезпечена, остаточно для верхнього пояса ферми приймається перетин см.

2.3 Розрахунок нижнього пояса ферми

Нижній пояс ферми проектуємо з арматурної сталі періодичного профілю класу А-III у вигляді одиночного тяжа. Тяж складається з 3-х елементів (2-крайніх і 1 - середній). Крайні елементи розтягнуті, середній утисків.

Зусилля в крайніх елементах

Визначимо переріз тяжа:

приймаємо тяж ǿ12мм з F = 113.1мм2

Зусилля в середньому елементі

тяж ǿ12мм з F = 113.1мм2

Проходить по необхідної площі.

На кінці одиночного тяжа для з'єднання його з парними тяжами опорного вузла ферми приварює наконечник з різьбою з тієї ж сталі. Приймаємо діаметр наконечника = 20мм. з F = 314,16 мм2

Наконечники приварюють до тяжу за допомогою накладок з арматурної сталі А-III.

Необхідна площа перерізу парних тяжів у черевику опорного вузла становить:

приймаємо 2 тяжа ǿ18мм з F = 508,94 мм2

2.4 Розрахунок розкосів

Розкоси 2 і 3 виконуємо з цілісного бруса деревини 2-го сорту, перетином

Перевіряємо Розкіс на стійкість:

зменшимо перетин розкосу

Перевіряємо Розкіс на стійкість:

Визначимо напругу зминання верхнього пояса ферми від торця розкосу:

Розтягнуті розкоси 10 і 11 проектуємо з арматурної сталі класу А-III у вигляді одиночного тяжа необхідна площа перерізу, якого:

ǿ16 мм з F = 201,06 мм2

Наконечники до розкосів приймаємо ǿ20 мм.

2.5 Розрахунок вузлів ферми

2.5.1 Опорний вузол

Необхідна площа зминання в опорному вузлі під пластиною, що передає зусилля від нижнього поясу на верхній:

Ширина пластини дорівнює ширині верхнього пояса і дорівнює 190 мм, тоді висота пластини:

конструктивно приймемо

Тиск на 1мм2 пластини становить:

Максимальний згинальний момент у пластині на 1 мм її ширини:

Необхідний момент опору пластини:

Ry-розрахунковий опір за межею текучості стали ВСт3пс.

Приймаються пластину товщиною 10 мм момент опору, якої

Зварювання упорної пластини з бічними пластинами черевика виробляємо суцільним двостороннім швом товщиною 6 мм. Парні тяжі приварює двостороннім швом товщиною 8 мм, довжиною 10 см.

Необхідна площа зминання опорної площини:

Необхідна ширина площадки зминання:

2.5.2 Вузли кріплення розкосів до верхнього поясу

Для кріплення розкосів у вузлах встановлюється металевий черевик, до якого кріпляться розкоси. Площа спирання черевика проектуємо з умови зминання верхнього пояса.

Несуча спроможність з'єднання зминанню під кутом визначається з умови зминання деревини. (П. 5.2. СНиП)

Міцність на зминання забезпечена приймаємо металевий черевик см.

Розрахунок болта:

приймаємо болт підвищеної точності dб = 30 мм.

Розкоси кріпляться до вузлів за допомогою сталевих накладок перетином . Металевий черевик кріпиться до верхнього поясу з допомогою глухарів.

Перевіряємо сталеві накладки на стиск за стійкості в площині перпендикулярній площині планки:

міцність забезпечена.

Несуча здатність по вигину односрезного глухаря:

Необхідну кількість болтів:

приймаємо 6 болтів на кожній полунакладке.

2.5.3 Вузли кріплення розкосів до нижнього поясу

Розкоси кріпляться на вузловий болт, що встановлюється в отвір фасонки нижнього пояса.

У вузлах елементи нижнього пояса з'єднуються планками з листової сталі. Закріплюються планки до поясу швами довжиною 10 см (як в опорному вузлі). Елементи нижнього пояса з'єднуються по лині планками на відстань l0.

2.5.4 Коньковий вузол

Коньковий вузол виконаний простим лобовим упором перекритим парними накладками.

Приймаємо діаметр болтів з'єднуючих верхній пояс ферми через накладки рівним 24 мм.

Згідно п.5.18.СНіП для сталевих нагелів приймаються відстані між болтами.

S1 вздовж волокон = 7d =

S2 поперек волокон = 3,5 d =

S3 від кромки елемента = 3d =

Кількість болтів в одному ряді:

Т - найменша несуча здатність (т. 17 СНиП)

nш - число розрахункових швів одного нагеля.

1) несуча здатність на зминання деревини середнього елемента під кутом :

с - товщина середнього елемента.

- Коефіцієнт за т. 14. СНіП

2) несуча здатність на зминання деревини крайнього елемента під кутом :

3) несуча здатність болта на вигин:

розмір накладки

Перевіримо верхній пояс на розтягування:

міцність верхнього поясу в місці з'єднання забезпечена.

3. Розрахунок колони

3.1 Визначення вітрового навантаження

Вітрове навантаження враховують як суму двох складових: середньої та пульсаційної.

Wm - середня складова враховується при розрахунку всіх будівель і споруд.

Wi - пульсаційної складова може враховуватися при розрахунку щогл; веж; транспортних естакад; димових труб; висотних будівель, висотою більше 40м; одноповерхових виробничих будівель, висотою більше 36м, та при відношенні висоти до довжини будівлі більше 1,5, у місцевостях типу А і В.

Розрахункове значення середньої складової вітрового навантаження:

g f - коефіцієнт надійності за навантаженням ® 1,4

w0 - нормативне значення вітрового значення, приймається в залежності від району (Краснодар-п'яте вітрової район ® w0 = 0,6 кН/м2)

се - аеродинамічний коефіцієнт, що залежить від конфігурації будівлі (з навітряного поверхні = 0,8; з підвітряного = 0,6)

k - коефіцієнт, що враховує зміни вітрового тиску по висоті (залежить від типу місцевості).

У практиці інженерних розрахунків дійсну вітрове навантаження замінюють еквівалентної рівномірно розподіленим по довжині колони і по намету.

Позначення для визначення коефіцієнта k:

- Ділянка з однозначною епюр;

-Ділянка осереднення (1-для колони, 2 - для намету);

- Висоти, що характеризують однозначну епюру тиску;

- Довжини ділянок відповідно колони і намету;

- Протяжність ділянок з однозначними дно до епюр на осереднених ділянках.

Визначаємо осередненої коефіцієнт на кожній ділянці j з однозначною епюр i.

- Тангенс кута нахилу епюри вітрового тиску на ділянці з однозначною епюр.

Значення для ділянок з однозначною епюр (місцевість В)

Схема завантажена колони вітрової навантаженням без проміжних фахверків.

Розрахункова погонна вітрове навантаження на раму (КН / пог.м) на ділянці h1 передається у вигляді рівномірно розподіленого:

з навітряного боку

з підвітряного боку

Вк - крок поперечних рам, м.

З вантажної площі намету А1 (м2) навантаження у вигляді зосередженої сили Fнав (кН) переноситься на вузол сполучення верхній частині колони з рігілем.

Розрахункове значення еквівалентної навантаження Wi (кН/м2):

на першій ділянці

на другій ділянці

3.2 Підбір перерізу колони

Колону проектуємо дощатоклеенную прямокутного перерізу з закріпленням в п'яті.

У першому наближенні приймемо:

Защемлення колони в п'яті здійснюється за допомогою анкерних кріплень до оголовка, верхня відмітка якої повинна підніматися над рівнем чистої підлоги понад 15 см.

Знаходимо геометричні характеристики перерізу:

Знаходимо геометричні характеристики перерізу:

можна зменшити перетин

Знаходимо геометричні характеристики перерізу:

перетин більше зменшувати не можна, міцність колони забезпечена з великим коефіцієнтом запасу.

З метою раціонального рішення вузла сполучення ферми з колоною приймемо конструктивно перетин колони 190 198 (6 шарів = 33мм).

3.3 Перевірка клейового шва колони

Уздовж будівлі колони розкріплюють вертикальними зв'язками і розпірками, що встановлюються по середині висоти колони.

Потрібна перевірка колони на стійкість.

стійкість колони забезпечена.

Клейовий шов перевіряємо по дотичним напруженням.

міцність клейового шва по дотичним напруженням забезпечена з великим запасом міцності.

3.4 Розрахунок опорної п'яти

Для кріплення анкерних болтів з боків колони зроблені вирізи на глибину трьох дощок = 9,9 см.

Напруження на поверхні фундаменту:

Для фундаменту конструктивно приймемо бетон В15 з Rb = 8,5 МПа.

Обчислюємо розміри ділянок епюри напружень:

Зусилля в болтах:

Площа поперечного перерізу болтів:

приймаємо діаметр болтів = 12 мм.

Траверсу для кріплення анкерних болтів розраховуємо як балку.

З умови розміщення анкерних болтів діаметром 12 мм, приймаємо равнополочний куточок

Напруга:

Перевірка міцності клейового шва в анкерному кріпленні колони:

- Коефіцієнт при розрахунку на сколювання стиснутих елементів = 0,125

е = y - плече сил сколювання

Напруга в клейовому шві:

умова міцності клейового шва під п'ятої колони виконується міцність колони забезпечена.

4. Рекомендації щодо забезпечення довговічності та захисту від загоряння дерев'яних конструкцій

4.1 Забезпечення довговічності КДК

Для виготовлення конструкцій рекомендується використовувати сухий пиломатеріал з вологістю W = 12%.

У період транспортування захищати конструкції від зволоження використовуючи спеціальний укривочний матеріал і дотримуючись правил зберігання і транспортування конструкцій.

Опорний вузол колони влаштовується на 300 мм вище рівня чистої підлоги.

При проектуванні врахувати забезпечення вільного доступу до опорних вузлів конструкцій для огляду і провітрювання.

4.2 Захист КДК від загоряння

Проектована будівля має значну протяжність (88м), тому рекомендується по довжині будівлі влаштувати брандмауерних стіну з висотою на 600 мм виступає над площиною покрівлі.

Сполучні сталеві деталі знижують межа вогнестійкості дерев'яних конструкцій, тому потрібно їх обробляти вогнезахисними складами.

Несучі КДК мають гарну біо-і вогнестійкістю, тому для них застосовують тільки локальну захист торців і опорних частин тіоколивимі мастиками (УМ-30м, УТ-32) і поверхневу забарвлення пентофталевой емаллю ПФ-115 за допомогою фарбопульта або пензлями за 2 рази.

Для розкосів ферми, поздовжніх і поперечних ребер плит покриття застосовувати просочення в горячехолодних ваннах протягом 2-4 годин.

5. Техніко-економічні показники

5.1 Витрата основних матеріалів

Витрата матеріалів на виготовлення КДК

1.ферма

2. колона

Витрата деревини у справі:

Vqi - обсяг однієї конструкції

Пi - кількість несучих конструкцій

S - площа будівлі в осях

1.

2.

Витрата стали:

Gстi - витрата сталі на одну конструкцію.

1.

Фактична власна маса несучої конструкції

qi - маса однієї конструкції

1.

2.

Фактичний коефіцієнт власної маси конструкції

1.

Список використаної літератури

1. СНиП 2.01.07-85 * Навантаження і впливи: М., 1987.

2. СНиП 2-25-80 Дерев'яні конструкції: М., 1983.

3. СНиП II-23-81 * Сталеві конструкції: М., 1990.

4. СНиП II-3-79 * Будівельна теплотехніка: М., 1986.

5. СНиП 23-01-99 Будівельна кліматологія: М., 2000.

6. СНіП2.03.01-84 * Бетонні і залізобетонні конструкції: М., 1989.

7. Посібник з проектування дерев'яних конструкцій до СНиП II-25-80: М., 1986.

8. А.. В. Калугін Дерев'яні конструкції: Перм., 2001

9. І. М. Гринь Будівельні конструкції з дерева і пластмас: Стройиздат., 1979

10. В. Є. Шишкін Приклади розрахунку конструкцій з дерева і пластмас: Стройиздат., 1974.

11. Л. І. Кормаком Проектування клеєних дерев'яних конструкцій: Будівельник., 1983.

12. А. В. Калугін Проектування і розрахунок огороджувальних конструкцій: Перм., 1990.