Курсовая Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пензенский Государственный Университет Архитектуры и Строительства»
Инженерно-строительный институт
Кафедра Строительные конструкции
Пояснительная записка
к курсовому проекту на тему:
Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций
Автор проекта: Эльдар
Специальность: 2903 Группа ПГС-51
Пенза, 2009
1. Компоновка конструктивного остова здания
Необходимо разработать проект одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций (надземная часть). Здание предназначено для использования в качестве спортивного корпуса. Предусматривается, что строительство будет производиться в III снеговом районе и IV ветровом районе. Ширина здания в осях 42 м., длина здания 66 м., шаг поперечных рам
Клееные деревянные арки являются более эффективными как с экономической, так и с эстетической точки зрения по сравнению с балочными конструкциями. Они имеют наиболее широкий диапазон применения в зданиях и сооружениях различного назначения. Арочные конструкции используются в покрытиях производственных, складских, зрелищных, выставочных, спортивных, зрелищных, общественных и других зданий и сооружений как больших, так и малых пролетов.
Арки являются распорными конструкциями. Наличие распора уменьшает расчетные изгибающие моменты в них по сравнению с моментами балочных конструкций, что в свою очередь приводит к уменьшению рабочих сечений, а, следовательно, к снижению расхода материала. Распор воспринят стальной затяжкой.
Так как пролет более 30 м, то клееная деревянная арка запроектирована трех шарнирной из условия изготовления и транспортировки и собирается из двух гнутых элементов. Очертание арки круговое, описанное по дуге окружности вокруг одного центра.
Основные узловые соединения трех шарнирной арки – опорные и коньковые шарниры. В большепролетных арках с затяжками предусматриваются – стыки затяжек и узлы крепления подвесок. Опорные и коньковые шарниры выполнены с применением валиковых шарниров.
2. Проектирование панели со сплошным срединным слоем
Требуется запроектировать утепленную панель покрытия производственного здания. Панели укладываются непосредственно на несущие конструкции, устанавливаемые с шагом
2.1 Выбор конструкции и назначение основных размеров
Рис.1 Поперечное сечение панели.
Общую высоту панели назначаем в пределах
=200+1+1=202 мм., что составляет примерно
0
=201 мм.
В целях экономии материала срединного слоя (при h
р
>
0
=200 мм. (<
Расстояние сп от обшивки до пустоты, принимаем в пределах
Толщина пенопласта d между пустотами пенопласта принята равной
2.2 Подсчет нагрузок
Постоянную нагрузку от покрытия подсчитываем по фактическому весу всех элементов (обшивок, обрамления и срединного слоя) панели. Результаты подсчета приведены в таблице 1.
Сбор нагрузок
| № п/п | Вид нагрузки | Нормативная qн, кН/м2 | | Расчетная qн, кН/м2 |
| 1 2 3 4 | Постоянные нагрузки –верхняя обшивка (алюминий) –утеплитель (пенопласт –обрамление (фанерный швеллер) –нижняя обшивка (сталь) Итого постоянная | 0,026 0,028 0,029 0,0785 0,231 | 1,1 1,2 1,1 1,1 | 0,0286 0,0289 0,031 0,0864 0,264 |
| | Временная нагрузка –снег | 1,26 | | 1,8 |
| | Всего | 1,491 | | 2,064 |
2.3 Определение геометрических характеристик
Прежде чем определить геометрические характеристики, проверим, к какому типу относится панель. Для этого проверим условия:
где
Условия выполняются, следовательно, панель относится к четвертому типу (согласно классификации [1]), то есть к панелям со сплошным срединным слоем. Для таких панелей обрамляющие ребра, расположенные по контуру, в работе не учитываются. Геометрические характеристики подсчитывают без учета срединного слоя для расчетной полосы, равного
Приведенный статический момент
Площадь, приведенная к материалу верхней обшивки
Определяем положение нейтральной оси
Приведенный момент инерции относительно нейтральной оси
Приведенный момент сопротивления
2.4 Определение расчетных усилий
Проверяем, не относится ли панель к гибким пластинам, используя выражения:
886,65<7153, следовательно, панель не относится к гибким пластинам. Рассчитываем панель, как свободнолежащую балку на двух опорах с расчетным пролетом
2.5 Проверка несущей способности панели
Проверка прочности растянутой обшивки:
Так как толщина сжатой обшивки меньше
где
Проверка прочности срединного слоя
-по нормальным напряжениям
где
-по касательным напряжениям
-по эквивалентным напряжениям
2.6 Проверка прогибов панели
Изгибная жесткость панели с учетом податливости срединного слоя равна:
где
Проверяем прогиб панели по формуле:
2.7 Расчет на местные нагрузки
В качестве местной нагрузки принимаем монтажный груз Pн=1000 Н с коэффициентом надежности
Радиус приведенного круга:
Значения коэффициентов
1)
2)
Проверяем прочность:
а) по нормальным напряжениям в обшивке:
б) по касательным напряжениям в обшивке:
в) по нормальным сжимающим напряжениям в срединном слое:
3. Проектирование круговой арки
Трехшарнирные арки являются статически определимыми системами, поэтому определение усилий в них не вызывает каких-либо трудностей. Весь статический расчет будем производить в следующей последовательности:
1. выбор геометрической схемы;
2. подсчет нагрузок и выявление характера их действия;
3. определение усилий в сечениях и составление сводной таблицы усилий.
3.1
Выбор геометрической схемы
За геометрическую схему, а в равной степени и за расчетную схему арки принимают линию, соединяющую центры тяжести сечений, т.е. геометрическую ось арки (рис.2).
Для арки с затяжкой геометрический расчет сводится к следующему.
При известной величине пролета l
=42 м. и принятой стреле подъема f
=6 м. радиус кривизны r
арки кругового очертания определяется по формуле
Центральный угол раскрытия
Длину дуги арки S определим выражением
Рис.2 Расчетная схема арки
3.2
Подсчет нагрузок
1. Постоянная нагрузка от покрытия подсчитывается по фактическому весу всех элементов (обшивок, обрамления и среднего слоя) панели. Для возможности дальнейшего сравнения нескольких вариантов в расчетах будем использовать нормативное значение нагрузки
2. Снеговую нагрузку будем подсчитывать по [10].
Вариант 1. При равномерно распределенной снеговой нагрузке интенсивностью
(
Вариант 2. При распределенной по треугольнику треугольной нагрузке с максимальной ординатой
3. Ветровая нагрузка определяется по [10].
Характер действия ветровой нагрузки показан на рис.2.
Интенсивность ветровой нагрузки подсчитывается по формулам:
где
C–аэродинамический коэффициент;
B–коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте (для местности типа B [10 табл.6] при высоте H=11м. К=0,44 ; при H=15,2 м. К=0,61 ; при H=17 м. К=0,68; другие значения К находятся по интерполяции);
Рис.3 Схема ветровой нагрузки на арку.
Для каждой зоны (см. рис.3 ) принимаем средние значения коэффициентов Ci и Ki.
При
Другие коэффициенты показаны на рис.16.
4. Собственный вес арки подсчитываем по формуле
где qн и pн – соответственно постоянная (вес покрытия) и временная (снег) нагрузки, действующие на арку;
Kс.в – коэффициент собственного веса, для арки принимаем равным 4.
Величина распределенной нагрузки от собственного веса:
– нормативная
– расчетная
На
Погонные нагрузки на арку при шаге
– постоянная
– снеговая:
Вариант 1
Вариант 2
– ветровая:
Полная расчетная схема рамы дана на л. 1.
3.3 Определение усилий в сечениях арки
Усилия
По результатам распечатки находим расчетные значения усилий M, Q, N при различных видах загружения и различных сочетаниях нагрузок. Результаты расчета приведены в таблице 3.
Таблица 3.
| L | f | r | n | Нагрузки | |||||||
| q | s1 | s2 | s3 | w1 | w2 | w3 | w4 | ||||
| 42.00 | 6.00 | 39.75 | 5 | 3.10 | 9.45 | 19.20 | 9.60 | 0.49 | 2.19 | 2.19 | 0.98 |
4.
Конструктивный расчет арки
4.1
Подбор сечения арки
Сечение арки принимаем прямоугольным, склеенным из досок плашмя. Задаемся, согласно рекомендациям СНиП, высотой арки равной
п
=1,2, m
б
=0,85 (при h
=117 см.), m
сл
=0,95 (при
гн
=1,0 (при
Для принятого сечения имеем
4.2 Проверка прочности сечений
Проверяем прочность наиболее нагруженного сечения (с максимальным изгибающим моментом) т.е. сечения 3, где M
=-286.8 кН м,
N
=-299.434 кН.
Находим значение коэффициента
Проверяем прочность сечения по формуле
Вывод: Прочность сечения обеспечена.
Проверяем клеевые швы на скалывание:
Вывод: Прочность клеевых швов на скалывание обеспечена.
Проверку устойчивости арки производим по формуле
Считаем, что арка раскреплена по верхней кромке связями, которые ставятся через
р
принимаем расстояние между связями, т.е. l
р
=3000 мм.
Подсчитываем коэффициенты:
(коэффициент k
ф принят равным 1,0 ввиду небольшого изменения моментов на концах рассматриваемого участка l
р
).
Проверяем устойчивость арки
Вывод: Устойчивость обеспечена.
Однако арку необходимо проверить еще на устойчивость плоской формы деформирования с учетом сочетания нагрузок, которые вызывают отрицательные изгибающие моменты (растяжение в верхней кромке и сжатие в нижней). Расчетные усилия будут равны: M=-286,8 кНм, N=-299,434 кН.
Для такого случая имеем:
Величины коэффициентов, учитывающих закрепление из плоскости деформирования со стороны растянутой от момента М кромки. При m>4 (в нашем случае
где
Проверяем устойчивость арки:
Вывод: Устойчивость обеспечена.
Проверяем устойчивость арки из плоскости:
где
Таким образом, принятое сечение арки удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.
4.2
Расчет затяжки
Максимальное усилие в затяжке
Н=113,925+347,288=461,213 кН.
Затяжка выполнена из двух стальных уголков марки ВСт3пс6-1.
Требуемая площадь уголков
а одного уголка
Принимаем уголок 90x90x7 (F=12,28 см2 > 11,3 см2).
4.3 Расчет узлов
Опорный узел.
Расчетные усилия: N=530,829 кН, Q=58,8 кН.
Конструкцию опорного узла принимаем с валиковым шарниром. Материал шарнира- сталь марки 10Г2С1 (Ry=310 МПа).
Рис.4 – схема опорного узла.
Расчет валикового шарнира на изгиб и упорных пластин на смятие производим на равнодействующую усилий N и Q в шарнире:
Принимая расстояние между упорными пластинками в арке
Требуемый момент сопротивления валика
Принимаем валик диаметром d=75 мм. (W=41,4 см3 > 41,29 см3).
Проверяем валик на срез по формуле
Принятый валик удовлетворяет требованиям прочности.
Толщину упорных пластин принимаем из условия смятия. Общая толщина пластин в арке и опорном башмаке должна быть не менее
Принимаем толщину пластин в арке равной 16 мм., а в опорном башмаке- 32 мм.
Торец арки проверяем на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию (RСМ=14 МПа). Усилие от шарнира передается на башмак длиной lб=600 мм. через гнутый швеллерный профиль двумя боковыми ребрами.
Площадь смятия торца арки под швеллером
Условие прочности
Прочность обеспечена.
На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия Nб, вызываемые поперечной силой:
Необходимый диаметр болта определяем, исходя из его несущей способности, по изгибу:
При n=2 (два болта) имеем
Принимаем конструктивно два болта d=16 мм.
Упорную плиту башмака рассчитываем как балку на опорах, загруженную в середине пролета силой N. Максимальный изгибающий момент в такой балке
где l1=120 мм.- расстояние между боковыми пластинами опорного башмака.
Принимая ширину плиты b1=400 мм., находим требуемую толщину по формуле
Принимаем толщину плиты равной 34 мм.
Размеры опорной плиты башмака назначаем из условия смятия опорной деревянной подушки под действием максимальной опорной реакции: A=263,55 кН, т.е.
Принимая B=240 мм., найдем, что
Принимаем L=400 мм. Толщина опорной плиты назначают из условия работы ее на изгиб. Опасными являются консольные участки для которых изгибающий момент
Толщина опорной плиты должна быть не менее
Принимаем
Коньковый узел.
Коньковый узел в целях унификации выполняем аналогично опорному, т.е. тоже с применением валикового шарнира. Усилия: в узле N=461,213 кН, Q=49,612 кН.
Расчет валикового шарнира на изгиб и упорных пластин на смятие производим на равнодействующую усилий N и Q в шарнире:
Рис.5 – схема конькового узла.
Принимая расстояние между упорными пластинками в арке
Требуемый момент сопротивления валика
Принимаем валик диаметром d=75 мм. (W=41,4 см3 > 35,9 см3).
Проверяем валик на срез по формуле
Принятый валик удовлетворяет требованиям прочности.
Толщину упорных пластин принимаем из условия смятия. Общая толщина пластин в арке и опорном башмаке должна быть не менее
Принимаем толщину пластин в левой полуарке равной 14 мм., а в правой- 28 мм.
Торец арки проверяем на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию (RСМ=14 МПа). Усилие от шарнира передается на башмак длиной lб=600 мм. через гнутый швеллерный профиль двумя боковыми ребрами.
Площадь смятия торца арки под швеллером
Условие прочности
Прочность обеспечена.
На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия Nб, вызываемые поперечной силой:
Необходимый диаметр болта определяем, исходя из его несущей способности, по изгибу:
При n=2 (два болта) имеем
Принимаем конструктивно два болта d=16 мм.
5. Расчет стойки
В целях унификации принимаем для стойки те же доски что использовались для проектирования арки
Рис.6 – сечение колонны.
Расчет рамы будем производить по схеме приведенной на рис.7
Рис.7 – расчетная схема рамы.
Для расчета найдем усилия M,N,Q, для этого найдем горизонтальные составляющие ветровой нагрузки W и W/.
Горизонтальные составляющие:
Вертикальные составляющие:
Усилие N будет представлять собой сумму усилий от постоянной нагрузки
Находим значение ветровой нагрузки действующей на колонну:
– слева
– справа
Находим усилие, передающееся на стойку
Находим значения моментов и поперечных сил в правой и левой стойках. Расчет будем производить по схеме показанной на рисунке 9:
Рис.9 – расчетная схема стойки.
–левая стойка
–правая стойка
Геометрические характеристики для принятого сечения
Площадь сечения
Момент сопротивления
Момент инерции
Радиус инерции
Гибкость
Проверка прочности сечений.
Проверяем прочность наиболее нагруженного сечения (с максимальным изгибающим моментом) т.е. сечения на опоре, где M
=143,63 кН м,
N
=280,65 кН.
Находим значение коэффициента
Проверяем прочность сечения по формуле
Вывод: Прочность сечения обеспечена.
Проверяем клеевые швы на скалывание:
Вывод: Прочность клеевых швов на скалывание обеспечена.
Проверяем устойчивость стойки в плоскости рамы
Проверку устойчивости будем производить на момент M=143,63 кН/м и продольную силу N=280,65кН по схеме приведенной на рис.10.
Рис.10 – расчетная схема стойки.
Подсчитываем коэффициенты:
(коэффициент k
ф принят равным 2,45).
Находим
Проверяем устойчивость арки
Вывод: Устойчивость стойки в плоскости рамы обеспечена.
Проверяем устойчивость арки из плоскости:
Проверку устойчивости будем производить продольную силу N=280,65 кН по схеме приведенной на рис.11.
Рис.11 – расчетная схема стойки
Находим необходимые характеристики:
момент инерции
радиус инерции
гибкость
коэффициент продольного изгиба
Вывод: Прочность стойки из плоскости рамы обеспечена.
Крепление стойки к фундаменту
Принимаем жесткий узел крепления стойки к фундаменту с помощью анкерных болтов (рис.12 ).
Расчет производим на продольную силу N=280,65 кН. и момент М=143,63 кН*м.
Находим
где
Рис.12 – крепление стойки к фундаменту.
Проверяем прочность торца колонны на смятие:
Принимаем под фундамент бетон класса В 15 c Rc=11 МПа.
Находим требуемую площадь сечения анкера
Принимаем анкерный болт диаметром
Проверяем прочность анкерного соединения
Вывод: прочность обеспечена.
Крепление пластины принимаем на болтах.
Минимальная несущая способность одного болта 22 диаметра
где
Определяем необходимое количество болтов
Принимаем 6 болтов диаметром
Делаем проверку
Вывод: прочность обеспечена.
Список используемой литературы
1. Конструкции из дерева и пластмасс. 5-е изд./ Под ред. Г.Г.Карлсена и Ю.В.Слицкоухова. –М.: Стройиздат, 1985.-542 с.
2. Гринь И.М. Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник. –Киев: Будивельник, 1988.
3. Иванов В.А. и др. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. 3-е изд. –Киев: Вища школа, 1981.
4. Индустриальные деревянные конструкции: Уч.пос. для вузов. Под ред. Слицкоухова Ю.В. –М.: Стройиздат, 1991.-251 с.
5. Светозарова Е.И., Душечкин С.А., Серов Е.Н. Конструкции из клееной древесины и водостойкой фанеры. Примеры проектирования. –Л.: Лененградский инж.- строит. ин-т, 1974.
6. Вдовин В.М. Распределение сосредоточенного давления в клеефанерных конструкциях. –В сб. Облегченные конструкции покрытий зданий. –Ростов-на-Дону: Ростовский инж.-строит. ин-т, 1979, с.16-26.
7. Хрулев В.М. Деревянные конструкции и детали: Справочник строителя. –М.: Стройиздат, 1983. –287 с.
8. СНиП П-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции. –М.: Стройиздат, 1982.-65 с.
9. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП П-25-80). –М.: Стройиздат, 1986. –215 с.
10. СНиП 2.01-07-85. Нагрузки и воздействия. –М.: Стройиздат, 1988.
