Вид нагрузки
|
Нормативная нагрузка Коэффициент надежности
по нагрузке Расчетная
нагрузка
|
|
|
Кровля рубероидная трехслойная
|
12,7
|
1,2
|
15,24
|
Вес плиты Р
|
19,52
|
|
21,82
|
|
|
|
Снеговая нагрузка
|
38
|
1,4
|
53,2
|
Собственный вес фермы 9,321,110,25
|
|
|
|
Полная нагрузка
|
81,04
|
|
102,19
|
3.
Расчет клеефанерной плиты
Принимаем размеры плиты
в плане (см.
рис. 3)
Обшивка клеефанерной
плиты - водостойкая фанера марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной .
Ребра из сосновых досок
второго сорта, клей КБ-3. Так как тепловой режим здания теплый, укладываем
утеплитель - минераловатные плиты толщиной с объёмным весом .
Пароизоляция из полиэтиленовой плёнки толщиной .
Принимаем каркас плиты
из четырех продольных рёбер размерами поперечного сечения принятыми по
сортаменту с учетом острожки по периметру :
Ширина панели по верху ,
по низу
Расчётный пролёт плиты:
Принятая высота панели: ,
что составляет пролёта.
Рис. 3
Геометрические
характеристики сечения
Коэффициент приведения к
фанере равен:
Приведенная площадь
сечения:
Приведенный момент
инерции сечения:
где расстояние
от центра тяжести сечения плиты до центра тяжести нижней и верхней фанеры
соответсвенно;
площадь сечения нижней
фанеры;
площадь сечения верхней
фанеры;
Проверка
клеефанерной плиты на прочность
Расчетная схема
плиты приведена на рисунке 4.
Рис. 4
а) Расчетная схема плиты
б) Эпюра изгибающих моментов
в) Эпюра перерезывающих сил
Определяем погонную
нагрузку на плиту:
Момент в расчетном
сечении составит:
Напряжения в растянутой
обшивке:
где расчетное
сопротивление растяжению фанеры толщиной по табл. 10 [1].
Проверяем устойчивость
сжатой обшивки в расчётном сечении по формуле 6.4 [3]:
, где ,
т.к.
.
Тогда ,
где по
табл. 10 [1]
Верхнюю обшивку
дополнительно проверяем на местный изгиб от сосредоточенной силы как
заделанную в местах приклеивания к рёбрам при расчётной ширине, равной 100 см.
При этом должно выполняться условие:
Условие выполняется,
следовательно плита выдержит местную нагрузку .
Проверяем скалывающие
напряжения по клеевому шву фанерной обшивки. Поперечная сила равна:
Приведённый
статический момент верхней обшивки относительно нейтральной оси равен:
Расчётная ширина
клеевого соединения:
Определяем касательные
напряжения:
Расчетное сопротивление
фанеры скалыванию определяем по табл. 10 [1]
условие выполняется.
Проверка клеефанерной
плиты на прочность
Проверяем относительный
прогиб панели по формуле 6.8 [3]:
Условие выполняется,
следовательно прогиб плиты меньше допустимого.
Вывод:
Запроектированная плита
отвечает нормативным требованиям по прочности и пожесткости.
4.
Расчет несущей конструкции покрытия
Статический расчёт
фермы
Рис. 5 а)
расчётная схема фермы, б) приведение расчётной нагрузки к узловой.
Узловая нагрузка:
Определяем опорные
реакции:
Определяем усилия в
первой панели справа:
Усилия во второй панели:
Усилия в третей панели:
Усилия в четвёртой
панели:
Определяем усилия в
стойках фермы:
Расчёт элементов фермы
Расчёт верхнего пояса
ведем по наибольшему усилию в первой панели . Кроме того в поясе
возникает изгибающий момент от вне узлового расположения клеефанерных плит
покрытия. Определяем этот момент:
Верхний пояс проектируем
из бруса сечением ;
,
.
Определяем гибкость по
формуле 1.6 [4]:
,
где расчётная
длина изгибаемого стержня верхнего пояса первой панели, ;
радиус
инерции сечения, для прямоугольного сечения .
Определяем коэффициент по
формуле 1.14 [4]:
, где по
табл. 3 [1].
Определяем напряжения по
формуле 1.13 [4]:
где по
табл. 3 [4].
Прочность верхнего пояса
обеспечена.
Сечение нижнего пояса
принимаем одинаковым с верхним - ; ,
.
Расчёт ведём по наибольшему растягивающему усилию .
Учитываем ослабление пояса двумя нагелями диаметром .
Напряжения растяжения
определяем по формуле 1.1 [4]:
,
где расчётное
сопротивление древесины на растяжение принятое по табл. 3 [1].
Первый раскос сжимается
силой и
имеет расчётную длину .
Задаемся сечением .
.
Определяем гибкость:
. Согласно приложению 2
[4] .
Проверяем устойчивость
по формуле 1.3 [4]:
,
где принято
по табл. 3 [1].
Аналогично второй и
третий раскосы:
, .
Задаемся сечением: .
.
Определяем гибкость:
. Согласно приложению 2
[4] .
.
, .
Задаемся сечением: .
.
Определяем гибкость:
. Согласно приложению 2
[4] .
.
Растягивающие усилия во
второй стойке .
По приложению 6 [4] принимаем тяж диаметром с несущей способностью
по .
Шайбы под тяж ставим размером .
Усилия в третей стойке .
Принимаем тяж диаметром с
несущей способностью по .
Шайбы под тяж ставим размером .
Усилия в четвёртой
стойке .
Принимаем тяж диаметром с
несущей способностью по .
Шайбы под тяж ставим размером .
Расчёт узлов и
стыков фермы.
Опорный узел решаем
на металлических хомутах с тяжами из круглой стали.
Опорная реакция фермы .
Верхний сжатый пояс
упирается во вкладыш. Площадь упора . Расчётное
сопротивление смятию при направлении усилия под углом к
направлению волокон вкладыша (приложение 4 [4], кривая 1) .
Проверяем вкладыш на
смятие:
Натяжные хомуты опорного
узла состоят из четырёх тяжей, стального упора в левой части и двух
вертикальных уголков в правой части хомутов (см. рис. 6).
Рис. 6. Опорный
узел на стальных натяжных хомутах.
На стальной упор,
состоящий из двух вертикальных уголков и двух приваренных к ним горизонтальных
траверс, через вкладыши передается горизонтальная составляющая усилия ,
равная ,
а на вертикальные уголки в правой части хомутов через деревянные накладки
опорного узла, скреплённые с нижним поясом нагелями, передается от пояса
уравновешивающее растягивающее усилие .
Требуемая площадь
сечения нетто:
,85 - коэффициент,
учитывающий возможную неравномерность распределения усилия между тяжами.
По приложению 6 [4]
принимаем тяж d
= 20 мм с . Сечение
накладок назначаем .
Вкладыш высотой 20 см упирается в вертикальные уголки. Расстояние между
осями тяжей в вертикальном направлении .
Изгибающий момент в
вертикальном уголке, считая, что давление от вкладыша на уголок будет
равномерным,
Принимаем уголки ,
с ,
.
Момент сопротивления
уголка
Напряжение изгиба в
уголке
Вертикальные уголки
хомута у торцов накладок принимаем такими же: . Горизонтальные
траверсы проектируем из двух сваренных вместе неравнобоких уголков ,
образующих коробчатое сечение. Для одного уголка
, ,
.
Момент инерции сечения
траверсы:
Момент сопротивления
Расстояние между осями
тяжей в плане
.
Длина площади опирания
вертикальных уголков на горизонтальную траверсу
Изгибающий момент в
траверсе
Напряжение изгиба
Накладки с поясом
соединяем нагелями из круглой стали d = 20 мм.
Необходимое число
нагелей:
, где 920 - несущая
способность нагеля на
один срез при толщине накладки .
Ставим 6 нагелей, из
которых 4 - болта. Нагели размещаем соблюдая нормы расстановки (см. рис. 6)
Проверяем прочность
нижнего пояса:
Опорная реакция
фермы:
Требуемая ширина опорной
подушки из условия смятия древесины поперек волокон:
Принимаем ширину подушки
согласно
сортаменту.
Промежуточные верхние
узлы решаем на лобовых: врубках. Первый раскос примыкает к верхнему поясу под
углом .
Расчетное сопротивление смятию (приложение 4 [4]) .
Требуемая глубина врубки
раскоса в пояс
. Принимаем .
В первом промежуточном
узле сечение верхнего пояса ослаблено отверстием диаметром d =
14 мм для тяжа ,
врубкой снизу и
врубкой сверху с целью создания горизонтальной площадки для укладки шайбы под
тяж. При ширине шайбы глубина
врубки сверху должна быть не менее , принимаем .
Площадь сечения пояса
нетто
Напряжение сжатия
Второй раскос упирается
в пояс под углом .
Расчетное сопротивление смятию (приложение 4 [4]) .
Требуемая глубина врубки
, принимаем .
Глубина врубки сверху
для укладки шайбы ,
принимаем .
Напряжение сжатия
верхнего пояса во втором узле
У второго промежуточного
узла устраиваем стык брусьев верхнего пояса. Стык выполняем простым лобовым
упором и перекрываем парными накладками сечением , скрепленными с поясом
болтами диаметром d = 12 мм. С каждой стороны стыка ставим по четыре болта.
Третий раскос упирается
в пояс под углом .
Расчетное сопротивление смятию (приложение 4 [4]) .
Требуемая глубина врубки
, принимаем .
Глубина врубки сверху
для укладки шайбы ,
принимаем .
Напряжение сжатия
верхнего пояса в третьем узле:
Коньковый узел также
решаем лобовым упором с перекрытием стыка парными накладками. С каждой стороны
стыка ставим по три болта диаметром d
= 12 мм. Смятие брусьев в стыке по вертикальной
плоскости не проверяем ввиду очевидного запаса прочности.
Угол примыкания первого
подкоса к поясу в нижнем узле ,
Требуемая глубина врубки
раскоса в нижний пояс
, принимаем
Проверяем прочность
нижнего пояса по сечению в промежуточном узле. Расстояние между ослаблением
врубкой и ослаблением отверстием для тяжа равно . Учитываем только
ослабление врубкой .
Центр тяжести
ослабленного сечения смещен относительно оси пояса на .
Вследствие несимметричного ослабления врубкой в расчетном сечении
возникает момент:
Момент сопротивления
сечения нетто:
Напряжение по формуле
(1.12) [4]:
Для изготовления нижнего
пояса должны быть отобраны брусья, удовлетворяющие качественным требованиям,
предъявляемым к элементам I
категории [1].
У второго промежуточного
узла в нижнем поясе устраиваем стык брусьев. Стык выполняем простым лобовым
упором и перекрываем парными накладками сечением , скрепленными с поясом
болтами диаметром d = 12 мм. С каждой стороны стыка ставим по четыре болта.
У третьего нижнего узла
в средине панели устраиваем стык брусьев нижнего пояса. Его выполняем
раздвинутым с длинными накладками из досок , соединенными
с брусьями пояса нагелями диаметром d = 20 мм.
Требуемое число
двухсрезных нагелей в стыке
, принимаем .
Здесь 920 - несущая
способность нагеля на
один срез при толщине накладки (приложение 5 [4]).
Расставляем нагели по
два в ряд, соблюдая нормы расстановки: , ,
.
Для уменьшения
дополнительных моментов, возникающих в месте перелома оси нижнего пояса, стыки
располагаем как можно ближе к промежуточным узлам. Перелом оси возникает при
придании ферме строительного подъема
.
Проверяем принятое
сечение накладок стыка на разрыв по ослабленному нагелями сечению:
В среднем нижнем узле
раскосы заходят в просвет между накладками раздвинутого стыка, упираясь один в
другой и в шайбу среднего тяжа. Каждый раскос прикреплен к накладкам болтами
диаметром d = 20 мм, работающими как двухсрезные нагели.
Болты рассчитываем на
разность усилий в смежных панелях нижнего пояса при нагружении фермы
односторонней временной нагрузкой по формуле (7.1) [4]:
, где .
Усилие, воспринимаемое
болтами, передается под углом к направлению волокон
древесины раскосов.
Расчетная несущая
способность нагеля на один срез:
, где по
табл. 2.2 [4]
Требуемое число нагелей:
Ставим в каждый раскос
по два болта для закрепления проектного положения. Раскосы присоединяем к накладкам
эксцентрично, так что в центре узла пересекаются не оси раскосов, а их верхние
кромки. Тогда расстояние от точки взаимного пересечения осей раскосов до центра
узла:
Изгибающий момент,
возникающий в накладках вследствие эксцентричного прикрепления раскосов, по
формуле (7.3) [4]:
Растягивающее усилие в
нижнем поясе при односторонней временной нагрузке по формуле (7.2) [4]:
Момент инерции сечения
накладок, ослабленного двумя отверстиями для нагелей:
Момент сопротивления
Напряжение в накладках
по формуле (1.12) [4]:
.
7. Расчет стоек
поперечной рамы
Сбор нагрузки на
стойку рамы.
На стойку рамы действуют
вертикальные и горизонтальные (ветровые) нагрузки. Вертикальная сжимающая сила
равна опорной реакции фермы . Так как высота до низа
стропильных конструкций ,
то ветровую нагрузку
считаем равномерно распределенной по всей высоте стойки согласно [2].
Рис. 7 а) сбор
нагрузок на поперечную раму; б) расчетная схема стойки.
Статический расчет
стойки рамы.
Расчетная схема стойки
рамы приведена на рисунке 7. За лишнюю неизвестную принимаем реакцию ригеля -
продольное усилие в
ригеле на уровне верха стойки, которое определяем по формуле
где ;
При расчете стойки, в
виду ее малого веса, нагрузку от собственного веса не учитываем.
Определяем изгибающий
момент в основании стойки:
Конструирование и
расчет стойки рамы.
Высоту сечения стойки
принимаем равной (два
бруса по 25 см и один - 10 см), а ширину - .
Проверяем прочность
стержня в плоскости изгиба.
Площадь сечения ,
момент сопротивления ,
радиус инерции относительно оси Х: , расчетная длина
стержня .
Определяем гибкость
стержня:
.
Определяем коэффициент по
формуле 1.14 [4]:
.
Определяем напряжения по
формуле 1.13 [4]:
Проверяем устойчивость
стержня в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба.
Радиус инерции
относительно оси Y: ,
расчетная длина стержня .
Определяем гибкость
стержня:
, следовательно,
увеличиваем ширину принятого сечения. Определяем требуемую ширину сечения
стойки:
, принимаем .
Определяем коэффициент
продольного изгиба по приложению 2 [4], принимая .
Напряжения по формуле
1.3 [4]:
Конструирование и
расчет закрепления стойки рамы в фундамент.
Прикрепление стоек
к фундаменту производится при помощи металлических анкеров (рис. 8). Усилия от
анкеров передаются на накладки и связи, соединяющие накладки со стойками. В
качестве связей используем нагели.
Расчётное усилие в
анкерных болтах определяем
при наиневыгоднейшем загружении - при максимальной ветровой нагрузке и
минимальной вертикальной нагрузке, которая уменьшает растягивающее усилие в
анкерах. Минимальная вертикальная нагрузка возникает при загружении рамы
каркаса вертикальной нагрузкой от собственного веса покрытия и несущей
конструкции без учета действия снеговой нагрузки:
,
По растягивающему усилию
определяем
диаметр анкерных болтов и число двухсрезных болтов, прикрепляющих накладки к
стенке.
Рис. 8 Конструкция
закрепления стойки в фундамент
Требуемое число
двухсрезных болтов диаметром d = 12 мм:
Конструктивно принимаем
8 шт.
Расставляем болты по два
в ряд, соблюдая нормы расстановки: , ,
.
8. Защита деревянных
конструкций от загнивания и при транспортировке, складировании и хранении
Конструктивные меры
должны обеспечивать предохранение древесины от непосредственного увлажнения
атмосферными осадками, грунтовыми и талыми водами, промерзания, капиллярного и
конденсационного увлажнения.
Деревянные конструкции
должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для
осмотра и возобновления защитной обработки. Опорные части несущих элементов
должны быть не только антисептированы, но и защищены тепло- и водоизоляционными
материалами.
В отапливаемых зданиях и
сооружениях несущие конструкции (балки, рамы, арки, фермы и др.) следует
располагать так, чтобы они целиком находились либо в пределах отапливаемого
помещения, либо вне него.
При эксплуатации несущих
конструкций в условиях, где возможно выпадение конденсата на металлических
поверхностях, следует принимать меры по предохранению древесины от увлажнения в
местах контакта с металлом. Для этой цели до постановки металлических деталей
на место поверхности, контактирующие с древесиной, рекомендуется промазывать
мастикой («Изол», «Вента», «Лило», Гиссар-1 (ТУ 21-27-89-90), тиоколовой и др.)
таким образом, чтобы при постановке на место детали плотно прилегали к
древесине, а мастика, выдавливаясь, хорошо заполняла зазоры между металлами,
древесиной, при постановке крепежных деталей (уголков, болтов, и т.п.) вместо
мастик можно использовать прокладки из рулонных гидроизоляционных материалов
(изола, стеклорубероида, гидроизола и др.), эластичные прокладки и
уплотнительные ленты.
Для защиты несущих и
ограждающих конструкций от увлажнения должны применяться лакокрасочные
материалы, тиоколовые мастики и составы на основе эпоксидных смол. а)
Лакокрасочные материалы
. Перхлорвиниловые эмали
представляют собой растворы перхлорвиниловой смолы в смеси летучих органических
растворителей с добавлением других смол, пластификаторов и пигментов.
Эмали: ХВ-110, ХВ-124,
ХВ-1100, ХВ-5159, лак - ХВ-784. Благодаря устойчивости к постоянному
воздействию атмосферных факторов покрытия ХВ-110, ХВ-124 и ХВ-1100
рекомендуются для защиты конструкций на открытом воздухе и под навесом.
. Пентафталевые эмали
(ПФ-115, ПВ-133, лак ПФ-170, ПФ-171) могут применяться для защиты деревянных
конструкций на открытом воздухе и под навесом, а также в помещении как
декоративно-отделочные и влагозащитные.
. Уретановые и
уретаново-алкидные (эмаль УР-49, лак УР-294, эмаль УРФ-1128 уретаново-алкидная)
- для защиты конструкций, эксплуатируемых как под навесом, так и на рткрытом
воздухе.
. Масляно-смоляные лаки
(ГФ-166, ПФ-283) - для защиты конструкций под навесом и на открытом воздухе.
II
Тиоколовые мастики (марок У-30, У032) - рекомендуются для защиты торцов
деревянных конструкций.
III.
Составы на основе эпоксидных смол применяются для защиты торцов несущих
деревянных конструкций (на основе смолы К-153 или 115, на основе шпатлевки
ЭН-0010).
Химическая защита
древесины необходима в тех случаях, когда её увлажнение в процессе эксплуатации
неизбежно или когда используемая древесина имеет влажность более 20% (но не
более 25%).
Химическая защита
заключается в пропитке их ядовитыми для грибов веществами - антисептиками. Они
разделяются на две группы: водорастворимые (неорганические) и маслянистые
(органические).
Водорастворимые:
Фтористый натрий, кремнефтористый натрий, а также КФ А, ТФБА, ББ-32, ХМБ-444,
МБ-1, ХМ-3324. Маслянистые: каменноугольные, сланцевые масла, древесный деготь
и т.д.
При проектировании
предпочтительнее выбирать конструкции прямоугольного массивного сечения,
поскольку они имеют относительно малую поверхность, смываемую воздухом.
При использовании ферм и
арок с металлическими нижними поясами и затяжками рекомендуется устраивать
подвесной потолок или экран из несгораемых или трудносгораемых материалов.
Плиты покрытий следует
опирать непосредственно на несущие конструкции без использования прогонов.
Ограждающие конструкции, особенно плиты покрытий, в пожарном отношении более
опасны, чем несущие конструкции, и требуют особого внимания к вопросам защиты
от возгорания. Для повышения огнестойкости ограждающих конструкций
рекомендуется использовать обшивки и утеплители из несгораемых или
трудносгораемых материалов, а сами плита с гладким потолком.
Для защиты конструкций
от возгорания рекомендуется применить пропиточные и окрасочные составы.
Для глубокой пропитки
древесины рекомендуются водорастворимые огнезащитные составы МС 1:1, МС 3:7,
ББ-11, МБ-1. Для поверхностной огнезащитной пропитки рекомендуются составы МС и
ПП. Обработанная указанными составами древесина относится к группе
трудновоспламеняемых материалов.
В качестве огнезащитных
покрытий для защиты древесины от возгорания рекомендуются покрытия на основе
перхлорвиниловой эмали ХВ-5169, фосфатное ОФП-9, вспучивающееся ВПД.
При транспортировке
конструкций рекомендуется укрывать их водонепроницаемой бумагой или
полиэтиленовой пленкой, можно применять и гидроизоляционные материалы (пакеты
конструкций). На плиты покрытий под рулонную кровлю рекомендуется прямо на
заводе-изготовителе наклеивать первый слой рулонного ковра.
Конструкции, как
несущие, так и ограждающие, рекомендуется хранить на базовых складах и закрытых
помещениях или под навесом, на перегрузочных и приобъектных складах под навесом
или на открытых площадках.
Список использованной
литературы
1. СНиП II-25-80 «Деревянные
конструкции».
2. СНиП 2.01.07-85
«Нагрузки и воздействия».
. Р.А. Галимшин
Учебное пособие «Примеры расчета и проектирования конструкций из дерева и
пластмасс», КГАСА, каф. Металлических конструкций и испытания сооружений,
Казань, 2002.
. В.Е. Шишкин
«Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс», Москва, Стройиздат, 1974.