Проектирование конструкции кровли

РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ

Белорусский Государственный Университет Транспорта

Кафедра «Строительные конструкции, основания и фундаменты»

Курсовой проект

по дисциплине: «Конструкции из дерева и пластмасс»

Выполнил:

студент группы ЗП-VI

Ряжченко П.А.

Содержание

Исходные данные

1.   Технико-экономическое обоснование выбранной конструкции сооружения

1.1 Расчет элементов теплой рулонной кровли построечного изготовления

1.2    Проектирование утепленной клеефанерной панели покрытия под рулонную кровлю

.3      Сравнение двух вариантов

2.   Расчет клеефанерной коробчатой балки постоянного сечения

3.      Статический расчет поперечной рамы

3.1 Определение расчетной схемы рамы и предварительное назначение размеров ее сечений и геометрических параметров оси рамы

3.2    Вычисление нормативных расчетных нагрузок

.3      Определение усилий от расчетных нагрузок

.4      Определение расчетных усилий

4.   Конструктивный расчет стоек

4.1 Расчет крайней стойки

4.2    Расчет средней стойки

.3      Расчет центральной стойки

5.   Расчет опорных узлов

5.1 Расчет опорного узла крайней стойки

5.2    Расчет опорного узла средней стойки

.3      Расчет опорного узла центральной стойки

Литература

Исходные данные

Исходные данные для проектирования:

пролет - 21 м

высота рамы до карнизного узла - 4

пролетная конструкция - клеефанерная балка (КБ)

материал кровли - рубероид

шаг рам - 3 м

порода древесины - кедр

длина здания - 66 м

расчетная температура воздуха в помещении - 16⁰С

относительная влажность воздуха - 85

район строительства - Уфа IV

1. 
Технико-экономическое обоснование выбранной конструкции сооружения

Рис. 1 Конструкция кровли

1.1  Расчет элементов теплой рулонной кровли построечного изготовления

Шаг несущих конструкций - 6 м

Трехслойный гидроизоляционный ковер из стеклорубероида.

Определим толщину утеплителя по формуле:

,

l_ут=0,064 Вт/м²

l_н=12 Вт/м²

l_в=8,7 Вт/м²

d_ут=0,064(3-1/8,7-1/12)=0,179 м

Принимаем d_ут=180 мм

По весу снегового покрова г. относится к …-му снеговому району, для которого S₀=1,5 кПа. Для косого настила cos a=1, m=1 и

S_н=S₀×m=1,5 кПа

Примем ориентировочно массу кровли и верхнего настила g_н=0,18 кПа.

Поверхностные нагрузки:

нормативная: q_н= g_н+ S_н=0,18+1,5=1,68 кПа

расчетная: q= g_нg_f+ S_нg_f=0,18×1,1+1,5×1,6=2,598 кПа

Расчетное сопротивление древесины на изгиб f_m,d=13 Мпа

Из условия прочности на 1-е загружение:

Из условия прочности на 2-е загружение:

Из условия жесткости при 1-м загружении:

Принимаем толщину доски 19 мм - стандарт.

Проверочные расчеты верхнего настила

Изгибающий момент при 1-м загружении:

M^’=(g+S)1l²/8=0.367 кН×м

где уточненная постоянная нагрузка:

g=0,12×1,3+0,019×5×1,1=0,26 кПа

Момент сопротивления и момент инерции верхнего настила:

 см³

 см⁴

Напряжения изгиба при 1-м загружении:

Изгибающий момент во втором загружении:

Напряжения изгиба при 2-м загружении:

Проверка жесткости:

Эскизный расчет нижнего настила

Пролет:

Нагрузки:

Требуемая толщина:

Требуемая толщина при 2-м загружении и из условия жесткости:

Принимаем стандартные доски с толщиной 32 мм, что с учетом острожки даст 27 мм.

Поверочные расчеты нижнего настила

Рассмотрим отдельную доску нижнего настила 175´27 мм, для которой

 см³

Проверка жесткости:

где I=175×2.7³/12=287 см⁴

Сбор нагрузок на прогон

Табл. 1 - Нагрузки на прогон

Погонные нагрузки на прогон:

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

где f_m,d=13 Мпа

Задавшись соотношением сторон n=h/b=2, получим:

Принимаем брус со стандартными размерами 125´200, с учетом острожки с 3-х сторон получаем 115´195 (h).

Поверочные расчеты разрезного прогона

Геометрические характеристики:

 см³

 см⁴

Распределенная нагрузка от массы прогона:

Полные нагрузки на прогон составят:

Изгибающий момент при 1-м загружении

и напряжения:

Изгибающий момент во 2-м загружении:

Следовательно проверку на 2-е загружение можно не делать.

Проверка жесткости прогона:

Жесткость прогона обеспечена.

Приведенный расход древесины:

1.2    Проектирование утепленной клеефанерной панели покрытия под рулонную кровлю

Номинальные размеры в плане - 1,5´3 м; из водостойкой фанеры марки ФБС; ребра из досок (кедр); район строительства г. Уфа (S₀=1.5кПа).

Эскизный расчет панели

Примем ориентировочно массу панели с утеплителем 60 кг/м³=0,6 кПа.

Нагрузки на 1 м панели:

–       нормативная: ;

–       расчетная:

Расчетный пролет: L=B-L_оп=300-6=294см

Расчетный изгибающий момент:

Примем толщину верхней обшивки , а нижней

Предельное расстояние в свету между ребрами:

Требуемое число ребер шириной 40 мм

Принимаем 3 ребра.

Определим ориентировочную высоту ребер:

где а=66,6см.

Следовательно

Требуемая высота ребер (a=0,7):

Из условия прочности нижней обшивки

Из условия требуемой жесткости:

Окончательно принимаем высоту ребра:

с учетом острожки кромок с 2-х сторон по 5 мм.

Воздушный продух над утеплителем составит: 165-120=45 мм.

Поверочные расчеты клеефанерной панели

Табл. 2 - Нагрузки на панель

Расчетные усилия в панели:

где

Геометрические характеристики приведенного сечения панели.

Коэффициент приведения для древесины:

Высота панели  , что составляет: 18,1/594=1/23 пролета

Приведенная площадь сечения:

Приведенный статический момент сечения относительно нижней его грани:

Координаты нейтральной оси приведенного сечения:

Приведенный момент инерции:

Рис. 2 Расчетное сечение

Приведенные моменты сопротивления:

Проверка прочности верхней обшивки на местный изгиб:

Проверка устойчивости сжатой обшивки:

Проверка прочности на скалывание по клеевому шву:

где

Проверка жесткости:

Приведенный расход древесины:

где S_ф: для ФСФ S_ф=3…4

для ФБС S_ф=5…6

1.3    Сравнение 2-х вариантов

Принимаем клеефанерную панель покрытия заводского изготовления.

кровля клеефанерный рама

2.     
Расчет клеефанерной коробчатой балки постоянного сечения

Снеговая нагрузка S_n=1,2 кПа

Нагрузка от собственного веса балки:

Погонные полные нагрузки на балку:

–       нормативная

–       расчетная

Принимаем высоту поперечного сечения балки h_ср=1.5м, h_оп=0,6м толщину фанерной стенки d=1,6см, высоту верхнего и нижнего поясов h_n=21,0см.

Наибольший изгибающий момент и поперечная сила в расчетном сечении:

Момент сопротивления балки, приведенный к древесине:

E_ф - по табл. 6.12[1]

k_mod - по табл. 6.4[1]

f_pt,o,d - по табл. 6.11[1]

Требуемый момент инерции деревянных поясов:

Требуемая ширина поясов:

Принимаем толщиной 250мм.

Геометрические характеристики принятого сечения, приведенного к древесине:

Гибкость сжатого пояса:

тогда

Проверка нормальных напряжений в сжатом и растянутом поясах:

<

<

Проверка фанерной стенки по нормальным напряжениям:

<

Для проверки прочности по главным напряжениям вычислим геометрические характеристики расчетного сечения, приведенные к фанере:

Касательные и главные растягивающие напряжения в стенке в опорном сечении:

<

Проверка прочности клеевого соединения стенки с поясом на сдвиг:

<

Проверка жесткости клеефанерной балки:

Принимаем расстояние между поперечными ребрами а=1,5м, тогда а/h_w=2,1; k_i=23Мпа; k_t=6МПа.

Проверка местной устойчивости фанерной стенки:

3.     
Статический расчет поперечной рамы

3.1 Определение расчетной схемы рамы и предварительное назначение размеров ее сечений и геометрических параметров оси рамы

Рис. 3

Принимаем сечение колонн:

–       крайние 0,16´0,32; I_x=4,4×10^-4 м⁴

–       средние 0,24´0,48; I_xcp=22×10^-4 м⁴

.2 Вычисление нормативных и расчетных нагрузок

.3 Определение усилий от расчетных нагрузок

от постоянных нагрузок;- от снеговой нагрузки;

Рис. 4

Эпюра МЭпюра N

Рис. 5

- от ветровой нагрузки;

Рис. 6

Эпюра М

.4 Определение расчетных усилий для характерных сечений рамы при невыгодном сочетании нагрузок

Таблица 3

N_усл=N+6М/h_k

Для крайней стойки:

N₁=224,49 кН

N₂=74,49 кН

N₃=247,30 кН - max

Для средней стойки:

N₁=275,62 кН

N₂=150,37 кН

N₃=338,67 кН - max

4.     
Конструктивный расчет стоек

4.1 Расчет крайней стойки

Для стоек принимаем доски из кедр II сорта, толщиной 44 мм.

Сечение стойки b×h=160×320 мм

Найдем все расчетные значения:

Условие прочности выполнено.

Проверим устойчивость из плоскости изгиба:

где

,3<1

.2 Расчет средней стойки

Сечение стойки b×h=240×480 мм

Найдем все расчетные значения:

Условие прочности выполнено.

Проверим устойчивость из плоскости изгиба:

где

,6<1

Условие выполнено.

5.     
Расчет опорных узлов

5.1 Расчет опорного узла крайней стойки

Выберем тип сопряжения:

Принимаем штепсельное сопряжение.

Сечение колонны 160×320 мм

A=0.0575 м²W=0.0031м³λ_x=81.79k_cx=0.21

Длина сжатой зоны:

Усилия в анкерных болтах:

Принимаем 4 стержня.

D_max=b/7=0,08м

Примем: диаметр стержней 18 мм;

диаметр отверстий 20 мм.

Расчет вклеенных стержней.

Выдергивающее усилие:

Перерезывающее усилие:

Проверка прочности стержня:

,40<1

Проверка заделки стержня:

Длина заделки достаточна.

.2 Расчет опорного узла средней стойки

Сечение колонны 240×760 мм

A=0.1152 м²W=0.00092м³λ_x=88,51k_cx=0.383

Длина сжатой зоны:

Усилия в анкерных болтах:

Принимаем 4 стержня.

Примем: диаметр стержней 16 мм;

диаметр отверстий 18 мм.

Расчет вклеенных стержней.

Выдергивающее усилие:

Перерезывающее усилие:

Проверка прочности стержня:

,75<1

Проверка заделки стержня:

Длина заделки достаточна.

Литература

1.  СНБ 5.05.01-2000, Мн, 2001

2.      Ребеко В.Я. «Проектирование шарнирных рам с жестко защемленными стойками из древесины и пластмасс», Гомель, 1985

.        Конспект лекций