Проектирование здания

Проектирование здания

1. Описание конструктивной компоновочной схемы здания с необходимыми эскизами

Проектируемое здание - цех по производству оконных и дверных блоков в городе Сочи. Размеры в осях 22 х 122 м.; пролёт 22 м.; шаг основных несущих конструкций 3,3 м.; высота здания от уровня чистого пола до низа стропильных конструкций 7 м.

Рисунок 1.1 - Конструктивная схема здания.

Задаемся ориентировочными размерами колонн

H_к=5,80-0,15=5,65

Высота поперечного сечения колонны:

следовательно:

По таблице п. 2 [1] корректируем высоту, принимаем:

При этом количество досок равно 12 штук.

Находим ширину поперечного сечения колонны по таблице п. 2 [1]:

Принимаем доску 200 и минус на отстрожку 20: b_k = 18 см.

Задаемся ориентировочными размерами стропильной балки

Находим высоту стропильной балки на опоре:

из условия:

находим:

Принимаем: В_б =0,3

Делаем проверку:

Принимаем доску 100 мм. и минус 20 мм. на отстрожку.

Задаемся ориентировочными размерами плиты покрытия

Тогда высота ребра плиты будет равна:

h_р = 150 -6=144 см.

Тогда высота плиты будет равна:

Принимаем доску 50 мм - 6 мм на отстрожку в_р=3,5

Задаемся ориентировочными размерами стеновой панели

Тогда высота ребра панели будет равна:

Тогда высота панели будет равна:

Из условия :

S_p ≥50 см²

S_p= h_p∙b_p ≥50 см.

Находим: в_р=4,6 см. Принимаем в_р=4,6 см.

Правило расстановки связевых блоков

1)      Связевые блоки устанавливаются у торцов здания и далее равномерно с расстоянием в свету не более 24 м.

)        При применении плит покрытия применяют связи, в виде деревянных распорок, квадратного поперечного сечения или круглых крестообразных тяжей из арматуры класса А-I диаметром 14 мм.

)        Оптимальный угол наклона связи к несущей конструкции 45^º (допускается 30^º-60^º).

)        Расположение связей в покрытии и по стенам должно совпадать.

Схема расположения связей по оси А.

. Конструктивные и химические меры по защите деревянных конструкций от гниения и возгорания

Защита древесины от гниения: конструктивная защита и химическая защита от гниения

Конструктивная защита от загнивания

Принципом конструктивной защиты деревянных конструкций от гниения является создание для древесины такого температурно-влажностного режима, при котором обеспечивается сохранение ее влажности ниже 20% на все время эксплуатации. Для этого необходимо проводить следующие конструктивные мероприятия.

Несущие деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми и доступности для периодического осмотра.

Необходимо обеспечивать надежную гидроизоляцию деревянных конструкций и их частей, соприкасающихся с грунтом, фундаментами, бетоном, каменной кладкой и массивными металлическими частями.

Поскольку в толще ограждающих элементов, находящихся в зоне изменения температур, возможно образование конденсата, несущие деревянные конструкции следует располагать либо целиком в пределах отапливаемого помещения, либо вне его. Панели покрытия и стен беспустотной конструкции не должны иметь деревянных элементов в зоне низких температур. Пустотные ограждающие конструкции должны иметь осушающие вентиляционные продухи, обеспечивающие быстрое высыхание древесины. При этом холодный сухой воздух вводится под карниз, а сырой и теплый выпускается у конька.

Деревянные покрытия следует осуществлять с наружным отводом атмосферных вод. Деревянные стены защищаются от косого дождя и снега широким венчающим карнизом или широким свесом. Торцы брусьев или бревен защищают от проникновения влаги посредством обшивки досками.

Деревянные покрытия не рекомендуется устраивать с фонарями верхнего света.

Химическая защита от загнивания

Конструктивных мер для защиты древесины от гниения недостаточно при эксплуатации деревянных конструкций в условиях постоянного или периодического увлажнения. Для таких деревянных конструкций антипсептирование является основным мероприятием по защите от гниения, рассчитанным на весь срок службы древесины.

Антисептическая обработка элементов деревянных конструкций и изделий должна производиться в производственных условиях на специализированном оборудовании.

В случае невозможности централизованного снабжения строительства элементами деревянных конструкций химически защищенными от гниения, допускается проведение антисептической обработки древесины на месте строительства механизированным, а в отдельных случаях и ручными способами.

Вид антисептической обработки древесины выбирается в зависимости от условий эксплуатации деревянных конструкций.

Защита древесины от возгорания: конструктивная защита и химическая защита от возгорания

Конструктивная защита от возгорания

Конструктивными мерами по предотвращению возгорания и интенсивного развития пожара в деревянных зданиях предусматривается применение деревянных конструкций из массивных, преимущественно строганных элементов, - брусьев, бревен, клееных массивных элементов без острых выступающих частей, щелей, трещин, так как элементы деревянных конструкций, имеющие сечение более 100×100 мм., во время активного горения обугливаются со скоростью 0,75-1 мм. в мин, и поэтому такие деревянные конструкции сохраняют свою несущую способность в течение 30-45 мин.

Строящиеся здания должны иметь гладкие стены и потолок без выступающих внутрь помещения деревянных частей, иметь беспустотные ограждающие конструкции с применением в них несгораемых или трудносгораемых утеплителей.

Воздушные прослойки разделяются на отсеки (площадью до 50м²) несгораемыми диафрагмами, не препятствующими осушению полостей.

Деревянные поверхности покрываются огнезащитной облицовкой и штукатуркой, деревянные части отделяются от источников нагрева специальными противопожарными преградами. Деревянные конструкции должны эксплуатироваться при температуре, не превышая 50˚С.

Химическая защита от возгорания

К трудносгораемым относятся деревянные элементы, пропитанные водными растворами огнезащитных солей в цилиндрах под давлением с поглощением сухой соли до 75 кг. на 1 м³ древесины. Однако такая обработка снижает прочность древесины на 10-20%, а при обработке клееных элементов может наступить полная потеря прочности клеевого шва через 1-2 года. Поэтому в последнее время практически отказались от такой обработки.

Более эффективна поверхностная защита древесины от возгорания.

Технология нанесения огнезащитных покрытий, красок и обмазок аналогична нанесению антисептических паст и влагозащитных покрытий. Нанесение покрытий необходимо производить в два или более слоев с тем, чтобы обеспечить требуемый расход. Последующий слой наносится после высыхания предыдущего слоя.

. Расчет клеефанерной плиты покрытия

Определение типа и размера поперечного сечения плиты

Рисунок 3.1 - Конструктивная и расчетная схема панели покрытия.

Сбор нагрузок на плиту

Таблица 1 - Сбор нагрузок на 1 м² плиты

q^p  = q^p_табл∙ 1,5= 316,25∙1,5=474,4 кгс/м.

q^н  = q^н_табл∙ 1,5= 230,84∙1,5=346,26 кгс/м.

Определение геометрических характеристик поперечного сечения плиты

в_рас=в_пл∙k

в_рас=150∙0,9=135 см

n=E_g / E_ф = 100 000/90 000=1,1

Рассчитываем приведенную к фанере площадь поперечного сечения.

F_пр=F_фв+F_фн+F_g∙n=(в_рас∙б_фв)+(в_рас∙б_фн)+(4в_р∙h_р) ∙n

F_пр= 475 см²

Расчитываем приведенный статический момент, поперечного сечения относительно нижней плоскости сечения.

S_фв= F_фв∙(б_фн+h_р+ б_фв/2)

S_фн= F_фн∙ б_фн/2

S_g= F_g∙( б_фн+h_р/2)

S_пр=2092,5+24,3+2021,76∙1,1=4340,74 см³

S_фв=135(0,6+14,4+1/2)=2092,5 см³

S_фн=81∙0,6/2=24,3 см³

S_g=259,2(0,6+14,4/2)=2021,76 см³

Положение нейтральной оси приведенного сечения равно:

y₀=S_пр/F_пр

y₀=4340,74/501,12=8,66 см

y₀>h_пл/2

,66>16/2=8

Момент инерции

Рассчитываем приведенный к фанере момент инерции сечения

J_пр= J_фв+ J_фн+ J_g∙n

Момент инерции всегда расчитывается относительно центральной оси

J_фв= в_рас∙ б_фв³/12+F_фв(h_пл-У₀- б_фв/2)²

J_фв= 135∙ 1³/12+135(16-8,66-1/2)²=11,25+6316,12=6327,4

Чтобы перенести нейтральную ось отдельно от фигуры, к нейтральной оси всего сечения необходимо прибавить к моменту инерции фигуры F_ф∙квадрат расстояния от центра тяжести этой фигуры до нейтральной оси сечения.

J_фн= в_рас∙ б_фн³/12+ F_фн∙( y₀- б_фн/2)²

J_фн= 135∙ 0,6³/12+ 81∙( 8,66- 1/2)²=5663,5

J_g=4в_р∙ h_р/12+ F_g∙( y₀- б_фн/2- h_р/2)

J_g=4∙4,5∙ 14,4³/12+ 259,2∙( 8,66- 0,3- 7,2)=4779,65

J_пр=5662,47+6175,67+4767∙1,1=17082 см⁴

Приведенный момент верхней обшивки равен

W_фв= J_пр/ h_пл - y₀

W_фн= J_пр/  y₀

W_фв=16770,55/16-8,66=2285 см³

W_фн=16770,55/8,66=1937 см³

Определяем максимальное значение изгибающегося момента и по перечной силы

М=q^p∙l_рас/8

Q= q^p∙l_рас/2

l_рас=B- 2∙5,5

l_рас=340-2∙5,5=329см

Расчет по нормальным напряжениям. Прочность растянутой фанерной обшивки проверяется по формуле:

М/ W_фн≤ R_фр∙m_ф

М=4,74∙329²/8=64132,7

Q= 4,74∙329/2=779,73

,7/779,73=82,24

∙0,6=84

,24<84

Устойчивость сжатой фанерной обшивки следует проверять по формуле:

М/ W_фв∙φ_ср≤ R_фс

64132,7/2285∙0,6=46,77

,77<120

a= в_пл -4в_р/3

a= 150-4∙35/3=45,3 см

45,3/1=45,3 => φ_ф=1-(a/ в_фв)²/5000=0,59=0,6

Проверяем верхнюю фанерную обшивку на местный изгиб от сосредоточенного груза m=100 кг., как заделанную в местах приклеивания к ребрам пластин.

М=Р∙a/8

W=a∙ б_фв²/6

σ=M/W≤ R_фн∙m_w

M=120∙45,3/8=679,5кгс∙см

W=45,3∙1²/6=7,55 см³

σ=679,5/7,55=90

<160

τ= Q∙S_фв^о-о/ J_пр∙4в_р≤ R_фск

τ= 779,73∙923,4/ 16770,55∙4∙3,5=3,1≤ R_фск

S_фв^о-о= F_фв(h_пл-y₀- б_фв²)

S_фв^о-о=135(16-8,66-1/2)=923,4

τ=3,1

3,1<8

Проверка по дифформации выполняется по формуле:

f≤ l_рас/200=329/200=1,645

f=5/384 ∙q_н∙ l_рас⁴/Е_ф∙∙ J_пр=5/384∙329⁴/90000∙16770,55= 0,27

,27<1,6

4. Расчет ограждающей стеновой конструкции

Конструктивная схема стеновой панели

Рисунок 4.1 - Конструктивная схема стеновой панели.

Сбор нагрузок на панель

Таблица 2 - Сбор нагрузок на панель

Вес ребер:

V_ребер= h_p∙b_p∙B

V_ребер= 0,035∙0,1086∙4,5=0,02

m= V_ребер∙500=0,02∙500=7∙2=14

S_пан= В ∙ 1,2=4,5∙1,2=5,4

q=m/S_пл=20/6=3,3

Вес утеплителя:

V_утепл=0,67

m=0,67∙50=33,5

S_утепл=4,5∙1,13=5,085

q=33,5/5,1=6,6

Нагрузка от собственного веса с учетом 2-х панелей.

q_н= q_н^т ∙ 2 =34,05∙2=68,1 кг

q_р= q_р^т ∙ 2 =36,75∙2=73,5 кг

q_н^св= q_н ∙1, 2 = 68,1∙1,2=81,72

q_р^св= q_р ∙1, 2 = 73,5∙1,2=88,2

Погонная ветровая нагрузка равна:

q_н^в= q_н ∙ 1,2=38∙1,2=45,6

q_р^в= q_н^в∙γ_f = 45,6 ∙1,4=63,84

Определение максимальных значений моментов

Рисунок 4.2 - Расчетная схема стеновой панели.

Q_св=q_св^р∙B/2

Q_св=73,5∙4,5/2=165,38 кгс

Q_в= q_рв^р∙B/2

Q_в=57,2∙4,5/2=128,7 кгс

Определение геометрических характеристик поперечного сечения панелей

   а)              б)                                в)

Рисунок 4.3 - Сечение стеновой панели.

а) поперечное сечение стеновой панели в вертикальной плоскости;

б) расчетная схема панели при изгибе в вертикальной плоскости;

в) расчетная схема при изгибе в горизонтальной плоскости.

в_рас=в_пан∙φ

в_рас=1,08 м

Приведенный к фанере момент инерции:

J_пр=2J_ф+J_g∙h

J_пр=2∙3807+960,62∙1,11=8680

J_ф=(108∙1³/12)+108_∙∙(10,86/2+ 1/2)²=9+3797,81=3807

J_q=2в_р∙∙h_р³/12

J_q=2∙10,86³/12=960,62

W_пр=2J_пр/h_пан

W_пр=2∙8680/12,86=1350

Проверка прочностей по нормальным напряжениям в растянутой обшивке

где m_ф - коэффициент, учитывающий соединение листов фанеры по длине панели, равен 0,6.

6,031<140

Проверка на скалывание по шву приклейки фанерной обшивки к ребрам не производим, т.к. из-за малой высоты поперечного сечения панелей расчет на скалывание выполняется всегда.

f≤ l_рас/200=0,005

f=5/384 ∙q_н∙ l_рас⁴/Е_ф∙∙ J_пр=5/384∙0,41∙329⁴/90000∙3807=14,02*0,01=0,14

,14<1,6

Конструктивная схема стропильной конструкции

                0,08

Сбор нагрузок на стропильную конструкцию

Вес от плит покрытия и снега:

q_п.п.^н=q_табл^н∙В

q_п.п.^н=230,84∙4,5=1039 кгс/м

q_п.п.^р=q_табл∙В

q_п.п.^р=316,25∙4,5=1423 кгс/м

Расчет стропильной конструкции покрытия

От собственного веса балки:

q_св.^н=V_б∙ρ_g/l_б

q_св.^н=5,784∙500/24=120,5 кгс/м

q_св.^р= q_св.^н∙γ_f

q_св.^р=120,5∙1,1=132,55 кгс/м

Итого:

q^н= q_п.п.^н+ q_св.^н

q^н=1039∙120,5=125199,5 кгс/м

q^р= q_п.п.^р+ q_св.^р

q^р=1425∙132,55=188884 кгс/м

Определение положения опасного сечения

x=l_б/2∙l_оп/h_ср

x=(24/2)∙(2,42/2,4)=121,2 см

Определяем геометрические характеристики опасного сечения

h_x= h_ср-ἱ(l_б/2-x)

h_x=200-1/24,2(2400/2-121,2)=155,77

W_x=(в_б∙ h_x²)/6

W_x=10∙155,77²/6=40440,5

Определяем изгиб момента в опасном сечении

М_х=((q_р∙l_б)/2)∙х-(q_р∙х²)/2

М_х=(18,89∙(2400/2)∙121,2-(18,89∙121,2²/2)=2608619,6

Проверку следует производить по формуле

σ_х=М_x/W_x≤R_g.u.∙m_б∙m_с

σ_х=2608619,6/40440,5=64,51<128

Проверка опорного сечения на скалывание

Проверяем условие:

где Q_max - расчетная поперечная сила;

S - статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

J_оп - момент инерции брутто поперечного сечения относительно нейтральной оси;

B - расчетная ширина сечения.

Q_max=q_р∙l_б/2

Q_max=1423∙24/2=17076 кгс

S=в_б∙h_оп²/8

S=10∙242²/8=73205 см ³

J_оп= в_б∙h_оп³/12

J_оп=10∙242²/12=11810407 см ⁴

τ=17076∙73205/11810407∙10=10,58

,58<16

Расчет стропильной конструкции по II группе предельного состава

f/l ≤ [ f/l]=f₀/k(1+c(h_ср/l)²)₀=5/385∙(q^н∙l⁴⁾/(E_g∙J_ср)₀=5/385∙(12,52∙2400⁴⁾/(100000∙115200000)=0,36_ср= в_б∙h_ср³/12_ср=100∙240³/12=115200000 см⁴= 0,15+0,85∙( h_оп/ h_с)=0,15+0,85∙( 242/ 240)=1,01

c=15,4+3,8∙( h_оп/ h_с)

с=15,4+3,8∙( 242/ 240)=19,23

f=0,36/1,01(1+19,23(242/2400)²)=0,43

,43/2400=0,00018

Список используемой литературы

.        ГОСТ 39.16.2-96. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпон хвойных пород;

.        ГОСТ 8240-89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент;

.        ГОСТ 8509-93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Сортамент;

.        Карлсен Г.Г. Конструкции из дерева и пластмасс.-М: Стройиздат, 1986;

.        Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс.-М: "Высшая школа", 1990;

.        СНиП II-25-80. Деревянные конструкции;

.        СНиП 2.01.07-85^*. Нагрузки и воздействия.