Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Пояснительная записка к курсовому проекту

«
Деревянные конструкции»

Выполнил:

студент группы 30
17
/1

Проверил:

Семенов К.В..

Санкт-Петербург

2004 г.

Содержание.

1. Конструктивная схема здания.	3
1.1. Деревянные фермы.	3
1.2. Выбор шага рам.	4
1.3. Связи.	4
2. Конструирование и расчет покрытия здания.	5
2.1. Конструкция покрытия.	5
2.2. Подбор сечения рабочего настила.	5
2.3. Подбор сечения стропильных ног.	8
2.4. Подбор сечения прогонов	9
2.5. Расчет гвоздевого забоя.	10
3. Расчет и конструирование элементов ферм.	1 1
3.1. Определение усилий в стержнях ферм.	1 1
3.2. Подбор сечений элементов ферм.	12
4. Расчет и конструирование узлов ферм.	20
4.1 Опорный узел на натяжных хомутах.	20
4.2 Промежуточный узел.	22
4.3 Коньковый узел.	27
4.4 Центральный узел нижнего пояса.	27
Список используемой литературы.	29

1.    Конструктивная схема здания.
Проектируется одноэтажное здание с несущим деревянным каркасом. Основу каркаса составляют последовательно расположенные рамы, образованные двумя колоннами и ригелем. В качестве ригеля используется полигональная деревянная ферма. Колонны жестко закреплены в фундаменте в плоскости рамы и шарнирно в плоскости стены.


Пространственная жесткость здания обеспечивается связями, объединяющими отдельные рамы.
1.1. Деревянные фермы.
Рассмотрим полигональную деревянную ферму.


В фермах различают следующие элементы:

1 – Нижний пояс.

2 – Верхний пояс.

3 – Раскосы.

4 – Стойки.

Все элементы фермы в данном проекте выполнены из деревянного бруса, за исключением стоек, которые выполняются из стального кругляка.

Высота фермы определяется по пролету. Для полигональной фермы:
h_ф =1/6L_ф– 8-ти панельная ферма

В данном проекте пролет фермы L_ф=19,2 метра,

поэтому высота фермы h_ф=1/6*19,2=3,2 метра

Точки пересечения элементов фермы – узлы. Выделяют несколько характерных узлов:

5 – Опорные.

6 – Коньковый.

7 - Центральный узел нижнего пояса.


Расстояние между соседними узлами нижнего пояса называется длиной панели(l_п). В этом проекте рассмотрена равно панельная ферма.
1.2. Выбор шага рам.
Шагом рам называется расстояние между двух рядом стоящих рам в плоскости стены. В зданиях такого типа он зависит от нагрузок на покрытие и обычно составляет 3.5 до 5 метров. Так как проектируемое здание будет с внутренним отоплением (т.е. покрытие будет утепленное), а снеговая нагрузка будет соответствовать 5-му снеговому району, зададим 15 по 4.5 м и  крайние по 3.6 м.

Высота здания, пролет фермы и ветровой район при назначении шага рам не учитываются.
1.3. Связи.
Конструктивная схема каркаса одноэтажного деревянного здания с полигональной 8-ти панельной фермой и схема размещения связей представлены на рисунке:

1 – вертикальные связи между фермами. Размещаются так, чтобы ни одна ферма не осталась без вертикальных связей, что приводит к их расстановке через пролет между рамами, а при четном количестве пролетов приходится их устанавливать подряд в двух пролетах (например, у одного из торцов здания).

2 – связи в плоскости верхних поясов ферм. Устанавливаются в торцевых пролетах, но если длина здания превосходит 30 м, то они устанавливаются и в центральных пролетах, по возможности с равным шагом.

3 – связи в плоскости нижних поясов ферм. Эти связи расставляются так, чтобы на виде снизу они проецировались на связи в плоскости верхних поясов ферм.

Связи 1, 2 и 3 принято называть ветровыми, так как они, придавая пространственную жесткость конструкции, позволяют наряду с прочими элементами каркаса распределять ветровую нагрузку, действующую на торец здания между всеми рамами.



Кроме связей между фермами в каркасе здания выделяют связи между колоннами:

6 – горизонтальные связи между колоннами.

7 – связи в плоскости стены между колоннами. Они устанавливаются в крайних от торцов здания пролетах, а в зданиях, длинна которых превосходит 30 м, и в центральных пролетах.

На рисунке изображены также прогоны (4) и стропильные ноги (5) – это элементы покрытия, не входящие в структуру связей. Прогоны располагаются вдоль всего здания по узлам верхних поясов ферм. Стропильные ноги укладываются поперек прогонов в плоскости верхних поясов ферм с шагом от 0.8 до 1.2 м в зависимости от величины снеговой нагрузки. В этом курсовом проекте шаг стропильных ног принят равным 0,9 м.


2. Конструирование и расчет покрытия здания.


2.1. Конструкция покрытия.


1 – Прогон.

2 – Стропильные ноги.

3 – Рабочий настил.

4 – Пароизоляция.

5 –Утеплитель.

6 – 3 слоя рубероида.



2.2. Подбор сечения рабочего настила.
Рабочий настил рассчитывается на прочность и прогиб. Выполняется из досок. Для обеспечения достаточной жесткости, каждая доска опирается как минимум на 3 опоры (имеется двухпролетная неразрезная балка).
Расчет рабочего настила по первой группе предельных состояний.

Первое сочетание нагрузок: постоянная (собственного веса) + временная (снеговая).

Расчетная схема:






Таблица 1. Нагрузки собственного веса.

№ п. п.	Наименование	gн, кгс/м3	g	g, кгс/м3
1	3-х слойный ковер рубероида на битумной мастике	10	1.1	11
2	Утеплитель ρ=100 кг/см3	7	1.2	8.4
3	Пароизоляция	3	1.1	3.3
4	Рабочий настил (t=25 мм)	12.5	1.1	13.8
	Итого:	32.5		36.5

Обозначения в таблице:

g_н – нормативная нагрузка собственного веса;

g
- коэффициент надежности по нагрузке собственного веса;

g - расчетная нагрузка собственного веса.
Определим снеговые нагрузки. Снеговой район = 5 Þ P^**= 320 кг/м²

Далее определяем погонные нагрузки q и P.


q = g * b = 36.5  кг/м - расчетная

q_н= g_н*b=32.5 кг/м - нормативная

где b – ширина полосы сбора нагрузки (b = 1 м);
P
^*
=
P
^**
*
cos
a
=320*1=320кг/ м²

P
=
P
^*
*
B
=320кг/ м² - расчетная


P_n
=
P
*0.7=224кг/ м² - нормативная




где a - угол наклона кровли к горизонту (cosa

≈
1).
Расчет по прочности:

s
=
M_max
/
W
<=
R
_изг
*
m
_в
где s - напряжение;

M_max
 - расчетный изгибающий момент;

W - момент сопротивления рабочего настила;

R_изг - расчетное сопротивление изгибу (R_изг = 130 кгс/см²);

m_в- температурно-влажностный режим-коэффициент, учитывающий работу древесины, зависящий от отапливаемости здания (так как здание отапливается        m_в =1).



М_max =  0.125(
q
+

P
) *
L
_n
р
² = 0.125 * (36.5+ 320) * 0.9² = 36.09 кгс*м

W
=
b
*
h
² / 6 = 1 *
0.025²
/ 6= 1.04*
10^-4
м³


s
= 36.09/1.04*
10^-4
=3.46*
10⁵
кг/
м²
< R
_изг
*
m
_в
= 130 * 1= 13*
10⁵
кг/
м²



Расчет на жесткость:

f=2.13*( q_н+P_n)*
L⁴_n
р

/384/E/I<=1/150*
L_n
р
где  f  – допустимый прогиб;


E – модуль нормальной упругости (E = 1 * 10⁵ кг/см²);

I – момент инерции.

I=b*t
³/12=1* 0.025³/12=1.3*10^-6 м⁴



f=2.13*(32.5+224)*0.9⁴ / 384/ 10⁵
/10⁴/1.3* 10^-6=0.72*10^-3м.

1/150* L
_n
р=0,9/150=6*10^-3


0,72*10^-3<6*10^-3

Второе сочетание нагрузок: постоянная (собственного веса) + монтажная.

 

Расчетная схема:

s
=
M_max
/
W
<=
R
_изг
*
m
_в

М
_max
= 0.07 *
q
*
L
_n
р
² * + 0.207 * 2 *
P
_ч
*
L
_n
р


где  P
_ч –вес человека ( P
_ч=100кг)

Р_р.ч=
P
_ч
*
g
=100*1,2=120 кгс

где  P
_р.ч – расчетный вес человека;

g
- коэффициент надежности по монтажной нагрузке (g
= 1.2).

M_max = 0.07 * 36,5 * 0,9²  + 0.207 * 2 * 120 * 1,205 = 39,32 кгс*см


s
= 39.32 / 1.04*
10^-4
= 378076  кгс/м² < R_изг * m_в = 130 * 1 =13*10⁵
  кгс/м²

Прочность обеспечена.
2.3. Подбор сечения стропильных ног.

4.2 Промежуточные узлы фермы.
Промежуточный узел 2.

Сечение сжатого раскоса b_PX h_p = 17,5X20 см², усилие в нем 12739,07 кг, угол между осями раскоса и верхнего пояса – 40,3⁰.


1. Назначаем глубину врубки раскоса в верхний пояс:     . Принимаем h _вр = 5 см.

2. Проводим  проверку  на  смятие верхнего пояса по площадке смятия.

а) Определим размеры площадки смятия:

 

б) Условие прочности на смятие:

  



Прочность на смятие не обеспечена.  Изменяем конструкцию узла.

1. Проверяем прочность на смятие в зоне рабочего опирания подушки на верхний пояс. Разность усилий в элементах верхнего пояса, примыкающих к узлу составляет 5010 кг.

 

Прочность на смятие обеспечена.

2. Проверяем необходимую длину l _ск.


Промежуточный узел 4.

Сечение сжатого раскоса b_PX h_p = 15X20 см², усилие в нем кг, угол между осями раскоса и верхнего пояса – 48,6⁰.


1. Назначаем глубину врубки раскоса в верхний пояс:     . Принимаем h _вр = 5,6 см.

2. Проводим  проверку  на  смятие верхнего пояса по площадке смятия.

а) Определим размеры площадки смятия:

 

б) Условие прочности на смятие:

   ;

Прочность на смятие не обеспечена.
Изменяем конструкцию узла.

1. Проверяем прочность на смятие в зоне рабочего опирания подушки на верхний пояс. Разность усилий в элементах верхнего пояса, примыкающих к узлу составляет 5010 кг.

 

Прочность на смятие обеспечена.

2. Проверяем необходимую длину l _ск.




Промежуточный узел 5.

Сечение сжатого раскоса b_PX h_p = 20,0X12,5 см², усилие в нем 5529,11 кг, угол между осями раскоса и нижнего пояса – 51⁰.


1. Назначаем глубину врубки раскоса в верхний пояс:     . Принимаем h _вр = 5,6 см.

2. Проводим  проверку  на  смятие верхнего пояса по площадке смятия.

а) Определим размеры площадки смятия:

 

б) Условие прочности на смятие:

   ;

Прочность на смятие  обеспечена.


Промежуточный узел 6.

Сечение сжатого раскоса b_PX h_p = 20X10 см², усилие в нем 3858,227 кг, угол между осями раскоса и нижнего пояса – 53,1⁰.


1. Назначаем глубину врубки раскоса в верхний пояс:     . Принимаем h _вр = 5,6 см.

2. Проводим  проверку  на  смятие верхнего пояса по площадке смятия.

а) Определим размеры площадки смятия:

 

б) Условие прочности на смятие:

   ;

Прочность на смятие  обеспечена.





4.3 Коньковый узел.







4.4 Центральный узел нижнего пояса.





5 Расчет стыка нижнего пояса



Определение  количества  двухсрезных  нагелей для прикрепления накладок к нижнему поясу.
, проверим d_наг. = 24 мм

толщина накладок а > 6 d_наг.= 6×2,4= 14,16 см, a=150 см

Т_с=50×с×d_н=50×20×2,4=2880 кг,

Т_а=80×а×d _н=80×15×2,4=2880 кг,

Т_и=180×d _н²+2а²=180×2,4²+2×15²=1486,8 кг,





Список используемой литературы:


1. ”Конспект лекций по деревянным конструкциям” Семенов К. В. - 2004 г.


2. Карлсен “Деревянные и пластмассовые конструкции”.


3. Кауфман “Деревянные конструкции”.