Расчет и конструирование основных несущих деревянных конструкций промышленного здания

Расчет и конструирование основных несущих деревянных конструкций промышленного здания

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Расчет и конструирование основных несущих деревянных конструкций промышленного здания

Содержание

Реферат

Введение

. Проектирование и расчет ограждающих конструкций покрытия

. Исходные данные

3. Сбор нагрузок на настил

4. Проектирование и расчет многопролетного неразрезного дощато-гвоздевого прогона

. Расчет и конструирование металлодеревянной фермы

.1 Конструктивная схема фермы

.2 Сбор нагрузок

.3 Вычисление нагрузок

5.4 Конструктивный расчет фермы

. Расчет клеедеревянной стойки основного цеха

. Расчет подсобного помещения

.1 Расчет дощато-клееной балки

.2 Расчет внешней клеедеревянной стойки подсобного помещения

.3 Расчет внутренней клеедеревянной стойки подсобного помещения

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Реферат

ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, КЛЕЕДЕРЕВЯННАЯ БАЛКА, СЕГМЕНТНАЯ ФЕРМА, НАСТИЛ, ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗДАНИЕ, СТОЙКА, ДРЕВЕСИНА, СОРТ, РАСКОС, ПРОЛЕТ, ШАГ.

Объектом проектирования является промышленное здание, состоящее из двух помещений: основной цех и подсобное помещение.

Цель работы - расчет и конструирование основных несущих деревянных конструкций промышленного здания.

В процессе проектирования проводился анализ нормативной, учебной и справочной литературы.

В результате проведенной работы разработан учебный проект промышленного здания.

Степень внедрения - учебный проект внедрению не подлежит.

Область применения - разработанная проектная документация может быть использована при разработке дипломного проекта.

Эффективность - приобретение навыков по проектированию основных несущих деревянных конструкций промышленного здания.

Введение

Курсовой проект предусматривает проектирование основных конструкций одноэтажного промышленного здания из дерева, состоящего из двух помещений: основного цеха и подсобного помещения. Основной цех имеет пролет 36 м, длину 108 м, шаг несущих конструкций 6 м, высоту 10 м. Подсобное помещение - пролет 12 м, высоту 6 м, шаг конструкций - 6 м. Фундамент выполнен из тяжелого бетона класса В15. Район строительства по снеговой нагрузке - ΙΙ(г. Тула).

В данном проекте разрабатывается вариант проектирования кровли из двойного перекрестного настила, размерами 3х1.5 м. Проектирование основных несущих конструкций покрытия включает расчёт и конструирование сегментной фермы пролетом 36 м. Кроме того, в проекте выполнены расчет и конструирование деревянной стойки высотой 10 м. Осуществляется расчет конструкций подсобного помещения: клеедеревянной балки пролетом 12 м и стойки высотой 6 м.

В рамках курсового проекта изучаются вопросы расчета, проектирования и сооружения деревянных конструкций с целью обеспечения их требуемой надежности и долговечности при минимальных затратах материалов, труда и средств. Для того чтобы для проектируемого сечения найти наиболее целесообразное и обоснованное решение, необходимо комплексное рассмотрение вопросов поведения конструкции при нагрузке и способов производства работ по его возведению. В этой связи необходимо применять вариантное проектирование и на основе анализа различных вариантов принимать наиболее экономически целесообразное и конструктивно обоснованное решение.

Получение наиболее эффективного решения связано со значительным объемом расчетов, выполнение которых требует широкого применения ЭВМ. Особенно важно применение ЭВМ для проектирования сложных систем по второй группе предельных состояний (по деформациям) с учетом всех видов загружений, расчетных сочетаний усилий. Такая система может быть рассчитана с помощью ЭВМ, например, методом конечных элементов, позволяющим учитывать различные сочетания усилий в конструкциях.

1. Проектирование и расчет ограждающих конструкций покрытия

Здание производственного цеха представляет собой каркасную конструкцию, состоящую из сегментных металлодеревянных ферм, обеспечивающих жёсткость каркаса в поперечном направлении, настила двойного перекрестного, которые вместе с элементами кровли, ограждающих конструкций и связевых элементов обеспечивают жесткость в продольном направлении.

В качестве несущих элементов ограждающих покрытий принимаем двойной перекрёстный настил. Он состоит из двух слоев: нижнего - рабочего и верхнего - защитного. Рабочий настил представляет собой разрежённый или сплошной ряд более толстых досок и несёт на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16мм и шириной 100мм. Они укладываются на рабочий настил под углом 45°...60° и крепятся к нему гвоздями. Защитный настил образует необходимую сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50см и защищает кровельный ковёр от разрывов при короблении и растрескивании более толстых и широких досок рабочего настила. Двойной перекрёстный настил имеет значительную жёсткость в своей плоскости и служит надёжной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия.

. Исходные данные

Щиты настила длиной ℓ=3м опираются на прогоны, уложенные с шагом ℓ=1,5м. Сплошной косой защитный настил из досок сечением bxh=10x16 cм прибит под углом 45^о к рабочему настилу гвоздями. Уклон кровли cos α=0,995, α = 6°. Утеплитель - минераловатные плиты толщиной 10см на синтетическом связующем по ГОСТ 9573-82*. Плотность утеплителя - 1кН/м³. Кровля из рулонных материалов (рубероид) - трехслойная. Район строительства - г.Тула.

. Сбор нагрузок на настил

Нагрузки на панель приведены в таблице 1.

Компоновка рабочего сечения панели. Подсчёт нагрузок на 1 м²

Таблица 1

Расчетная ширина полосы рабочего настила В=1м. Расчетная схема щита настила - двухпролетная шарнирно-опертая неразрезная балка с горизонтальными проекциями пролетов ℓ=Lcosα=1,5х0,995=1,4925м.

Проверка несущей способности настила при 2-ом сочетании расчетных нагрузок от собственного веса q=g=0,536 кН/м и веса двух человек с грузами Р=1,2х2,2=2,4 кН, приложенного на расстоянии а=0,43хl=0,43х1,4925=0,642 м от крайней опоры. Максимальный изгибающий момент, возникающий в сечении под грузом:

Расчетное сопротивление изгибу с учетом кратковременного действия сосредоточенной силы R_и=R_b x m_н = 13 х 1,2 = 15,6 МПа.

Требуемый момент сопротивления:

Подбор сечения рабочего настила при первом сочетании расчетных нагрузок от собственного веса настила и снега, распределенного по всей длине щита: q=2,336 кН/м. Принимаем древесину второго сорта. Расчетное сопротивление ее изгибу R_и=13 МПа.

Расчетный изгибающий момент над средней опорой:

Принимаем доски сечением

Требуемая общая ширина досок на полосе 1 м:

Шаг расстановки досок:

Напряжение от изгиба сосредоточенной силой:

Проверка прогиба при первом сочетании нормативных нагрузок от собственного веса и веса снега:

q_н=g_н+s_н=0,465+1,28=1,745 кН/м = 0,001745 МН/м

Момент инерции

 = bh³/12 = 52х2,5³/12 = 67,71 см⁴ = 67,71х10^-8 м⁴

Модуль упругости древесины Е_др=10000 МПа.

Относительный прогиб древесины:

металлодеревянный ферма клеедеревянный многопролетный

Прогиб удовлетворяет требованиям СНиП II-25-80

4. Проектирование и расчет многопролетного неразрезного дощато-гвоздевого прогона

Прогон проектируем неразрезным с шагом их расстановки по скату кровли L=1,5м. Материал сосна 2 сорта с R_и=13 МПа.

Расчет прогона

где К_св- принимаем в пределах от 3 до 6.

Линейная равномерно распределенная нагрузка действующая на прогон:

нормативная: q^н = (g^н + s^н + g_св)хВ = (0,465+1,28+0,0429)х1,5 = 2,682 кН/м;

расчетная: q = (g+s+g_свх1,1)хВ = (0,536+1,8+0,0429х1,1)х1,5 = 3,575 кН/м;

нормативная q^н_х=q^н х cosa=2,682х0,995=2,669 кН/м;

расчетная q_x=q x cosa=3,575х0,995=3,557 кН/м.

Подбираем сечение по несущей способности. Изгибающий момент на средних опорах:

М = q l²/12 = 3,557х6²/12 = 10,671 кН*м = 0,01067 МН*м

Расчетное сопротивление древесины изгибу R_и=13 МПа.

Требуемый момент сопротивления сечения:

_тр = М/R_u = 0, 01067/13 = 820,85х10^-6 м³ = 820,85 см³

Принимаем две доски толщиной по 6 см.

Требуемая высота сечения -

Принимаем сечение из двух досок bxh = 12х21 см.

Проверяем напряжение изгиба. Момент сопротивления:

Напряжение

Крайние пролеты, где изгибающий момент больше, увеличивается третьей доской.

Проверяем максимальный относительный прогиб в крайних пролетах прогона. Нормальная нагрузка

q^н = 2,669 кН/м = 0,002699 МН/м. Модуль упругости древесины Е = 10⁴ МПа.

Сечение прогона в крайних пролетах b x h = 18 х 21 см.

Момент инерции

Относительный прогиб

Расчет гвоздевого стыка.

Расстояние от опор до гвоздей стыка - а = l/5-0,1 = 6/5-0,1 = 1,1 м, где 0,1 м шаг гвоздей.

Поперечная сила, действующая на гвозди -

Принимаем гвозди диаметром d = 0,45 см, длиной l = 13 см, работающие несимметрично при одном шве между досками n_ш=1. Несущая способность одного гвоздя при а=с=5 см по изгибу гвоздя:

По изгибу гвоздя:

По смятию древесины:

Требуемое число гвоздей -

Принимаем по 7 гвоздей в конце каждой доски.

5. Расчет и конструирование металлодеревянной фермы

.1 Конструктивная схема фермы

Принимаем сегментную металлодеревянную ферму с разрезным верхним поясом из цельнодеревянных элементов. Расчетный пролет фермы l=35,7м. Расчетная высота фермы:

===5,1м

Решетку фермы принимаем треугольную.

Рис. 4.1. Геометрическая схема фермы.

Радиус оси верхнего пояса

м,

Длина дуги верхнего пояса

,

где α- центральный угол;

sin =,

α=63,78˚.

Принимаем пояс, состоящий из n_в=6 равных панелей.

мм,

Длина хорды

d_в=2Rsin=2·33,79· sin6,26м,

Принимаем нижний пояс, состоящий из 5 панелей.

м,

Стрела выгиба верхнего пояса

=,

Длины раскосов определены графически.

D₁=D₈=3160мм,

D₂=D₇=6355мм,

D₃=D₆=5215мм,

D₄=D₅=6225мм.

5.2 Сбор нагрузок

Для определения расчетных усилий в элементах сегментных ферм рассматриваются следующие сочетания постоянных и временных нагрузок на горизонтальную проекцию: постоянную и временную по всему пролету и временную на половине пролета. Поскольку ветровая нагрузка разгружает ферму, то её в расчете не учитывают.

В расчете сегментных ферм рассматривают четыре варианта загружения снеговой нагрузкой: равномерно распределенной по всему пролету; равномерно распределенной по закону треугольника на каждой половине пролета; равномерно распределенной на одной половине пролета; равномерно распределенной по закону треугольника на одной половине пролета.

Сбор нагрузок на ферму выполнен в табличной форме.

Нагрузка от собственного веса покрытий и веса балок составляет :

нормативная: qн= 0,465+0,043=0,508 кН/м2;

расчетная: qр=0,536+0,043х1,1=0,583 кН/м2.

Собственный вес фермы:

Нормативную снеговую нагрузку на 1 м² горизонтальной проекции вычисляют по формуле:

,

=,

где S₀=1,28 для г.Тула,

 кН/м².

Таблица 2

Подсчет нагрузок на ферму

Рис. 5.2. Варианты загружения фермы снеговой нагрузкой.

5.3 Вычисление нагрузок

Полагаем, что все нагрузки приложены к узлам верхнего пояса фермы. Горизонтальную проекцию каждой панели рассматриваем как однопролетную балку с соответствующей схемой загружения.

Узловые постоянные нагрузки от собственного веса покрытия.

G₁=G₇=g()= 5,287()=14,85 кН,

G₂=G₆=g()= 5,287()=30,75 кН,

G₃=G₅=g()= 5,287()=32,35 кН,₄=g·a₃= 5,287·6,22=32,89 кН,_a=R_e===94,4 кН.

Узловые временные нагрузки от загружения снегом.

вариант - снеговая нагрузка равномерно распределена по всему пролету.

₁=P₇=P()= 9,408()=26,41 кН,

P₂=P₆=P()= 9,408()=54,71 кН,

P₃=P₅=P()= 9,408()=57,55 кН,₄=P·a₃= 9,408·6,22=58,52 кН,_a=R_e===167,93 кН.

вариант - снеговая нагрузка, распределенная по закону треугольника на каждой половине пролета .

_а=2S_gВ=2·1,8·6=21,6 кН/м,

P_е=S_gВ=1,8·6=10,8 кН/м,

₁ =14,81+·6,71·5,615= 54,14 кН,

P₂ =14,81+·6,71·5,615+7,5+·7,31·6,015=85,08 кН,

P₃ =7,5+·7,31·6,015+·7,5·6,22=45,44 кН,

P₄ =·7,5·6,22+·3,75·6,22 =11,66 кН,

P₅ = ·3,75·6,22+3,75·3,655·6,015=22,72 кН,

P₆ = 3,75·3,655·6,015+7,405·3,395·5,615=42,58 кН,

P₇= = 7,405·3,395·5,615=27,15 кН,

R_a==176,41 кН.

R_е==112,4 кН.

вариант - снеговая нагрузка, равномерно распределенная на половине пролета .

₁ =P()= 9,408()=26,41 кН,

P₂= P()= 9,408()=54,71 кН,

P₃ =P()= 9,408()=57,55 кН,

P₄=() =9,408() =29,26 кН,

P₇= P₅= P₆=0.

_a==125,95 кН.

R_е==41,98 кН.

вариант - снеговая нагрузка, распределенная на половине пролета по закону треугольника.

P₁ =14,81+·6,71·5,615=54,14 кН,

P₂ =14,81+·6,71·5,615+7,5·7,31·6,015=85,08 кН,

P₃ =7,5+·7,31·6,015+·7,5·6,22=45,44 кН,

P₄ =·7,5·6,22=7,78 кН,

₇= P₅= P₆=0.

R_a==160,37 кН.

R_е==32,07 кН.

Полученные узловые нагрузки используем для определения усилий в элементах фермы. Усилия в элементах фермы определяем методом конечных элементов при помощи ПК ЛиРа. Результаты расчета сводим в таблицу (см. приложение).

5.4 Конструктивный расчет фермы

Подбор сечения панелей верхнего пояса

Изгибающий момент в панелях разрезного верхнего пояса сегментной фермы вычисляем по формуле:

где:  - балочный момент, вычисленный для панели как для свободно лежащей на двух опорах балки пролетом, равным проекции панели на горизонталь;

 - продольная сила в панели;

 - стрела подъема панели.

Вычисляем изгибающие моменты в опорных панелях верхнего пояса при различных сочетаниях постоянной и временной нагрузок.

Панель АБ, 1-й вариант снеговой нагрузки:

.

Панель АБ, 2-й вариант снеговой нагрузки:

.

Панель ЕЖ, 3-й вариант снеговой нагрузки:

.

Панель ЕЖ, 4-й вариант снеговой нагрузки:

.

В качестве расчетной принимаем панель АБ при загружении фермы равномерно распределенной по всему пролету постоянной нагрузкой и 2-м варианте снеговой нагрузки:

Принимаем клееные блоки верхнего пояса из древесины 2-го сорта, состоящим из 9 досок, сечением 225х44 мм, после острожки и фрезерования 220х40 мм. Принятое сечение имеет следующие геометрические характеристики:

b=22,0 см; h=4,09=36,0 см; F=bh=22,0  36,0=792 см²;

r=0,289h=0,289  36,0=10,404 см.

Проверку прочности производим по формуле:

Расчетная длина панели верхнего пояса l_р=6,265 м;

Поскольку эпюры моментов по очертанию близки к параболе, то

Проверяем напряжение в панели:

Прочность сечения обеспечена.

Расчет на устойчивость плоской формы деформирования сжато-изгибаемого верхнего пояса фермы производим исходя из предположения, что связи раскрепляют панели фермы по концам в узлах и в их средней части.

где:

Проверку устойчивости выполняем по формуле:

где:

Устойчивость плоской формы деформирования панелей верхнего пояса фермы обеспечена.

Рис. 5.3. Сечение верхнего пояса.

Подбор сечения элементов нижнего пояса

Размер панелей нижнего пояса =7,14 м, U₃=459,064 кН.

Принимаем сечение нижнего пояса из двух равнополочных уголков сечением 110х7 мм, выполненных из стали ВСт3пс6, R=230 МПа. Для уголка:

Уголки соединяют при помощи металлических вкладышей толщиной 10 мм, приваренных между уголками через расстояние не более

Принимаем интервал

Геометрические характеристики сечения нижнего пояса из двух уголков:

Нагрузка от собственного веса двух уголков

Изгибающий момент от собственного веса двух уголков

Проверяем напряжения в нижнем поясе

Прочность обеспечена.

Проверяем гибкость

Проверяем прочность уголков в промежуточных узлах нижнего пояса, где они ослаблены отверстиями под болты d=18 мм, диаметр отверстий 19 мм:

Рис. 5.4. Сечение нижнего пояса.

Расчет раскосов

Принимаем раскосы изготовленными из клееных пакетов, состоящих из трех досок размером 225х40 мм, после острожки и фрезерования 220х33 мм. Размеры сечения раскосов:

b=22,0 см; h=3,33=9,9 см; F=bh=22,0  9,9=217,8 см²;

Раскос D₂ работает на растяжение, расчетное усилие

D₇=49,-3,116=46,153 кН.

Гибкость

Сжимающие напряжения в раскосе

Прочность обеспечена.

Раскосы D₃ и D₆ работают на сжатие, расчетное усилие

D₃=-43,865+0,471=-43,394 кН.

Гибкость

Сжимающие напряжения в раскосе

Прочность обеспечена.

Раскосы D₄ и D₅ работают на растяжение в ослабленном месте, расчетное усилие D₅=46,125-0,495=45,63 кН,  Сечение ослаблено двумя болтами, тогда

Растягивающие напряжения в ослабленном сечении

Прочность обеспечена.

Рис. 5.5. Сечение раскоса.

Расчет крепления стальных пластинок-наконечников к раскосам.

Принимаем пластинки-наконечники, выполненные из полосовой стали ВСт3пс6 толщиной 10 мм и шириной 80 мм, R = 230 МПа. Пластинку к раскосам крепим при помощи двух болтов, диаметром 20 мм, и двух гвоздей, диаметром 5 мм. Несущая способность одного условного среза болта

из условия смятия древесины

из условия изгиба болта

Проверяем прочность

Проверяем прочность пластинок-наконечников на растяжение в местах ослабления сечения болтами и гвоздями:

Прочность обеспечена.

Проверяем прочность на продольный изгиб пластинок-наконечников, прикрепленных к раскосу , так как в нем возникают максимальные сжимающие усилия. Расчетное усилие кН. Расчетная длина наконечника см. Расчетная площадь пластинки  см².

Гибкость

Коэффициент продольного изгиба  Тогда напряжение в наконечнике

Прочность обеспечена.

Расчет опорного узла

В опорном узле верхний пояс упирается в упорную плиту с ребрами жесткости, приваренную к вертикальным фасонкам башмака. Снизу фасонки приварены к опорной плите. Толщину фасонок принимаем 1 см. Принимаем размеры площади контакта торца верхнего пояса с упорной плитой 22х30 см.

Проверяем торец верхнего пояса на смятие от сжимающего усилия в крайней панели O₁=-499,677 кН

Проверяем местную прочность на изгиб упорной плиты. Рассмотрим среднюю часть упорной плиты как прямоугольную плиту. Свободно опертую по четырем сторонам, которым являются вертикальные фасонки башмака и ребра жесткости упорной плиты. Вертикальные фасонки толщиной по 10 мм располагаем на расстоянии 220 мм в свету для того, чтобы между ними могли разместиться брусья нижнего пояса шириной 220 мм.

a = 22+1=23 см; b = 22+1=23 см.

При .Изгибающий момент в плите

Крайние части упорной плиты рассматриваем как консоль. Расчет производим для полосы шириной 1 см, вылет консоли составляет 35 мм. Изгибающий момент

Толщину плиты подбираем по максимальному моменту

Принимаем  Проверяем напряжения в плите

Прочность обеспечена.

Рис. 5.6. К расчету упорной плиты.

Проверяем общую прочность упорной плиты на изгиб. Расчет ведем приближенно как для балок таврового сечения с пролетом, равным расстоянию между осями вертикальных фасонок l = 22+1=23 см. Нагрузка на рассматриваемую полосу плиты

Интенсивность нагрузки под торцом элемента верхнего пояса шириной 13,6см

Изгибающий момент в балке таврового сечения

Момент сопротивления заштрихованного сечения

Прочность обеспечена.

Рассчитываем опорную плиту. Полагаем, что опорная плита опирается на мауэрлатный брус,  Принимаем предварительно размеры опорной плиты 22х47,5 см. Опорная реакция

Напряжение смятия под опорной плитой

Прочность обеспечена.

Рис. 5.7. Опорный узел.

Расчет промежуточных узлов верхнего пояса.

В узлах верхнего пояса ставим сварные вкладыши, предназначенные для передачи усилий и крепления раскосов. Площадь поверхностей плит вкладыша, соприкасающихся с торцами блоков верхнего пояса

Толщина плит вкладыша

Проверяем торцы блоков верхнего пояса на сжатие и смятие от продольного усилия в крайней панели

Прочность обеспечена.

Проверяем прочность плиты вкладыша на изгиб. Рассматриваем полосу плиты вкладыша шириной 1 см как двухпролетную балку с ,

Прочность обеспечена.

Рассчитываем узловой болт на изгиб от равнодействующей усилий в раскосах, которую определяем по теореме косинусов. При действии на ферму снеговой нагрузки, распределенной по закону треугольника на половине пролета ,

Изгибающий момент в узловом болте

Принимаем узловой болт диаметром 30 мм:

Прочность обеспечена.

Проверяем прочность на растяжение стальных пластин-наконечников, ослабленных отверстием под узловой болт

Рис. 5.8. Промежуточный узел верхнего пояса.

Рис. 5.8. Промежуточный узел верхнего пояса.

Расчет промежуточных узлов нижнего пояса.

Изгибающий момент в болте

Принимаем узловой болт диаметром 32 мм:

Прочность обеспечена.

Рис. 5.9. Промежуточный узел нижнего пояса.

6. Расчет клеедеревянной стойки постоянного сечения основного цеха

Рис. 6.1. Расчетная схема клеедеревянной стойки.

Рис. 6.2. Поперечное сечение клеедеревянной стойки.

Подберем и проверим сечение клеедеревянной стойки постоянного сечения из древесины второго сорта, также рассчитаем ее жесткое крепление к фундамету.

Стойка имеет высоту L=10,0м. Принимаем гибкость стойки в направлении действия ветровых нагрузок λ=80<120. Стойка с жестким креплением к опоре и свободным верхним концом имеет расчетную длину L_p=2,2·L=2,2·10,0=22,0 м. Требуемая высота опорного сечения h_тр=L_p/(0,29·λ)=22,0/0,29·80=0,95 м.

Принимаются доски для склеивания сечением после фрезерования bхδ=240х43 мм, сечение опорного торца bxh=24х64,5 см. В середине торца делается треугольный вырез а=30,1см. Сечение крайних площадей опирающихся на фундамент, bхh₁=24 х15,05 см.

На стойку действуют следующие нагрузки: от веса покрытия, фермы, панелей и снеговой нагрузки.

От веса фермы и снега N=14,695·35,7/2=262,31кН;

от веса стойки G_ст=V_ст·ρ_ст=1,548·5=7,74 кН,

где V_ст- объем стойки;

от веса стеновых панелей: G_пн⁼g_ст·L·S=0,35·10·6=21,0 кН,

где g_ст- вес 1м² стеновых панелей

=N+G_ст+G_пн=262,31+7,74+21,0=291,1 кН;

горизонтальные равномерные нагрузки от давления или отсоса ветра w₊ и w_- w_н=0,23 кН/м² для г. Тула(1 район) Н/2L=10/2·18=0,28<0,5, следовательно

₊=γ_н · w · k · c ·γ_n· b= 1,2·0,23·0,75·0,8·0,95·6=0,95 кН/м

_-=0,95·0,5/0,8=0,6 кН/м

Проверка напряжения в опорном сечении стойки при сжатии с изгибом.

Изгибающий момент:

М=w_-·L²/2+H·L+ G_пн ·е =0,6·10²/2+0,054·10+ 21,0 ·0,495=4,64 кН·м,

где Н=3/16(w₊-w_-)L=3/16(0,95-0,6)· 10=0,054

Площади полного А и ослабленного А₁ сечения, момент инерции I, момент сопротивления W, радиус инерции i и гибкость λ: A=bxh=0,24·0,645=0,1548 м²

₁=bxh₁х2=0,24·0,15·2=0,072м²=b(h³-a³)/12=0,24· (0,645³-0,301³)/12=0,0048 м⁴=2I/h=2·0,0048/0,645=0,015 м³=0,29·h=0,29·0,645=0,187 м

λ=L_p/i=22,0/0,187=118

Коэффициенты устойчивости φ и влияния деформаций изгиба ξ:

φ=3000/λ²=3000/118²=0,215

ξ=1-Nλ²/(3000R_cА)=1-0,2911·118²/3000·15,56·0,1548=0,561

Изгибающий момент с учетом деформаций

М_д=М/ξ=0,00464/0,561=0,0083 МН·м

Напряжение сжатия

σ=N/А₁+М_д/W=0,2911/0,072+0,00464/0,015=4,4<R_c

Проверка устойчивости плоской формы деформирования стойки не требуется, поскольку при закреплении ее вертикальными связями через каждые 2 м она обеспечена и опускается. Проверка опорного сечения стойки на скалывание тоже не требуется ввиду небольшой поперечной силы.

Расчет жесткого крепления к фундаменту. Расстояние между осями площадей L₁=50 см =0,5м. Максимальная растягивающая сила:

=M_д/L₁-N/2=0,0083/0,5-0,2911/2=-0,129 МН=-129 кН.

Следовательно, растягивающие усилия в креплении отсутствуют, а сечение крепящих болтов подбираются конструктивно. Принимаются для крепления столиков к стойке болты диаметром d=1,8 см. Для анкеровки принято 2 тяжа d=24 мм.

Рис. 6.3. - - Конструкция узла опирания стойки основного цеха

7. Расчет подсобного помещения

.1 Расчет дощато-клееной балки

В качестве балки перекрытия принимаем дощато-клееную односкатную балку прямоугольного сечения пролетом L=12 м, имеющую уклон i=1:10, cosα=0,995. Продольная неизменяемость покрытия обеспечивается прикреплением панелей к балкам и постановкой горизонтальных связей в торцах здания и по его длине.

Собственный вес прогона определен из выражения:

^н_св=(q_н+s_н)/(1000/(k_св·I)-1)=(0,508+1,28)/(1000/(5·11,7)-1)=0,111 кН/м²;

Нагрузки на 1м длины балки приведены в таблице 3.

Таблица 3

Нормативная нагрузка действующая на балку:

_н=(g_н)cosα =(11,21)·0,995=11,15 кН/м

Расчетная нагрузка действующая на балку:

=(g)cosα =(14,78)·0,995=14,71 кН/м

Подбираем опорное сечение из условия прочности на скалывание. Поперечная сила

=qI/2=14,71·11,7/2=86,05 кН

Требуемая высота сечения над опорой:

_{0 тр}=3Q/2bR_ск=3·86,05/2·23,6·0,15=36,46 см, где b=23,6 см - ширина доски;

_ск=0,15 кН/см² - расчетное сопротивление древесины скалыванию;

Рис. 7.1. Расчетная схема дощато-клееной балки и эпюры М, Q.

Проведем проверку прочности подобранного сечения по нормальным напряжениям:

σ=М/W=25171/6293,3=4,0 кН/см²>R_um_бm_ск=1,5·0,95·1= 1,425 кН/см².

М=ql²/8=14,71·11,7²/8=251,71 кН·м=25171 кН·см.

W= bh²/6=23,6·40²/6=6293,3 см³

_u= 15 МПа=1,5 кН/см² - расчетное сопротивление изгибу клееной древесины.

Так как расчетные сечения больше допустимых, то надо увеличить высоту сечения балки.

σ=М/W=М/(bh²/6)=6M/bh²≤ R_um_бm_ск, откуда

Принимаем 16 досок, тогда h_б=17·4,3=73,1 см

σ=25171·6/(23,6·73,1²)=1,2 кН/см²<R_um_бm_ск= 1,425 кН/см².

Проверяем прогиб балки от нормативных нагрузок:

q_н=11,15 кН/м=1115 кН/см

Момент инерции сечения балки:

=b·h³/12=23,6·73,1³/12=0,00768 см⁴

Модуль упругости древесины Е_д=10⁴ МПа=1000 кН/см

Относительный прогиб балки:

Балка опирается на стойку посредством вкладыша. Горизонтальные перемещения балки отсутствуют, благодаря двум скобам на каждой опоре, которые тоже обеспечивают реализацию расчетной схемы балки рис.7.1.

Рис. 7.2. - Конструкция балки подсобного помещения

Рис. 7.3. - Поперечное сечение балки подсобного помещения

.2 Расчет внешней клеедеревянной стойки подсобного помещения

Рис. 7.4. - Расчетная схема внешней стойки подсобного помещения

Подберем и проверим сечение клеедеревянной стойки постоянного сечения из древесины второго сорта, также рассчитаем ее жесткое крепление к фундаменту.

Стойка имеет высоту L=4,8м. Принимаем гибкость стойки в направлении действия ветровых нагрузок λ=90<120. Стойка с жестким креплением к опоре и свободным верхним концом имеет расчетную длину L_p=2,2·L=2,2·4,8=10,56м. Требуемая высота опорного сечения h_тр=L_p/(0,29·λ)=10,56/0,29·90=0,405м.

Принимаются доски для склеивания сечением после фрезерования bхδ=236х33 мм, сечение опорного торца bxh=23,6х42,9см. В середине торца делается треугольный вырез а=18см. Сечение крайних площадей опирающихся на фундамент, bхh₁=23,6х12,45см.

На стойку действуют следующие нагрузки: от веса покрытия, балки и снеговой нагрузки Q=14,78·12/2=88,68 кН;

от веса стойки

G_ст=V_ст·ρ_ст=0,486·5=2,43кН, где V_ст=L·b·h=4,8·0,236·0,429=0,486 м³- объем стойки;

_ст- объем стойки;

от веса стеновых панелей:

_пн⁼g_ст·L·S=0,35·6·6=12,6 кН, где g_ст- вес 1м² стеновых панелей

N=Q+G_ст+G_пн=88,68+2,43+12,6=103,71кН;

горизонтальные равномерные нагрузки от давления или отсоса ветра w₊ и w_- w_н=0,23 кН/м² для г. Тула(1 район) Н/2L=4,8/2·12=0,2<0,5, следовательно

₊=γ_н · w · k · c ·γ_n· b= 1,2·0,23·0,75·0,8·0,95·6=0,95 кН/м

_-=0,95·0,5/0,8=0,6 кН/м

Проверка напряжения в опорном сечении стойки при сжатии с изгибом.

Изгибающий момент:

М=w_-·L²/2+H·L+G_пн∙е=0,6·4,8²/2+0,112∙4,8+12,6∙0,315=2,12 кН·м,

где Н=3/16(w₊-w_-)L=3/16(0,95-0,6)·4,8=0,112

Площади полного А и ослабленного А₁ сечения, момент инерции I, момент сопротивления W, радиус инерции i и гибкость λ: A=bxh=0,236·0,429=0,10124м²

₁=bxh₁х2=0,236·0,1245·2=0,0588м²=b(h³-a³)/12=0,236· (0,429³-0,18³)/12=0,00144 м⁴=2I/h=2·0,00144/0,429=0,00671м³=0,29·h=0,29·0,429=0,1244м

λ=L_p/i=10,56/0,1244=84,9

Коэффициенты устойчивости φ и влияния деформаций изгиба ξ:

ξ=1-Nλ²/(3000R_cА)=1-0,10371·84,9²/3000·18·0,10124=0,863

Изгибающий момент с учетом деформаций

М_д=М/ξ=0,00212/0,863=0,0022 МН·м

Напряжение сжатия

σ=N/А₁+М_д/W=0,1037/0,0588+0,0022/0,00671=2,1<R_c

Проверка устойчивости плоской формы деформирования стойки не требуется, поскольку при закреплении ее вертикальными связями через каждые 2 м она обеспечена и опускается. Проверка опорного сечения стойки на скалывание тоже не требуется ввиду небольшой поперечной силы.

Расчет жесткого крепления к фундаменту. Расстояние между осями площадей L₁=30,45см =0,3045м. Максимальная растягивающая сила:

=M_д/L₁-N/2=0,0022/0,3045-0,1037/2=-0,045 МН=-45,0 кН.

Следовательно растягивающие усилия в креплении отсутствуют, а сечение крепящих болтов подбираются конструктивно. Принимаются для крепления столиков к стойке болты диаметром d=1,2 см. Для анкеровки принято 2 тяжа d=2 см.

7.3 Расчет внутренней клеедеревянной стойки подсобного помещения

Стойка имеет высоту L=6,0м. Принимается гибкость стойки в направлении действия ветровых нагрузок λ=80<120. Стойка с жестким креплением к опоре и свободным верхним концом имеет расчетную длину L_p=2,2·6,0=13,2м. Требуемая высота опорного сечения:

_тр=L_p/(0,29·λ)=13,2/0,29·80=0,568м

Принимаются доски для склеивания сечением после фрезерования bхδ=236х33мм, сечение опорного торца bxh=23,6х42,9см. В середине торца делается треугольный вырез длиной а=18 см. Сечение крайних площадей опирающихся на фундамент, bхh₁=23,6х12,45см. Расстояние между их осями

₁=h-h₁=42,9-12,45=30,45см.

На стойку действуют следующие нагрузки: от веса покрытия, балки и снеговой нагрузки Q=14,78·12/2=88,68 кН;

от веса стойки G_ст=V_ст·ρ_ст=0,607·5=3,04кН,

_ст=L·b·h=6,0·0,236·0,429=0,607 м³- объем стойки;

где V_ст- объем стойки;

=Q+G_ст=88,68+3,04=91,72 кН;

Проверка напряжения в опорном сечении стойки при сжатии.

Гибкость стойки: λ=L_p/i=13,2/0,1245=106

Коэффициент устойчивости φ=3000/λ²=3000/106²=0,267

Напряжение сжатия σ=N/A₁φ=0,092/0,0588·0,267=6,0<R_c

Условие выполнено, прочность обеспечена.

При данном виде загружения стойки растягивающих усилий нет, поэтому крепление стойки к фундаменту осуществляется аналогично креплению внешней стойки. Схема крепления колонн к фундаменту представлена на рис. 7.3.

Рис. 7.3- Схема крепления колонн к фундаменту

Заключение

В данном курсовом проекте разработан конструктивный вариант промышленного здания из дерева, включающего основной цех и подсобное помещение.

Задачей инженера, проектирующего деревянные конструкции, является нахождение оптимального решения при помощи вариантного проектирования и оптимизационных методов расчета. В настоящее время выбор наиболее оптимального конструктивного решения осуществляется, как правило, путем технико - экономического сравнения вариантов устройства по следующим показателям:

экономической эффективности;

материалоемкости;

необходимости выполнения работ в сжатые сроки;

возможности выполнения работ в зимнее время;

трудоемкости выполнения работ и т.п.

Задачей проектирования является выбор наиболее эффективного решения, которое может быть определено только при правильной оценке условий строительной площадки, работы конструкций здания совместно с основанием, климатических условий, данных о материалах.

Все конструкции рассчитаны по первой группе предельных состояний (по прочности). Клеефанерная панель и балка подсобного помещения рассчитана по двум группам предельных состояний (по прочности и прогибу).

В заключении, в приложениях к пояснительной записке представлены результаты расчета фермы с применением ПК ЛИРА 9.4.

Список использованных источников

1 СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1990. - 95 с.

СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника / Госстрой России. - М.: Стройиздат, 2008 г. - 49 с.

СП 20.13330.2011. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция / Минрегион России. - М.: ОАО «ЦПП», 2011. - 81 с.

Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для
студ. вузов / Г.Н.Зубарев, Ф.А. Бойтемиров, В.М. Головина и др.; Под ред. Ю.Н.Хромца. - 3-е изд., перераб. и
доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 304 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Геометрические размеры фермы

Номера узлов и элементов

Загружение 1 (от собственного веса фермы)

Загружение 2 (Снеговая нагрузка равномерно распределена по всему пролету)

Загружение 3 (Снеговая нагрузка распределенная по закону треугольника на каждой половине пролета)

Загружение 4 (Снеговая нагрузка равномерно распределена на половине пролета)

Загружение 5 (Снеговая нагрузка распределенная на половине пролета по закону треугольника)