Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра Строительных Конструкций

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему «Проектирование крытого рынка»

Выполнил:

Ашихмин А.Г.

Проверил:

Фаизов И.Н.

Пермь 2009

1. Расчет щита покрытия

1.1 Исходные данные

Условия эксплуатации нормальные.

Уклон кровли 1:4.

Материал обшивок панелей деревянные щиты из ели 2-го сорта.

Каркас плиты из древесины ели 2-го сорта.

Шаг несущих конструкций – 4,5 м.

Шаг прогонов – 1 м.

1.2 Расчёт конструкции покрытия

Настил рассчитываем как многопролетную неразрезную балку. Расчет ведется для полосы настила, шириной 1 метр с учетом числа досок рабочего слоя на этой ширине. При расчете настила учитываем:

- постоянная нагрузка от покрытия равномерно распределена по поверхности кровли;

- снеговая нагрузка распределяется на горизонтальную проекцию кровли;

- ветровая нагрузка при углах наклона кровли до 30^о, разгружает Настилы и в расчетах не учитывается;

- временная нагрузка от сосредоточенного груза равна 1,2 кН и распределена на ширину 0,5 м настила (P=2,4 кН)

Расчёт деревянного щита покрытия ведем на два сочетания нагрузок:

I сочетание: постоянная + временная снеговая

(q^/_p=q^/_пост+s^/)

II сочетание: постоянная + временная от сосредоточенного груза

(q^/_p=q^/_пост+Р^/)

А. постоянные нагрузки

- где

Б. временные нагрузки

Снеговая нагрузка

нормативное значение веса снегового покрова (V снеговой район)

при уклоне кровли не более 25^о

1.3 Сбор нагрузок

Наименование нагрузки	Нормативная Н/м2	коэффициент надежности	Расчетная Н/м2
А. Постоянные
Собственная масса щита покрытия	0,3	1,1	0,33
Б. Временные
Снеговая	2,24	1/0,7	3,2
ВСЕГО:	2,54		3,52

Расчетные погонные нагрузки:

- от собств. массы щита покрытия:

- от снеговой нагрузки

- от временной сосредоточенной

1.4 Статический расчет щита

Плита рассчитывается по схеме многопролетной балки. Пролет l_р равен шагу прогонов – 1 м.

Расчетные сочетания нагрузок:

I сочетание (постоянная + временная снеговая)

II сочетание (постоянная + временная от сосредоточенного груза)

1.5 Конструктивный расчет щита

Расчет характеристики материала:

где:

- расч. сопротивление древесины на изгиб (ель 2-го сорта)

1,15 – коэф., учитывающий менее ответственную работу настилов

0,85 – коэф. условия эксплуатации

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения щита покрытия должен быть не менее:

Требуемая общая ширина досок на расчетной ширине 1м равна:

Фактический момент сопротивления при расчетной ширине 1м равен:

Нормативные напряжения:

Относительный прогиб проверяем при первом сочетании нагрузок:

Вывод:

Подобранное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

2. Расчет прогонов

2.1 Сбор нагрузок на 1 м² покрытия

Наименование нагрузки	Нормативная Н/м2	коэффициент надежности	Расчетная Н/м2
А. Постоянные
Собственная масса щита покрытия	0,3	1,1	0,33
Собств. вес прогона(ориентировочно)	0,1	1,1	0,11

Б. Временные
Снеговая	2,24	1/0,7	3,2
ВСЕГО:	2,8		3,63

2.2 Статический расчет прогона

Расчетная погонная нагрузка на прогон: ;

Расчетную схему прогона примем разрезную, тогда

Расчетный пролет прогона:см,

где b – шаг несущих конструкций, а=10 см – ширина опорной площадки прогона.

Максимальный изгибающий момент в прогоне:

.

Прогон работает в условиях косого изгиба. Составляющие момента относительно главных осей сечения:

,

,

2.3 Конструктивный расчет прогона

Минимальные размеры поперечного сечения прогона получаются из условия обеспечения требуемой жесткости при .

Требуемый момент сопротивления сечения

см³.

Где – расчетное сопротивление древесины изгибу.

Требуемая высота сечения: cм.

Требуемая ширина сечения: cм.

По сортаменту пиломатериалов принимаем брус сечением 125х250, с геометрическими характеристиками:

,

,

,

Проверку прочности не выполняем, так как при подборе сечения мы исходили из главной формулы.

см,

где кН/м.

см,

где кН/м.

Полный прогиб прогона определяется по формуле

см < cм.

Жесткость прогона обеспечена.

3. Расчет рамы

Рамы из прямолинейных элементов с соединением ригеля и стойки на зубчатый шип являются наиболее технологичными и простыми в изготовлении. Для их изготовления склеивается прямолинейная заготовка, которая затем распиливается по диагонали на два ригеля и две стойки. Для образования карнизного узла по длине биссектрисного сечения фрезеруется зубчатый шип и производится склеивание в специальном приспособлении, обеспечивающем необходимое давление запрессовки и требуемую геометрию узла.

Существенным недостатком этих рам является наличие ослабления в наиболее напряженном сечении. Надежность и долговечность всей конструкции зависит от качества клеевого соединения, которое достаточно сложно проконтролировать.

3.1 Геометрический расчет

На стадии подготовки исходных данных на проектирование задаемся основными геометрическими размерами рамы

пролет 1=15 м,

высота стойки Н=4 м,

уклон ригеля i=0,25.

В зависимости от этих параметров вычисляем длину стоек, ригеля по геометрическим осям.

3.2 Сбор нагрузок

Таблица 2 - Нагрузки на раму (Н/м²)

Наименование нагрузок	Нормативные нагрузки	gf	Расчетные нагрузки
А: Постоянные Масса щита покрытия Вес прогона Собственный вес рамы	0,3 0,19	1,1 1,1	0,33 0,21
Итого:	0,49		0,54
Б: Временные - Снеговая	2,24	1/0,7	3,2
Полная нагрузка:	2,73		3,74

Собственная масса рамы:

g^н_с.м. = Н/м²;

где g^н_п – нормативная нагрузка от собственной массы покрытия;

g^н_сн – нормативная снеговая нагрузка на покрытие;

к_см – коэффициент собственной массы несущих конструкций.

Полные погонные нагрузки:

а) постоянная g_п = 0,54 · 4,5 = 2,43 кН/м;

б) временная g_сн = 3,2· 4,5 = 14,4 кН/м;

в) полная g = g_п + g_сн = 16,83 кН/м

3.3 Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка принимается по табл. 5 и приложению 3 СНиПа [1].

Город Чусовой находится во II ветровом районе, нормативное ветровое давление на покрытие W_o= 0,3 МПа.

Расчетное значение ветровой нагрузки определяется по формуле

W= W_o∙k∙c γ_f;

где k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

c – аэродинамический коэффициент, учитывающий форму покрытия

γ_f = 1,4 – коэффициент надежности по нагрузке;

Погонные расчетные значения ветровой нагрузки

W₁= W₁∙ B= 0,3∙ 0,5∙ 0,8∙ 1,4∙ 4,5= 0,756 кН/м;

W₂= W₂∙ B= 0,3∙ 0,5∙ (-0,2)∙ 1,4∙ 4,5= -0,189 кН/м;

W₃= W₃∙ B= 0,3∙ 0,5∙ (-0,4)∙ 1,4∙ 4,5= -0,378 кН/м;

W₄= W₄∙ B= 0,3∙ 0,5∙ (-0,5)∙ 1,4∙ 4,5= -0,473 кН/м;

3.4 Расчет сочетаний нагрузок

Расчет сочетаний нагрузок производим по правилам строительной механики на ЭВМ с использованием расчетного комплекса «Лира Windows 9.0». Сочетание нагрузок.

Расчетные сочетания нагрузок принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП [1]. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний нагрузок.

Первое сочетание нагрузок включает в себя постоянную и снеговую нагрузки по всему пролету:

q^I= g + S, кН/м

Второе сочетание нагрузок включает в себя постоянную и снеговую нагрузки по всему пролету совместно с ветровой нагрузкой (рис. 1, 2, 3):

q^II= g + 0,9∙(S + W), кН/м

Рис. 1 - Эпюра изгибающих моментов по 2 РСН

Рис. 2 - Эпюра продольных сил по 2 РСН

Рис. 3 - Эпюра поперечных сил по 2 РСН

Третье сочетание нагрузок включает в себя постоянную нагрузку по всему пролету, снеговую нагрузку на половине пролета и ветровую нагрузку (рис. 4, 5, 6):

q^III= g + 0,9∙(S’ + W), кН/м

Рис. 4 - Эпюра изгибающих моментов по 3 РСН

Рис. 5 - Эпюра продольных сил по 3 РСН

Рис. 6 - Эпюра поперечных сил по 3 РСН

Наибольшие усилия в элементах арки (карнизный узел):

продольная сила N= - 130 кН;

поперечная сила Q= - 106 кН;

изгибающий момент М= + 331 кНм.

Коньковый узел

продольная сила N= - 82 кН;

поперечная сила Q= - 21 кН.

Опорный узел

продольная сила N= - 130 кН;

поперечная сила Q= + 83 кН.

3.5 Конструктивный расчет рамы

Конструктивный расчет преследует цель определить сечения элементов рамы и конструкцию узлов.

Несущий каркас здания представлен в виде однопролетных симметричных сборных рам с двускатным ригелем. Рамы решены по трехшарнирной схеме с шарнирными опорными и коньковым узлам и жесткими карнизными узлами. Жесткость последних обеспечивается сопряжением ригеля со стойкой на зубчатый шип.

Стойки рам опираются на столбчатые бетонные фундаменты, возвышающиеся над уровнем пола на 20 см. Полная высота стойки h_ст = 3,8 м. Уклон кровли i =1:4.

3.6 Подбор сечения полуарки

Раму проектируем клееной из досок толщиной с учетом острожки 32 мм.

Коэффициент надежности по назначению γ_n = 0,95.

Сечение рамы принимается клееным прямоугольным. Ширина сечения b = 140 мм;

Материал – ель первого сорта.

Принимем размеры поперечного сечения рамы исходя из условий

h = l /20 – l /40 = (15/20…15/40) = (0,38…0,75)м;

h_оп = 0,3 h;

h_к= 0,4 h.

h = 500 мм, h_оп = 150 мм, h_к = 200 мм.

3.7 Проверка прочности биссектрисного сечения

Проверка прочности биссектрисного сечения производится с учетом технологического ослабления сечения зубчатым шипом и криволинейностью эпюры напряжения по формулам:

- внутренняя сжатая зона

- растянутая наружная кромка

где =-130 кН – расчетная продольная сила в карнизном узле;

где =331 кНм – расчетный изгибающий момент в карнизном узле;

k_м=0,85 – коэффициент технологического ослабления сечения;

- коэффициент, учитывающий криволинейность эпюры напряжений в биссектрисном сечении;

h_d = h/соs39^о=50/0,777=64,3 см- высота биссектрисного сечения;

F_d = b×h_d =14∙64,3=900,2 см²- площадь биссектрисного сечения;

W_d =(b×h_d²)/6 = 14∙64,3²/6= 9647 см³-расчетный момент сопротивления;

k=0,5 – безразмерный коэффициент, при уклоне ригеля рамы i=1/4;

коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле;

l_о = lm₀=(7,7+4)∙1=11,7 м -расчетная длина элемента;

– радиус инерции сечения;

- гибкость элемента цельного сечения;

- коэффициент продольного изгиба (при гибкости элемента l £ 70)

R_с = 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление древесины сжатию;

Коэффициент а = 0,8 для древесины;

– расчетное сопротивление древесины смятию под углом;

R_см = 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон;

R_см.90 = 0,18 кН/см² – расчетное сопротивление древесины смятию поперек волокон;

R_рα= 0,9 кН/см² – расчетное сопротивление древесины растяжению под углом;

Проверка прочности внутренней сжатой зоны

Проверка прочности биссектрисного сечения не проходит, следовательно увеличиваем сечение:

Ширина сечения b = 275 мм;

Размеры поперечного сечения рамы

h = 1000 мм, h_оп = 300 мм, h_к = 400 мм.

h_d = h/соs39^о=100/0,777=130 см- высота биссектрисного сечения;

F_d = b×h_d =27,5∙130=3575 см²- площадь биссектрисного сечения;

W_d =(b×h_d²)/6 = 27,5∙130²/6= 77460 см³-расчетный момент сопротивления;

– радиус инерции сечения;

- гибкость элемента цельного сечения;

- коэффициент продольного изгиба (при гибкости элемента l £ 70), коэффициент а = 0,8 для древесины;

– расчетное сопротивление древесины смятию под углом;

Проверка прочности внутренней сжатой зоны кН/м²

Проверка прочности наружной растянутой зоны

кН/м²

Проверка прочности биссектрисного сечения выполняется

3.8 Проверка сечения рамы на устойчивость плоской формы деформирования

Проверку сечения рамы на устойчивость плоской формы деформирования производим по формуле

.

- для элементов, имеющих закрепление из плоскости деформирования.

Сжатая грань арки имеет раскрепление панелями через 100см.

Определяем гибкость .

.

.

Проверка

3.9 Проверка сечения арки на скалывание по клеевому шву

.

Проверка

Прочность сечения обеспечена.

3.10 Расчет опорного узла

Стойка в опорном узле опирается непосредственно на бетонный фундамент.

Для обеспечения возможности поворота опорного сечения торец стойки кантуется на 40 мм с каждой стороны. Стойка фиксируется металлическими уголками.

Места контакта древесины с бетоном изолируются двумя слоями рубероида, склеенными битумной мастикой.

1) Проверка на смятие вдоль волокон выполняется по формуле:

гдеN – усилие в стойке рамы, N = 130 кН;

F_см – площадь смятия:

F_см = b a = 21•36 = 756 см²;

R_см= 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон по табл. 3 [2]

Прочность на смятие вдоль волокон торца стойки выполняется.

2) Проверка на скалывание торца стойки от действия распора выполняется по формуле:

Где H = 83 кН – распор в раме от действия вертикальной нагрузки;

– статический момент инерции сечения брутто;

– момент инерции сечения брутто;

R_ск = 0,07 кН/см²– расчетное сопротивление древесины скалыванию по табл. 3 [2]

Прочность опорного узла на скалывание силой распора обеспечена.

Высота металлического башмака находится исходя из условия смятия поперек волокон древесины стойки рамы от действия распора

;

Принимаем h=160мм;

Уголки, фиксирующие стойку поперечной рамы, принимаются из условия расположения болтов. Согласно табл. 39 [3]: минимальные расстояния от центра болта до края уголка должны быть не менее 1,5d = 1,5•16 = 24 мм.

Для обеспечения удобства монтажа принимаем уголок L160x12.

Крепление траверсы (уголков) башмака к фундаменту предусматриваем 2-мя болтами d = 24 мм.

Напряжение анкерного болта на срез:

t = = 9,2 кН/см² < R_ср^б = 19 кН/см²;

Металлический башмак фиксируется в стойке рамы конструктивным болтом диаметром 16 мм.

3.11 Расчет конькового узла

Коньковый узел выполняют торцевым упором ветвей ригеля с перекрытием стыка двумя деревянными накладками на болтах.

Коньковый узел рассчитывается на поперечную силу при несимметричной односторонней снеговой нагрузки:

где S – расчетная нагрузка от веса снегового покрова на 1 пог. м ригеля рамы, определяется по формуле: S = 3,2∙1∙4,5 = 14,4 кН/м

ℓ – пролет ригеля, ℓ = 15 м;

;

Принимаем диаметр болтов, скрепляющих ригели рамы через накладки, 20 мм.

Накладка рассчитывается как балка на двух опорах.

Согласно п.5.18 [1] расстояния между осями болтов вдоль волокон древесины S₁, поперек волокон S₂ и от кромки элемента S₃:

S₁ = 7d = 7∙2 = 14 см;

S₂ = 3,5d = 3,5∙2 = 7 см;

S₃ = 3d = 3∙2 = 6 см;

; ;

Следовательно, более нагруженные болты расположены ближе к месту стыка.

Количество болтов в одном ряду определяется по формуле:

;

где n_c – количество плоскостей среза, n_c = 2;

[T]_б,min – минимальная несущая способность одного болта, принимается согласно п.5.13 [1]:

1) Несущая способность на смятие древесины среднего элемента под углом α:

T_c = 0,5 c d k_α

здесьc – толщина среднего элемента, c = 21 см;

d – диаметр болта, d = 2 см;

k_α – коэффициент, определяемый по табл. 19 [1]: k_α = 0,981

T_c = 0,5∙21∙2∙0,981 = 20,6 кН

2) Несущая способность на смятие древесины крайнего элемента под углом α:

T_a = 0,8 a d k_α

Здесь a – толщина крайнего элемента, a = 7,5 см;

T_a = 0,8∙7,5∙2∙0,981 = 11,772 кН

3) Несущая способность болта на изгиб:

Несущая способность болта на изгиб не должна превышать величины:

Количество болтов в первом ряду:

Принимаем 2 болта.

4. Меры защиты конструкций от загнивания и возгорания

При проектировании деревянной рамы из прямолинейных элементов предусматриваем конструктивные меры защиты от биологического разрушения, возгорания и действия химически агрессивной среды.

Конструктивные меры, обеспечивающие предохранение и защиту элементов от увлажнения, обязательны, независимо от того, производится антисептирование древесины или нет.

Конструктивные меры по предохранению и защите древесины от гниения обеспечивают:

1. устройство гидроизоляции от грунтовых вод, устройство сливных досок и козырьков для защиты от атмосферных осадков;

2. достаточную термоизоляцию, а при необходимости и пароизоляцию ограждающих конструкций отапливаемых зданий во избежание их промерзания и конденсационного увлажнения древесины;

3. систематическую просушку древесины в закрытых частях зданий путем создания осушающего температурно-влажностного режима (осушающие продухи, аэрация внутренних пространств).

Деревянные конструкции следует делать открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра.

Защита несущих конструкций:

В опорных узлах, в месте опирания рамы на фундамент устроить гидроизоляцию из двух слоев рубероида. При этом низ рамы запроектирован на отметке +0,2м. Торцы элементов рамы и места соприкосновения с металлическими накладками в опорном узле защитить тиоколовой мастикой У-30с с последующей гидроизоляцией рулонным материалом.

Для защиты от гигроскопического переувлажнения несущих конструкций через боковые поверхности необходимо покрыть пентафталевой эмалью ПФ-115 в два слоя.

Список используемой литературы

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

2. 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.