Пермский Государственный Технический Университет

Строительный факультет

Кафедра Строительных Конструкций

ПЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту по дисциплине

Конструкции из дерева и пластмасс

Выполнил:Голубев А.Г.

Проверил: Осетрин А.В.

Пермь 2009

Задание на проектирование

Рис. 1 Геометрическая схема конструкции

Табл.1 Основные исходные данные

	Наименование
М	Место строительства	г. Архангельск
А	Шаг конструкций	3,0 м
К	Расчетный пролет	60 м
С	Диаметр купола	-
И	Высота арок	f/l= 2/3
М	Длина здания	72 м
О	Материал обшивок панелей	Фанера ФСФ
В	Средний слой панели	Пенопласт ФРП-1

Геометрическая схема арки

Стрела подъема арки f=(2/3)l=2∙60/3=40 м;

Длина хорды полуарки

Стрела подъема полуарки f_o= 5 м > s_o/15= 4,33 м;

Радиус оси полуарки ;

Центральный угол φ ; φ= 45^о14’.

Длина дуги полуарки

По рис.1

tgα=40/30=1,33; α=53^о7’;

φ_o= 90^о- α – φ/2 = 90^о - 53^о7’ - 22^о37’ = 14^о16’;

l₁/2=R cos φ_o = 63,0 м

H₁=R sin φ_o = 16,0 м

Компоновка плиты

Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,0 м.

Ширина плиты принимается – 1,5 м.

Фанера на смоляном фенолформальдегидном клее по ГОСТ 3916 марки ФСФ. Листы берем размерами 1500х1500, стыкуя их по длине панели. Обшивки проектируем наименьшей допустимой толщины: верхнюю из семислойной фанеры толщиной 9 мм, нижнюю из пятислойной толщиной 6 мм

Стыки обшивок выполняем впритык с накладками.

Высота плиты h

Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер.

Ребра принимаем из ели 2-го сорта.

По сортаменту принимаем доски 50х150 мм.

После острожки кромок размеры ребер 50х144 мм.

Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 48 см.

Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра.

На внутреннюю обшивку, изнутри, нанести окрасочную пароизоляцию из битумно-резиновой мастики.

Вентиляция в плитах осуществляется вдоль и поперек плит через вентиляционные отверстия в ребрах.

Теплотехнический расчет плиты

Место строительства: г. Архангельск

Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92:

t_ext=-31°С;

Средняя температура наружного воздуха отопительного периода:

t_ht=-4,4°С;

Продолжительность отопительного периода со среднесуточной темпера-турой ≤8°С: z_ht=253 суток;

Расчетная средняя температура внутреннего воздуха: t_int=+12°С;

Зона влажности: 1 (влажная);

Влажностный режим помещений: нормальный (75%);

Условия эксплуатации: Б (нормальный);

Табл. 2 Расчетные формулы, а также значения величин и коэффициентов приняты по СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий [2].

Наименование слоя
Рулонный ковёр (2 слоя рубероида)	600	0,010	0,17	0,059
Фанера ФСФ (ГОСТ 3916-69)	700	0,009	0,18	0,050
Пенопласт ФРП-1 (ГОСТ 20916-75)	75	Х	0,04
Фанера ФСФ (ГОСТ 3916-69)	700	0,006	0,18	0,033

Принимаем толщину утеплителя согласно ГОСТ 20916 - 100 мм.

Сбор нагрузок на плиту (кН/м²)

Табл. 3 Сбор нагрузок выполняем в табличной форме в соответствии со СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия [1]:

N п/п	Наименование нагрузки	Единицы измерения	Нормативная нагрузка	gf	Расчетная нагрузка
I	Постоянные:
1	Кровля 2 слоя рубероида	кН/м2	0,100	1,3	0,130
2	Собственный вес продольных ребер:	кН/м2	0,088	1,1	0,097
3	Собственный вес поперечных ребер:	кН/м2	0,019	1,1	0,021
4	Верхняя и нижняя обшивки из фанеры	кН/м2	0,098	1,1	0,108
5	Утеплитель: Пенопласт ФРП-1	кН/м2	0,075	1,2	0,090
ИТОГО: qпокр		кН/м2	0,380		0,446
II	Временные:	кН/м2	3,797		5,424
6	Снеговая
7	Ветровая кН/м2	кН/м2	0,186	1,4	0,260
ВСЕГО q		кН/м2	4,363		6,130

Снеговая нагрузка

Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле

S_g=2,4 кН/м² – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли (г Архангельск – IV снеговой район);

Схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента m принимаем в соответствии с приложением 3 СНиП Нагрузки и воздействия [1], при этом промежуточные значения коэффициента m определяем линейной интерполяцией.

Рис. 2 Схема распределения снеговой нагрузки

Для покрытий в виде стрельчатых арок

m₁ = cos 1,8a;

m₂ = 2,4 sin 1,4a,

где a — уклон покрытия, град

Табл. 4 Коэффициенты m

Номер сечения	a, град	m1	m2
4	50 о0’	0	2,26
5	41 о4’	0,28	2,02
6	30 о30’	0,58	1,63

Ветровая нагрузка

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли

w₀= 0,30 кН/м² – нормативное значение ветрового давления;

(г. Архангельск – II ветровой район)

k– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности;

(местность тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями)

Табл. 5 Коэффициент k

Высота z, м

£ 5

10

	20	40
Коэффициент k	0,5	0,65	0,85	1,1
	0	0,03	0,02	0,0125

с_e - аэродинамический коэффициент внешнего давления, принимаем по обязательному приложению 4 СНиП Нагрузки и воздействия [1], где стрелками показано направление ветра. Знак "плюс" у коэффициентов с_e соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак "минус" — от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

g_f – коэффициент надежности по нагрузке. g_f = 1,4

Согласно приложению 4 СНиП [1] ветровую нагрузку для здания со сводчатым очертанием покрытия находим значения коэффициентов се на двух участках

1 участок - ;

2 участок -

На каждом участке находим средний коэффициент:

- протяженность участка с однозначной эпюрой на определенном участке.

- тангенс угла наклона эпюры ветрового давления на участке с однозначной эпюрой.

;

;

;

;

Расчетные значения ветровой нагрузки

;

;

;

;

;

;

;

Рис. 3 Схема аэродинамических коэффициентов и коэффициентов k.

Статический расчет плиты покрытия

Фанерные панели рассчитываются только на воздействия нагрузок как плиты, свободно лежащие на двух опорах, и как элементы цельного коробчатого сечения, приведенного к наиболее напряженному материалу – фанере.

Рис.4 Поперечное сечение плиты

Ширина площадки опирания на верхний пояс несущей конструкции 8 см, расчетный пролет плиты: .

Плита рассчитывается как балка на 2-х опорах.

Равномерно распределенная нормативная нагрузка равна = 4,363·1,5 = 6,545 кН/м;

Равномерно распределенная расчетная нагрузка равна = 6,130·1,5 = 9,195 кН/м;

Расчетный изгибаемый момент: ;

Поперечная сила: ;

Определение геометрических характеристик расчетного сечения плиты

Расчет конструкции плиты выполняем по методу приведенного поперечного сечения в соответствии с п.4.23 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3].

Приведенная ширина панели

= 0,9·3·b_o+4·b_p= 0,9·129 + 20= 136,1 см;

где = 3·43= 129 см – суммарная ширина фанерных полок,

= 4·5 =20 см – суммарная ширина ребер панели,

Площадь поперечных сечений:

- верхней полки 0,9·136,1= 122,49 см²;

- нижней полки 0,6136,1= 81,66 см²;

Отношение модуля упругости материалов полок и ребер

; ;

Площадь сечения панели, приведенная к материалу и ширине верхней полки

= 81,66·1,12+122,49+288·1,18= 553,79 см²;

Расстояние от нижней грани панели до центра тяжести приведенного сечения

см;

Расстояние от верхней грани панели до центра тяжести приведенного сечения h - y_o= 15,9 - 8,25 = 7,65 см.

Приведенный момент инерции (собственными моментами инерции фанерных полок пренебрегаем):

=122,49·(7,65-0,45)²+81,66·1,12·(8,25-0,3)²+(5·14,4³/12)·1,18++288·1,18·(8,25-0,6-14,4/2)²=18070 см⁴;

Приведенные моменты сопротивления

см³; см³;

Напряжения и прогибы

- в нижней полке

,

=1,35 кН/см² – расчетное сопротивление фанеры на растяжение, табл. 10 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];

=0,6 – наличие стыков фанерных листов по длине панели.

.

- напряжения скалывания в клеевых швах между шпонами фанеры

,

=0,06 кН/см²– расчетное сопротивление скалыванию клеевых швов между шпонами фанеры, табл. 10 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];

.

- устойчивость верхней сжатой полки

,

,

=1,0 кН/см² – расчетное сопротивление фанеры сжатию, табл. 10

СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];

.

- Проверка верхней полки панели на местный изгиб от действия сосредоточенной силы Р=1,0·1,2=1,2 кН. Фанерную полку рассчитываем как пластинку, защемленную в местах приклейки к ребрам.

Груз Р считаем распределенным на ширину 100 см.

;

;

=0,5 кН/см² – расчетное сопротивление фанеры на изгиб поперек волокон рубашки, табл. 10 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];

.

- прогиб панели от нормативной нагрузки

;

Проверка панели на жесткость

;

;

.

Вывод: Подобранное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Расчет арки

Зерносклад пролетом 60 м представляет собой стрельчатую арку. Геометрическая схема – трехшарнирная статически определимая арка.

Сбор нагрузок на несущие элементы арки

Несущий элемент арки – клееная деревянная балка прямоугольного сечения.

Шаг арок – 3 м.

Ширина сбора нагрузок – 3 м.

Постоянные нагрузки

Нормативная нагрузка от собственной массы несущей конструкции вычисляется приблизительно по эмпирической формуле:

кН/м²;

k_см= 3 – коэффициент собственной массы конструкции;

кН/м² – нормативная нагрузка от массы покрытия;

кН/м² – нормативная снеговая нагрузка;

кН/м²;

Сосредоточенный груз от тельфера P^н=30 кН, P=30·1,2=36 кН

Подсчет нагрузки сводим в табл.6.

Табл. 6 Нагрузка на арку

Вид нагрузки	Постоянная, кН/м	Снеговая, кН/м	От тельфера, кН	Ветровая, кН/м
Нормативная	(0,38+0,917)·3= =3,891	2,4·3·0,7·μ=5,04·μ	30	0,3·3·k·c= =0,9·k·c
Расчетная	(0,446+1,01)·3= =4,368	2,4·3·μ=7,2·μ	36	0,3·3·1,4·k·c= =1,26·k·c

Рис.5 Схема арки

Рис.6 Эпюра продольных сил (постоянная нагрузка)

Рис.7 Эпюра продольных сил (Снеговая нагрузка – 1 вар.)

Рис.8 Эпюра продольных сил (Снеговая нагрузка – 2 вар.)

Рис.9 Эпюра продольных сил (от тельфера)

Расчет сочетаний нагрузок

Расчет сочетаний усилий производим по правилам строительной механики на ЭВМ с использованием расчетного комплекса "Лира Windows 9.0"

Сочетание нагрузок

Расчетные сочетания усилий принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия [1]. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний.

Табл. 7 РСУ

№ элем	№ сечен	Тип РСУ	Критерий	N (кН)	My (кН*м)	Qz (кН)	№№ загруж
1	1	2	2	-524.941	0.000	-30.111	1 3 4
1	1	1	13	-203.200	0.000	21.777	1 5
1	2	1	1	-159.520	124.537	1.783	1 5
1	2	2	2	-481.261	-397.526	-45.093	1 3 4
1	2

	2	5	-481.261	-397.526	-45.093	1 3 4
1	2	1	6	-159.520	124.537	1.783	1 5
2	1	1	1	-156.959	124.537	28.521	1 5
2	1	2	2	-482.005	-397.526	36.289	1 3 4
2	1	2	5	-482.005	-397.526	36.289	1 3 4
2	1	1	6	-156.959	124.537	28.521	1 5
2	1	2	13	-431.623	-208.576	43.557	1 3 5
2	2	1	1	-113.279	270.805	-2.835	1 5
2	2	2	2	-438.325	-119.798	12.483	1 3 4
2	2	2	5	-438.325	-119.798	12.483	1 3 4
2	2	1	6	-113.279	270.805	-2.835	1 5
2	2	1	13	-431.458	-22.689	16.377	1 3
2	2	2	14	-189.993	11.145	-7.822	1 2 4 5
3	1	1	1	-112.551	270.805	13.134	1 5
3	1	2	2	-432.207	-119.798	74.039	1 3 4
3	1	2	5	-432.207	-119.798	74.039	1 3 4
3	1	1	6	-112.551	270.805	13.134	1 5
3	1	1	13	-424.860	-22.689	76.928	1 3
3	2	2	1	-356.925	514.200	43.471	1 3 5
3	2	2	6	-356.925	514.200	43.471	1 3 5
3	2	1	13	-399.526	465.425	58.058	1 3
3	2	1	14	-87.217	277.156	-11.377	1 5
3	2	2	18	-406.873	347.423	55.170	1 3 4
4	1	2	1	-347.596	514.200	91.989	1 3 5
4	1	2	6	-347.596	514.200	91.989	1 3 5
4	1	1	13	-387.795	465.425	112.279	1 3
4	1	2	18	-395.469	347.423	110.425	1 3 4
4	2	1	1	-245.429	881.358	-27.911	1 3
4	2	1	6	-245.429	881.358	-27.911	1 3
4	2	2	14	-210.776	823.516	-28.826	1 3 5
4	2	2	18	-258.649	772.727	-24.305	1 3 4
5	1	1	1	-246.635	881.358	13.637	1 3
5	1	1	6	-246.635	881.358	13.637	1 3
5	1	2	13	-149.980	155.731	20.816	1 2 4
5	1	1	14	-58.189	205.735	-5.138	1 5
5	1	2	18	-259.062	772.727	19.410	1 3 4
5	2	2	2	-141.105	0.000	-144.214	1 3 4
5	2	1	14	-124.079	0.000	-156.365	1 3
6	1	2	2	-201.417	0.000	60.552	1 3 4
6	1	1	13	-187.565	0.000	68.301	1 3
6	2	1	1	-87.114	234.043	-1.654	1
6	2	2	2	-257.717	-37.742	-47.543	1 3 4 5
6	2	2	5	-257.717	-37.742	-47.543	1 3 4 5
6	2	1	6	-87.114	234.043	-1.654	1
6	2	2	18	-275.783	120.025	-42.604	1 3 4
7	1	1	1	-117.608	208.699	17.993	1
7	1	2	2	-346.192	-418.121	72.607	1 3 4 5
7	1	2	5	-346.192	-418.121	72.607	1 3 4 5
7	1	1	6	-117.608	208.699	17.993	1
7	1	1	13	-353.801	-164.335	78.805	1 3
7	1	2	18	-363.174	-250.848	78.624	1 3 4
7	2	1	1	-86.158	234.043	-12.976	1
7	2	2	2	-262.040	-37.742	3.656	1 3 4 5
7	2	2	5	-262.040	-37.742	3.656	1 3 4 5
7	2	1	6	-86.158	234.043	-12.976	1
7	2	2	18	-279.022	120.025	-4.242	1 3 4
8	1	1	1	-144.299	128.167	20.570	1
8	1	2	2	-378.212	-652.760	40.424	1 3 4 5
8	1	2	5	-378.212	-652.760	40.424	1 3 4 5
8	1	1	6	-144.299	128.167	20.570	1
8	1	1	13	-386.598	-446.346	48.429	1 3
8	1	2	18	-395.858	-522.272	46.966	1 3 4
8	2	1	1	-118.964	208.699	1.701	1
8	2	2	2	-352.877	-418.121	24.464	1 3 4 5
8	2	2	5	-352.877	-418.121	24.464	1 3 4 5
8	2	1	6	-118.964	208.699	1.701	1
8	2	1	13	-361.264	-164.335	29.560	1 3
8	2	1	14	-99.357	22.840	-2.335	1 5
8	2	2	18	-370.524	-250.848	28.096	1 3 4
9	1	2	2	-423.817	-615.938	6.732	1 3 4 5
9	1	2	5	-423.817	-615.938	6.732	1 3 4 5
9	1	1	13	-189.437	-8.077	23.866	1
9	1	2	18	-442.208	-552.986	14.600	1 3 4
9	2	1	1	-145.757	128.167	0.060	1
9	2	2	2	-380.137	-652.760	-13.199	1 3 4 5
9	2	2	5	-380.137	-652.760	-13.199	1 3 4 5
9	2	1	6	-145.757	128.167	0.060	1
9	2	2	18	-398.528	-522.272	-9.206	1 3 4
10	1	2	2	-482.069	0.000	-44.816	1 3 4
10	1	1	13	-234.436	0.000	6.727	1
10	1	2	14	-462.619	0.000	-52.055	1 3 4 5
10	2	2	2	-418.939	-615.938	-64.468	1 3 4 5
10	2	2	5	-418.939	-615.938	-64.468	1 3 4 5
10	2	2	18	-438.389	-552.986	-59.798	1 3 4

Список используемой литературы

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.:ГП ЦПП, 1996.- 44с.

2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

3. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции.- М., 1983.

3. СНиП II-23-81. Стальные конструкции: М., 1990.

4. Рохлин И.А., Лукашенко И.А., Айзен А.М. Справочник конструктора-строителя. Киев, 1963, с. 192.

5. А..В. Калугин. Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций).-М.: Издательство АСВ, 2003.-224 с., с илл.