Методичні вказівки з курсу Будівельні конструкції, Розрахунок елементів покриття та каркасу дерев’яної будівлі
« НазадМетодичні вказівки з курсу Будівельні конструкції, Розрахунок елементів покриття та каркасу дерев’яної будівлідо виконання курсового проекту Проектування каркасної дерев’яної будівлі для студентів спеціальності 7.06010101 "Промислове і цивільне будівництво” денної та заочної форм навчання ЗМІСТ1. ВИХІДНІ ДАНІ НА ПРОЕКТУВАННЯ.. 5 2. РОЗРАХУНОК ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ ПОКРИТТЯ.. 5 2.1. Вибір типу огороджуючих конструкцій. 5 2.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкції 6 2.3. Розрахунок конструктивних елементів. 6 3. ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКУ ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ ПОКРИТТЯ 8 Приклад 1. 8 1. Проектування утепленого покриття з клеєфанерною панеллю.. 8 1.1. Вибір складу покриття. 8 1.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкції 9 1.3. Розрахунок клеєфанерної панелі 12 Приклад 2. 16 2. Проектування утепленого покриття з дерев’яним настилом і рулонною покрівлею 16 2.1. Вибір складу покриття. 16 2.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкції 16 2.3. Розрахунок дощато-цвяхового настилу. 17 2.4. Розрахунок прогону. 19 Приклад 3. 21 3. ПРОЕКТУВАННЯ НЕУТЕПЛЕНОГО ПОКРИТТЯ ЗІ ШТУЧНИХ ЛИСТОВИХ МАТЕРІАЛІВ.. 21 3.1. Вибір складу покриття. 21 3.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкції 21 Приклад 4. 28 4. РОЗРАХУНОК ДОЩАТОКЛЕЄНОЇ КОЛОНИ.. 28 4.1. Вибір конструктивної схеми. 28 4.2. Навантаження на стійку. 28 4.3. Внутрішні зусилля у закладенні стійок. 31 4.4. Конструктивний розрахунок. 32 4.5. Розрахунок анкерного кріплення. 33 СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.. 44
Мета курсового проекту – практично застосувати знання, які отримані при вивченні теоретичного курсу, оволодіти вмінням конструювати складові каркаса будівлі з використанням деревини, деревинних плитних матеріалів і пластмас. Курсовий проект виконується студентами за індивідуальними завданнями, що включають такі вихідні дані: – призначення будівлі, її температурно-вологісні умови експлуатації та клас відповідальності; – район будівництва; – основні геометричні розміри (довжина, прогін і крок несучих конструкцій в осях, позначка низу кроквяної конструкції); – тип основних несучих та огороджуючих конструкцій покриття; – порода деревини основних несучих і огороджуючих конструкцій. Курсовий проект складається з розрахункової та графічної частин. Розрахункова частина виконується згідно зі стандартом у пояснювальній записці. Вона повинна складатися з наступних розділів: 1. Вихідні дані на проектування 2. Розрахунок огороджуючих конструкцій покриття 3. Розрахунок основних несучих конструкцій каркаса 4. Надання технічних характеристик запроектованих конструкцій 5. Перелік літератури, яка використовувалася Усі розрахунки мають супроводжуватися розрахунковими схемами конструкцій та ескізами конструктивних рішень їх вузлових з’єднань. Графічна частина проекту (креслення) виконується на аркуші формату А1, двох аркушах формату А2, або чотирьох аркушах формату А3. Змінювання вихідних даних без узгодження з керівником проекту забороняється. 1. ВИХІДНІ ДАНІ НА ПРОЕКТУВАННЯВихідні дані на проектування складаються на підставі отриманого завдання до курсового проекту. Детально описується склад каркаса будівлі, склад конструкції покриття, умови експлуатації, призначення, район будівництва.
2. РОЗРАХУНОК ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ ПОКРИТТЯ2.1. Вибір типу огороджуючих конструкційПокриття будівлі згідно із завданням складається з гідроізоляційного елемента покрівлі, утеплювача і пароізоляції (у випадку теплої покрівлі), несучих елементів покриття (плит, прогонів), які спираються безпосередньо на кроквяні конструкції споруди. Рулонні покриття застосовуються у покрівлях, що мають похил, не більший за 10%. В інших випадках рекомендуються покриття, які мають гідроізоляційний елемент із штучних виробів. Вибір складу покриття може бути виконаний згідно з табл.1. Таблиця 1 – Навантаження на 1 м2горизонтальної проекції покриття
Продовження табл. 1
Якщо в складі покриття є комплексна легка панель, то в цьому випадку прогони не застосовуються. 2.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкціїЗбір навантажень виконується у формі таблиці 1 згідно з даними про навантаження складових елементів вибраного покриття (постійне навантаження). Загальне сумарне навантаження підраховується на 1м2 покриття для другої колонки таблиці (нормативне навантаження) та четвертої колонки (розрахункове навантаження), яка обчислюється як добуток величин другої колонки на величини третьої (коефіцієнт надійності за навантаженням) по кожному зі складових елементів. До сумарних значень нормативного та розрахункового навантажень додається значення снігового навантаження. Нормативне снігове навантаження на 1м2 площі горизонтальної проекції покриття визначається відповідно до вимог [2] і залежить від вибраного району будівництва та геометричної форми покриття. Коефіцієнт переходу m від маси снігового навантаження на горизонтальній поверхні до маси снігового навантаження на покриття певної геометричної форми приймається згідно з [2, дод.Ж]. При значеннях кута нахилу покриття a[250 коефіцієнт m=1. 2.3. Розрахунок конструктивних елементівДля розрахунку конструктивних елементів огороджуючого покриття використовуються дані щодо навантаження з попереднього розділу. Останні переводяться до значень, що діють на 1м довжини елемента, який розраховується (погонне навантаження). Розрахунок виконується відповідно до нормативних правил [1]. Розміри перерізів приймаються згідно із сортаментом. Отримані за розрахунками значення для граничних станів порівнюються з нормативними граничними значеннями і не повинні мати відхилення від них більше 5–8 %. 3. ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКУ ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ ПОКРИТТЯПриклад 1.1. Проектування утепленого покриття з клеєфанерною панеллюПроектування утепленого покриття з клеєфанерною панеллю і рулонної покрівлі для будівлі столярного цеху IІ класу відповідальності (коефіцієнт надійності за призначенням γn=0,95), група експлуатації А-2 (приміщення, що опалюється при температурі до 350 С, відносній вологості повітря 60-75%). Крок несучих конструкцій – 4,5 м. Матеріал – дубові дошки 2-го сорту і березова фанера марки ФСФ сорту В/ВВ. Район будівництва – м. Полтава. 1.1. Вибір складу покриттяЕлементи покриття складаються з клеєфанерної панелі і рулонної покрівлі. Верхня обшивка панелі (7 шарів – товщина δв = 9 мм) і нижня обшивка (5 шарів – товщина δн = 6 мм) виконуються з фанери. Оскільки крок несучих конструкцій становить 4,5 м (ширину клеєфаненної панелі приймаємо 1,5 м) то номінальні розміри панелі у плані 450 см x 150 см (фактичні розміри 448 х 149 см). Поперечні ребра ставимо в торцях панелі (рис. 1). Крок поздовжніх ребер а визначаємо із умови міцності верхньої обшивки на місцевий згин від дії зосередженого навантаження Ре. = 1кН при γfm = 1,2 Р = Ре.γfm = 1.1,2 = 1,2 кН, що розподілена на ширину b = 100 см: - розрахунковий опір семишарової фанери згину з площини листа упоперек волокон зовнішніх шарів; mв – коефіцієнт умов роботи, що враховує температурно-вологісні умови експлуатації [1, т.5]; mн = 1,2 – коефіцієнт, що враховує короткочасну дію монтажного навантаження [1,т.6]. Приймаємо панель з чотирма поздовжніми ребрами товщиною 35 мм після стругання (40 мм до стругання). Їх крок . Орієнтовна висота перерізу панелі де Sе – експлуатаційне розрахункове значення снігового навантаження на покриття [2, п.8.3] (див. п.1.2). Приймаємо ребра із дощок 35х120 мм після стругання (40х125 мм до стругання відповідно до дод. 3). Загальна висота панелі h = hр + δн + δв = 12 + 0,6 + 0,9 = 13,5 см.
1.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкціїНавантаження на 1м2 горизонтальної проекції покриття приймаються відповідно до таблиці 2. Таблиця 2 – Навантаження на 1 м2 панелі
Снігове навантаження визначаємо за [2]. Граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття обчислюється за формулою , де – коефіцієнт надійності за граничним значенням снігового навантаження, що визначається залежно від заданого середнього періоду повторюваності Т за т.3 [2, т. 8.1]. Таблиця 3
де Т – термін експлуатації будівлі визначається за додатком В [2]. S0 – характеристичне значення снігового навантаження (у Па), обумовлене відповідно [2, п. 8.5] за додатком 1; С – коефіцієнт, обумовлений по вказівках [2, п. 8.6] визначається за формулою , де – коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву на поверхні землі до снігового навантаження на покриття, який визначається за п. 8.7, 8.8 [2]; Ce – коефіцієнт, що враховує режим експлуатації покрівлі, який визначається за п. 8.9 [2]; Calt – коефіцієнт географічної висоти, який визначається за п. 8.10 [2]. Експлуатаційне розрахункове значення снігового навантаження обчислюється по формулі , де – коефіцієнт надійності за експлуатаційним значенням снігового навантаження, визначається за [2, п. 8.12] у залежності від частки часу , протягом якої можуть порушуватися умови другого граничного стану т. 4 [2, т. 8.3]. Таблиця 4
Проміжні значення коефіцієнта слід визначати лінійною інтерполяцією. Значення приймається по нормах проектування конструкцій або встановлюється завданням на проектування в залежності від їхнього призначення, відповідальності і наслідків виходу за граничний стан. Для об'єктів масового будівництва допускається приймати = 0,02. Рис. 1 – Клеєфанерна панель покриття Рис. 2 – Вузол обпирання панелей на кроквяну конструкцію 1- металевий елемент кріплення; 2 – прокладний брус; 3 – утеплювач
1.3. Розрахунок клеєфанерної панеліЗа наявності двох конструкційних матеріалів у складі панелі (деревини та фанери), для спрощення розрахунку, виконуємо зведення геометричних характеристик дерев’яних елементів (ребер) до фанерних елементів (обшивок). Розрахункові опори та модуль пружності фанери згідно з [1] Розрахунковий опір фанери розтягу: Rфр= Rфр. mв/gn = 14.1/0,95 = 14,7 мПа = 1,47 кН/см2, де Rфр – опір фанери розтягу [1, т.10], mв –коефіцієнт умов експлуатації [1, т.5]; gn – коефіцієнт, який ураховує ступінь відповідальності споруди. Розрахунковий опір стиску: Rфс= Rфс. mв/gn = 12.1/0,95 = 12,6 мПа = 1,26 кН/см2, де Rфс – опір фанери стиску [1, т.10]. Розрахунковий опір сколюванню: Rфск = Rфск. mв/gn = 0,8.1/0,95 = 0,84 мПа = 0,084 кН/см2, де Rфск – опір фанери сколюванню [1, т.10]. Модуль пружності вздовж волокон зовнішніх шарів п’ятишарової та семишарової фанери: Eф= Eф.mв/gn=9000 .1/0,95 = 9474 мПа = 947,4 кН/см2. Модуль пружності деревини відповідно до [1]: E= E.mв/gn= 104.1/0,95 = 10526 мПа = 1052,6 кН/см2. Коефіцієнт зведення: h= E/ Eф = 1052,6/947,4 = 1,11. При l = 448 cм > 6а = 6.47,8 = 286,8 розрахункова ширина фанерних обшивок приймається рівною 0,9 фактичної ширини. Тоді: bво = 0,9.147 = 132,3 см; bно = 0,9.149 = 134,1 см. Площі поперечного перерізу панелі: верхня обшивка Аво = bво .d в = 132,3 .0,9 = 119 см2; нижня обшивка Ано = bно .d н = 134,1 .0,6 = 80,5 см2; дерев’яні ребра Ар = n .bр .hр = 4.3,5.12 = 168 см2, n–кількість ребер. Рис. 3 - Схема розрахункового перерізу панелі Зведена площа перерізу панелі: Апр = Аво+Ано+ h.Ар = 119+80,5+1,11.168 =386 см2. Зведений статичний момент перерізу відносно нижньої площини: Sпр = 0,5.d н .Ано +(d н + hр + 0,5.d в ) .Аво + (d н +0,5.hр).h.Ар = = 0,5.0,6.80,5+(0,6+12+0,5.0,9).119 +(0,6+0,5.12).1,11.168 = 2802 см3. Відстань від нижньої площини до нейтральної осі перерізу: y0 = Sпр / Апр= 2802/386 = 7,23 см. Зведений момент інерції відносно нейтральної осі: Iпр = Ано.(y но)2 + Аво.(y во)2 + h.(Ар.yр2 + Iр) = = 80,5(7,23–0,3)2 +119(12–7,23–0,45)2 +1,11(168.0,632 +2016) = 8481 см4, де yр = y0 –0,5 hр –d н =7,23–0,5.12 – 0,6 = 0,63 см; Iр = n .bр .hр3 /12 = 4.3,5.123 /12 = 2016 см4. Зведений момент опору: верхньої обшивки Wпрв = Iпр /(h– y0) = 8481 /(13,5–7,23) =1353 см3; нижньої обшивки Wпрн = Iпр /y0 = 8481 /7,23 =1173 см3. Навантаження, що діють на 1 пог. м довжини панелі шириною 1,5м (дані з т.2): - експлуатаційне qепог= 1,108.1,5 = 1,662 кН/м; - розрахункове qпог= 1,982.1,5 = 2,973 кН/м. Розрахунковий згинальний момент та поперечна сила: M= qпог .l2/8 = 2,973.4,422/8 = 7,26 кН∙м = 726 кН∙см; Q= 0,5 qпог .l = 0,5.2,973.4,42 = 6,57 кН, де l = 4,48–0,06 = 4,42 м – розрахунковий прогін панелі з урахуванням довжини обпирання. Нормальні напруження в обшивках панелі: верхня стиснута sс = M/ (Wпрв .jоб) = 726/(1353.0,515) = 1,04 кН/см2 ¢ Rфс = = 1,26 кН/см2, де jоб = 1–( аоб / d в)2 /5000 = 1–(44,3/0,9)2/ 5000 = 0,515, при аоб / d в = 49,2 ¢ 50; jоб = 1250/( аоб / d в)2 при аоб / d в / 50; нижня розтягнута: sр = M/ Wпрн = 726/1173 = 0,61 кН/см2 ¢ Rфр.кф = 1,47.0,6 = 0,88 кН/см2, де кф = 0,6 – коефіцієнт, який ураховує зменшення міцності при розтязі фанерних листів, що з’єднуються „на вус”. Перевірка сколюючих напружень у клеєному шві обшивки по ширині ребра: t = Q.Sпр / Iпр.bр.n = 6,57.692,6 /8481.3,5.4 = 0,038 кН/см2¢ Rфск =0,084 кН/см2, де Sпр =Аво.y во = Аво (h+ yо+δв /2) = 119(13,5–7,23–0,45) = 692,6 см3 – статичний момент верхньої обшивки відносно нейтральної осі. Перевірка відносного прогину панелі f/l = 5.qепог.l3/(384.0,7Eф Iпр) = 5.1,662.10-2.4423/(384.0,7.947,4.8481) = =1/301; 1/301 ¢ [f/l]=1/250 (граничне значення [1, т.14]). Приклад 2.2. Проектування утепленого покриття з дерев’яним настилом і рулонною покрівлеюПроектування утепленого покриття з дерев’яним настилом і рулонною покрівлею для будівлі II класу відповідальності (коефіцієнт надійності за призначенням γn=0,95), група експлуатації А-2(приміщення, що опалюється при температурі до 350 С, відносній вологості повітря 60-75%). Крок несучих конструкцій – 4,5м. Матеріал – соснові дошки 2-го та 3-го сортів. Район будівництва – м. Полтава. 2.1. Вибір складу покриттяНесучі елементи покриття складаються з нерозрізних спарених прогонів (дошки 2-го сорту) і щитів розмірами у плані 2,5 м х 1,5 м (дошки 3-го сорту). Гідроізоляційний матеріал та утеплювач вибираються згідно з таблицею 5. 2.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкціїТаблиця 5 - Навантаження на 1м2 горизонтальної проекції покриття
Визначення Se та Sm див. у прикладі 1.
Рис. 4 – Конструкція покриття а – дощато-цвяховий щит; б – нерозрізні спарені прогони 2.3. Розрахунок дощато-цвяхового настилуДля зручності монтажу настил проектується таким, що складається з великорозмірних щитів – 2500x1500 у плані. Вони монтуються на спарені прогони. Матеріал щитів – дошки із сосни 3-го сорту, матеріал прогонів – дошки із сосни 2-го сорту. Розрахунок на постійне та снігове навантаження:
Рис. 5 – Розрахункова схема щита для розрахунку по першій схемі завантаження Розрахунковий опір згину та модуль пружності згідно з [1]: Rи= Rи.mп.mв/gn=13.1.1/0,95=13,7 мПа =1,37 кН/см2, де Rи – опір деревини згину [1, т. 3]; mп – перехідний коефіцієнт за породою деревини [1, т. 4]; mв – коефіцієнт умов експлуатації [1, т. 5]; gn – коефіцієнт надійності за призначенням [2]. E= E.mв/gn=104 .1/0,95=1,05.104 мПа. Навантаження, що діють на смугу щита шириною 1м (табл.2): - експлуатаційне, без урахування прогонів qепог=1,295–0,15=1,145 кН/м; - розрахункове, без урахування прогонів qпог=2,212–0,165=2,047 кН/м. Розрахунковий згинальний момент: M= qпог .l2/8 = 2,047.1,252/8 = 0,40 кН·м = 40 кН·см. Момент опору та момент інерції щитової смуги шириною 1м: W= b.d2/6 = 100.1,62/6 = 42,7 см3, де b - ширина смуги; d - товщина дощок згідно із сортаментом (дод. 3) I= b.d3/12 = 100.1,63/12 = 34,13 см4, де b- ширина смуги. Нормальні напруження: s = M/ W = 40/42,7 = 0,93 кН/см2 ¢ Rи = 1,37 кН/см2. Запас міцності перебільшує значення, яке рекомендується, але це мінімальний розмір за сортаментом. Розрахунок на постійне та зосереджене навантаження Рис. 6 – Розрахункова схема щита для розрахунку за другою схемою завантаження Розрахунковий згинальний момент з урахуванням зосередженого навантаження, яке розподіляється на смугу щита шириною 0,5 м за наявності підшивного розкосу, M= 0,0703 .qпог.l2 + 0,207.2. Pе gn l = 0,0703 0,539.1,252 + 0,207.2.1,2.1,25 = = 0,68кН.м = 68 кН.см, де qпог – постійне навантаження без урахування ваги прогонів та снігу. Нормальні напруження: s = M/ W = 68/42,7 = 1,6 кН/см2 ¢ Rи. mн =1,37 .1,2=1,64 кН/см2, де mн – коефіцієнт умов роботи при монтажному навантаженні. 2.4. Розрахунок прогонуРозрахунок на постійне та снігове навантаження
Рис. 7 – Розрахункова схема погону Навантаження, що діють на 1м довжини прогону (крок прогонів 1,25 м): - нормативне qепог= 1,295.1,25 = 1,62 кН/м; - розрахункове qпог= 2,212.1,25 = 2,76 кН/м. Розрахунковий згинальний момент: M= qпог .l2/10 = 2,76.4,52/10 = 5,59 кН∙м = 559 кН∙см. Момент опору, який потрібен, Wпотр= M/Rи = 559/1,37 = 408 см3. Проектуємо прогін із двох дощок перерізом 5 см x 17,5 см (дод. 3) із моментом опору: W= b.h2 /6 = 2.5.17,52 /6 = 510см3 $ Wпотр. Момент інерції: I = b.h3/12 = 2.5.17,53/12 = 4466 см4. Нормальні напруження: s = M/ W = 559/510 = 1,1 кН/см2 ¢ Rи = 1,37 кН/см2. Відносний прогин: f/l = qепог.l3/(384·E·I) = 1,62.4,53/(384.1,05.107 .4466.10-8) = 1/1219; 1/1219 ¢ [f/l] = 1/200 (граничне значення [1, т.14]). Розрахунок стику прогонуСтик дощок прогону виконується врозгін на відстані 0,21L від осі опор. Для з’єднання двох дощок прогону між собою застосовуються цвяхи діаметром 4 мм, довжиною 125 мм. Рис. 8 – Конструкція стику прогону Несуча здатність одного цвяха для однозрізних з’єднань [1]: Tc = 0,35.c.d.mв/gn = 0,35.5.0,4.1/0,95 = 0,74 кН; Tзг = (2,5.d2 +0,01.a2 )Ömв/gn = (2,5.0,42 +0,01.4,42 ) Ö1/0,95 = 0,625 кН; Tзг = 4.d2.Ömв/gn = 4.0,42 Ö1/0,95 = 0,674 кН; a= c–1,5d = 5–1,5.0,4 = 4,4 см; Tроз = Tmin = 0,625 кН. Потрібна кількість цвяхів із кожної сторони стику: n= M/(2.Xцв.Tроз)= 559/(2.(0,21.450–12).0,625)= 5,42. Приймаємо 6 цвяхів із кожної сторони.
Приклад 33. ПРОЕКТУВАННЯ НЕУТЕПЛЕНОГО ПОКРИТТЯ ЗІ ШТУЧНИХ ЛИСТОВИХ МАТЕРІАЛІВПроектування неутепленого покриття із застосуванням сталевого профільного листа для будівлі ІІI класу відповідальності (коефіцієнт надійності за призначенням γn= 0,9), група експлуатації Б-2(приміщення, що не опалюється, при відносній вологості повітря 60-75%). Крок несучих конструкцій – 6 м. Матеріал – ялиця 2-го сорту. Район будівництва – м. Полтава. 3.1. Вибір складу покриттяЕлементи покриття складаються із прогонів, які з’єднано у щит, і сталевого профільного листа. Відстань між прогонами приймається рівною 500 мм. Прогони у кількості 5 штук складаються у щит за допомогою поперечних та діагональних брусків. Щити кріпляться до верхніх поясів ферм і за рахунок своєї жорсткості забезпечують стійкість ферм із площини деформації. 3.2. Збір навантажень на огороджуючі конструкціїНавантаження на 1м2 горизонтальної проекції покриття приймаються відповідно до таблиці 6. Таблиця 6 - Навантаження від маси 1 м2 огороджуючих конструкцій покриття та покрівлі
Визначення Se та Sm див. у прикладі 1. 3.3. Розрахунок елементів щитаПрогони у складі щита розраховуються як косозігнуті елементи. Діагональні бруси щита обчислюються як стиснуто-зігнуті елементи на дію скатної складової від навантаження у прогонах. Попередньо призначаємо переріз прогонів 75х150 мм, а переріз бруса 50х50 мм (за сортаментом див. дод. 3). Розрахунковий опір згину (стиску) та модуль пружності згідно з [1]: Rи= Rи.mп.mв/gn = 13.0,8.1/0,9 = 11,5 мПа = 1,15 кН/см2, де Rи – опір деревини згину [1,т.3]; mп – перехідний коефіцієнт за породою деревини [1,т.4]; mв – коефіцієнт умов експлуатації [1,т.5]; gn – коефіцієнт, який ураховує ступінь відповідальності споруди. E= E.mв/gn = 104 .1/0,9 = 1,1.104 мПа. Розрахунок прогону на постійне та снігове навантаження Рис. 9 – Розрахункова схема прогону на постійне та снігове навантаження Навантаження, що діють на 1м прогону при відстані між прогонами 0,5 м: - експлуатаційне qeпог= (gпe + Sе .cosa) .0,5 = (0,35 +0,71.0,95) .0,5 = = 0,51 кН/м; -розрахункове qпог = (gп + S .cosa) .0,5 = (0,4 +1,508.0,95) .0,5 = 0,92 кН/м. Прогін працює на косий згин, складові навантаження: qx пог = qп.cosa = 0,92.0,95 = 0,874 кН/м; qy пог = qп.sina = 0,92.0,316 = 0,291 кН/м, де cosa = 0,95; sina = 0,316 для покрівлі з похилом і=0,33. Розрахункові згинальні моменти: Mx = qx пог .lx2/8 = 0,874.62/8 = 3,93 кН∙м = 393 кН∙см; My= qy пог .ly2/8 = 0,291.32/8 = 0,327 кН∙м = 32,7 кН∙см. Моменти опору для прийнятого перерізу прогонів: Wx = b.h2/6 = 7,5.202/6 = 500 см3; Wy= h b2/6 = 20.7,52/6 = 187,5 см3. Момент інерції для прийнятого перерізу прогонів: Ix= b .h3/12=7,5.203/12 = 5000 см4. Нормальні напруження: s = Mx /Wx + My /Wy = 393/500 + 32,7/187,5 = 0,96 кН/см2 ¢ Rи = 1,15 кН/см2. Перевірку відносного прогину прогонів виконуємо в площині, що перпендикулярна до скату: f/l = 5.qе(х)пог.lх3/(384.0,7E Iх) = 5.0,48.63/(384.1,11.107.5000.10-8) = 1/411; 1/411 ¢ [f/l] = 1/200 (граничне значення [1, т.16]), де qе(х)пог = qепог. cos α = 0,51. 0,95 = 0,48 кН/м. Розрахунок прогону на постійне й монтажне навантаження: Монтажне навантаження P = Pе γfm = 1.1,2 = 1,2 кН. Постійне навантаження на 1м прогону qпог = gп .0,5м = 0,4.0,5 = 0,2 кН/м. Розрахункові згинальні моменти: Mx = qпог .lx2 cosa/8 + P.lx cosa/4 = 0,2.62 .0,95/8 + 1,2.6.0,95/4 = 257 кН∙см; My = qпог .ly2 sina/8 = 0,2.32 .0,316/8 = 0,071 кН∙м = 7,1 кН∙см. Нормальні напруження: s = Mx /Wx + My /Wy = 257/500 + 7,1/187.5 = 0,55 кН/см2; 0,55 кН/см2 ¢ Rи.mн = 1,15.1,2 = 1,38 кН/см2, де mн = 1,2 – коефіцієнт умов роботи при дії монтажного навантаження. Рис. 10 – Розрахункова схема прогону при розрахунку на постійне та монтажне навантаження Розрахунок розкосу щитаЗусилля в розкосі від скатної складової навантаження в прогонах: Nр= 0,75.qy пог.nп.lx /(2.cosβ) = 0,75.0,291.5.6/(2.0,77) = 4,25 кН, де nп – кількість прогонів у складі щита; 0,75 – коефіцієнт, який ураховує вантажну площину розкосу; β – кут нахилу розкосу до осі кроквяної конструкції ( tg β = 2,5/3 = 0,833, cosβ = 0,77). Приймаємо переріз розкосу 50x50 мм. Площа перерізу А = 25 см2, момент інерції: W = b.h2 /6 = 5.52 /6 = 20,8 см3. Вільна довжина розкосу lр = 0,5/ cosβ = 5/0,77 = 0,65 м. Гнучкість розкосу λ = lр/(0,289.b) = 65/(0,289.5) = 45. Ексцентриситет прикладання зусилля е = 0,5.b = 0,5.5 = 2,5см. Згинальний момент M = Nр.е = 4,25.2,5 = 10,63 кН∙см. Нормальні напруження: s = Nр/ А +M/ ξ.W = 4,25/25+10,63/(0,900.20,8) = 0,74 кН/см2 ¢ Rс = = 1,15кН/см2, Де ξ = 1–λ2 .Nр /(3000.Rс.А) = 1 – 452.4,25/(3000.1,15.25) = 0,900. Розкіс має опору в щиті у вигляді брускового елемента, який кріпиться цвяхами до стійок щита. Приймаємо цвяхи діаметром d = 4 мм, довжиною 125 мм. Несуча здатність одного цвяха як однозрізного з’єднання: Tc = 0,35.c.d.mп.mв/gn = 0,35.5.0,4.0,8.1/0,9 = 0,62 кН; Tзг = (2,5.d2.+0,01.a2)Ömп.mв/gn = (2,5.0,42 +0,01.4,42 ) Ö0,8.1/0,9 = 0,59кН; Tзг = 4.d2.Ömп.mв/gn = 4.0,42 Ö0,8.1/0,9 = 0,64 кН, Де a = c–1,5d = 5–1,5.0,4 = 4,4 см. Розрахункова несуча здатність цвяха Tроз = Tmin = 0,59 кН. Потрібна кількість цвяхів: N = Nр.cosβ /Tроз = 4,25.0,77 / 0,59 = 5,55. Приймаємо 6 цвяхів. Щит кріпиться до кроквяної конструкції через стійки цвяхами діаметром 4 мм, довжиною 125 мм. Потрібна кількість цвяхів на одну стійку складає n = 0,5.qy пог.nп.lx /Tроз = 0,5.0,291.5.6/0,59 = 7,4. Приймаємо 8 цвяхів. КОНСТРУКЦІЯ ЩИТА
Рис. 11 – Щит-обрешітка під покрівлю із сталевого профільного листа Приклад 4.4. РОЗРАХУНОК ДОЩАТОКЛЕЄНОЇ КОЛОНИЗапроектувати дерев'яні клеєні стійки столярного цеху висотою Н = 7 м. Крок несучих конструкцій 4,5 м. Несучі конструкції покриття – клеєфанерні панелі по аркам прольотом 24 м. Стінове огородження – навісні клеєфанерні панелі розміром – 1,5´4,5м. Район будівництва м. Полтава. Матеріал – дошки дуба другого сорту. 4.1. Вибір конструктивної схемиПриймаємо клеєні стійки прямокутного поперечного перерізу, закріплені до фундаментів анкерними болтами (рис. 12). Рис. 12 - Розрахункова схема поперечної рами будівлі 4.2. Навантаження на стійкуПостійний розрахунковий тиск на стійку від покриття: де gпокр, gвв – навантаження на 1 м2 горизонтальної проекції від огороджуючих конструкцій покриття та власної маси арки; а – крок колон; а1 – виліт карнизу; gвв – навантаження на 1 м2 горизонтальної проекції від власної маси несучої конструкції покриття (арки) визначаємо за формулою: , тут S0 – характеристичне значення снігового навантаження (у кПа), обумовлене відповідно [2, п. 8.5]; кв.в. – коефіцієнт власної ваги арки, що попередньо приймається рівний 3; qе – експлуатаційне навантаження від покриття (т. 2). 2. Тимчасове снігове навантаження: . 3. Постійне навантаження від стінового огородження: . де gст – навантаження від 1 м2 стінового навантаження (може бути прийняте рівному навантаженню від огороджуючих конструкцій покриття); h0 – висота стіни вище відмітки стійок. 4. Вітрове розрахункове навантаження на ліву стійку: ; ; на праву стійку:
де – коефіцієнт надійності за граничним розрахунковим значенням вітрового навантаження, визначений за т. 7 [2, п. 9.14]; Таблиця 7
ω0 = 470 Па = 0,47 кН/м2 – характеристичне значення вітрового тиску для району будівництва – м. Полтава [2, дод. Е]; коефіцієнт С визначається за формулою: , де Caer - аеродинамічний коефіцієнт, що визначається за [2, п. 9.8]; Ch – коефіцієнт висоти споруди, що визначається за додатком 5 [2, п. 9.9, т. 9.01], (тип місцевості ІІІ); Calt – коефіцієнт географічної висоти, що визначається за [2, п. 9.10]; Crel – коефіцієнт рельєфу, що визначається за [2, п. 9.11]; Cdir – коефіцієнт напрямку, що визначається за [2, п. 9.12]; Cd коефіцієнт динамічності, що визначається за [2, п. 9.13]. Для розрахункового навантаження на ліву стійку: ; на праву стійку: . Ширину перерізу стійок приймаємо b = 14 см. Необхідну висоту перерізу визначаємо з виразів: – розрахунковий опір стиску деревини дуба другого сорту уздовж волокон; тн – коефіцієнт, що враховує короткочасну дію вітрового навантаження [1, т. 6]. Приймаємо висоту стійки (15 шарів по 33 мм). Навантаження від власної маси стійки: , де – об’ємна маса деревини (дуба) [1, додаток 3]; – коефіцієнт надійності по навантаженню від власної маси. Рама є один раз статично невизначена. За зайве невідоме приймаємо поздовжнє зусилля Х у ригелі та визначаємо його роздільно від кожного виду завантаження: h – товщина панелі стінового огородження (приймається рівною товщині огороджуючої конструкції покриття). 4.3. Внутрішні зусилля у закладенні стійокЗгинальні моменти: де – коефіцієнт сполучення двох тимчасових навантажень: снігового та вітрового. Поперечні сили: Поздовжня сила: Розрахункові значення зусиль M=5750 кН×см; N=131 кН; Q=17,9 кН. 4.4. Конструктивний розрахунокРозрахунковим перетином стійки буде перетин, ослаблений отворами під болти для кріплення сталевих анкерних накладок (рис. 7). Діаметр цих болтів приймаємо рівним 16 мм. Геометричні характеристики розрахункового перетину: Площа – де 0,8 – коефіцієнт, що враховує наявність ослаблень у розрахунковому перетині. Гнучкість стійки з площини вигину: . Коефіцієнт: . Напруження у поперечному перерізі: . Сколюючі напруження у клейовому шві: – розрахунковий опір сколюванню при згині клеєних елементів. Стійкість плоскої форми деформування перевіряємо за [1, п. 4.18]. Гнучкість із площини згину: . Коефіцієнт поздовжнього згину: – коефіцієнт підтримуючої дії закріплень по розтягнутому від моменту краєві. Коефіцієнт: Так як більше 1, стійкість плоскої форми деформування забезпечена. 4.5. Розрахунок анкерного кріпленняРозрахунок анкерних болтів ведемо по максимальному розтягуючому зусиллю при дії постійного навантаження з коефіцієнтом надійності замість γf=1,1 та вітрового навантаження. Поздовжня сила: де . Напруження на поверхні фундаменту (рис. 8): Розміри ділянок епюри напружень: де s – відстань від грані колони до осі анкерного болта (приймається не менш 4,75.db). Зусилля розтягу в анкерних болтах: . Необхідна площа перерізу болта зі сталі Вст3кп2: ma=0,85 – коефіцієнт, що враховує нерівномірність натягу болтів. Приймаємо 4 анкерні болти діаметром 30 мм із Аbп = 5,6 см2 (додаток 4). Рис. 13 - Опорний вузол колони з 12 двозрізними болтами Необхідна кількість двозрізних болтів діаметром 16 мм, що приєднують сталеві накладки до стійки , де Троз – розрахункова несуча здатність одного зрізу нагеля (болта), обумовлена як менше із значень: Приймаємо 12 болтів. Металеві елементи приймаємо зі сталі ВСтЗпс товщиною 8 мм. Через очевидний запас міцності розрахунок їх не робимо. Додаток 1[2, додаток Е] (довідковий) ХАРАКТЕРИСТИЧНІ ЗНАЧЕННЯ НАВАНТАЖЕНЬ І ВПЛИВІВ ДЛЯ МІСТ УКРАЇНИ w0 – вітрове навантаження (в паскалях) S0 – снігове навантаження (в паскалях)
Додаток 2[2, Додаток В] (довідковий) ПРИБЛИЗНІ ТЕРМІНИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД (у роках)
Додаток 4Сортамент болтів згідно СТ. СЭВ 180-75
Додаток 5Коефіцієнт висоти споруди Сh, враховує збільшення вітрового навантаження залежно від висоти споруди або її частини, що розглядається над поверхнею землі (Ζ), типу навколишньої місцевості і визначається за табл. 9.01 для будівель і споруд, старший період власних коливань яких не перевищує 0,25 сек, і за табл. 9.02 для всіх інших будівель і споруд.
Примітка. Проміжні значення коефіцієнта Сh,слід визначати лінійною інтерполяцією. Типи місцевості, що оточує будівлю чи споруду, визначаються для кожного розрахункового напрямку вітру окремо: І – відкриті поверхні морів, озер, а також плоскі рівнини без перешкод, що піддаються дії вітру на ділянці довжиною не менш як 3 км; II – сільська місцевість з огорожами (парканами), невеликими спорудами, будинками і деревами; ІІІ – приміські і промислові зони, протяжні лісові масиви; ІV – міські території, на яких принаймні 15 % поверхні зайняті будівлями, що мають середню висоту понад 15 м. При визначенні типу місцевості споруда вважається розташованою на місцевості даного типу для певного розрахункового напрямку вітру, якщо у цьому напрямку така місцевість є на відстані 30 Ζ при повній висоті споруди Ζ < 60 м або 2 км - при більшій висоті. У випадку, якщо споруда розташована на межі місцевостей різних типів або є сумніви відносно вибору типу місцевості, слід приймати тип місцевості, що має більше значення коефіцієнта Сh. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ1. СНиП ІІ-25-80.Деревянные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1983. – 31 с. 2. ДБН В.1.2. - 2: 2006. Навантаження і впливи. - К.: МБАта ЖКГ України, 2006. - 60 с. 3. Индустриальные деревянные конструкции: Учебное пособие для вузов / Под ред. Ю. В. Слицкоухова. – М.: Стройиздат, 1991. - 256 с.: ил. 4. Клименко В. З. Конструкції з дерева і пластмас: Підручник. / В. З. Клименко – К.: Вища шк., 2000. – 304 с.: іл. 5. Конструкції з дерева та пластмас: Курс лекцій / О. Є. Саган. – Полтава, ПДТУ, 1998. – 68 с. З повагою ІЦ "KURSOVIKS"! |