2020-01-15
601
Введение
Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
Деревянные конструкции являются надежными, легкими и долговечными. На основе деревянных конструкций сооружают здания с покрытиями как малых, так и больших пролетов. Из цельных лесоматериалов строят небольшие жилые дома, общественные и производственные здания.
Древесина и конструкции на ее основе обладают большой стойкостью по отношению к агрессивным средам и поэтому во многих случаях целесообразно их применение в зданиях с агрессивными средами. Сравнительная легкость древесины с учетом ее достаточно большой прочности и жесткости позволяет перекрывать значительные пролеты.
Долговечность деревянных конструкций, защищенных от загнивания только конструктивными мерами, достигает сотен лет. В настоящее время помимо конструктивных мер для защиты деревянных конструкций не только от гниения и древоточцев, но одновременно и от возгорания применяют обработку химическими составами, что повышает надежность при многолетней эксплуатации.
|
|
|
Проекты, предназначенные к внедрению в строительство, должны полностью удовлетворять современным, функциональным и эстетическим требованиям и обеспечивать экономичность строительства, благодаря широкому применению прогрессивных объемно-планировочных и конструктивных решений, а также максимальному использованию типовых методов возведения зданий. Всем этим условиям отвечают проекты зданий, выполненные из деревянных конструкций.
Курсовая работа разработана с учетом современных требований государственных стандартов и нормативной документации.
Архитектурно-планировочное и конструктивное решение
Согласно схеме 2 задания на проектирование объектом проектирования служит прирельсовый склад. Склад предназначен для хранения и перевалки штучных грузов. Здание не отапливаемое. Торцевые стены глухие. Рампа железобетонная.
Район строительства – г. Красноярск. Пролет здания составляет 28м. Высота здания до низа несущих конструкций покрытия – 8,4м. Шаг несущих конструкций – 5м. Длина здания составляет 70м.
Применяемые материалы: древесина – лиственница, сталь – С235, клей – ФР-100, стеновое ограждение – сэндвич панели (внутренняя и наружная обшивка из оцинкованного профилированного листа), ограждающая конструкция покрытия – профилированный лист.
Технико-экономическое сравнение вариантов
При выборе варианта и типа конструкции следует учитывать назначение здания, тип кровли, объемно-планировочные параметры здания, величину нагрузок, условия эксплуатации, архитектурные и другие требования.
|
|
|
В качестве критерия сравнительной экономической эффективности рассматриваемых вариантов покрытия следует принимать минимум собственной массы и стоимости покрытия.
Длительному сравнению и анализу подвергаются 3 выбранных несущих конструкций, представленных ниже. Варианты сравниваются по ориентировочному расходу и стоимости материалов, определяемых по монтажной массе несущих конструкций. Собственная масса конструкций на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяется по формуле:
qн - постоянная равномерно распределенная нормативная нагрузка, кгс/м2(кН/ м2)
pн - суммарная временная распределенная нормативная нагрузка, кгс/м2(кН/ м2)
l - пролет конструкции, м
k см - коэффициент нагрузки от собственной массы, зависящий от типа конструкции.
Расход древесины на конструкцию, м2/м2
γ = 800 –объемный вес лиственницы, кг/м3
Расход материала на конструкцию определяется по формуле:
k м - коэффициент расхода металла на конструкцию в процентах от монтажной массы.
Вариант 1
Клееная балка из прямолинейных элементов. Пролет 6…24м, k см = 4…6, k м = 0…1. Для пролета L=28м принимаем k см = 6, k м =1.
Вариант 2
Клееная двускатная балка. Пролет 6…24м, k см = 4…5, k м = 0…1. Для пролета L=28м принимаем k см = 5, k м =1.
Вариант 3
Клееная армированная балка. Пролет 12…24м, k см = 3,5…4,5, k м = 10…25. Для пролета L=28м принимаем k см = 4,5, k м =23.
Кровля холодная из профилированных листов (q1n=10 кгc/м2).
Прогоны q2n=6,3 кг/м2.
Полная постоянная нагрузка составляет q1n+ q2n=10+6,3=16,3 кгc/м2.
Временная нормативная нагрузка (снеговая) для III снегового района составляет sn=126 кгc/м2.Определяем собственную массу несущих конструкций:
Вариант 1. 
Вариант 2. 
Вариант 3. 
Определяем расход металла на конструкцию:
Вариант 1. 
Вариант 2. 
Вариант 3. 
Определяем расход древесины на конструкцию:
Вариант 1. 
Вариант 2. 
Вариант 3. 
Сравнение вариантов по расходу материалов и стоимости приведено в табл.1.
Таблица 1. Таблица сравнения вариантов
| Показатель | Единица измерения | Вариант | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Собственная масса конструкций Расход металла Масса древесины Объем древесины Стоимость 1 м3 древесины Общая стоимость древесины Стоимость металла на 1 м2 покрытия Полная стоимость материалов конструкций на 1 м2 перекрываемой площади | кг/м2 % кг/м2 кг/м2 м3/м2 руб. руб. руб.за тонну руб. | 28,73 1 0,287 28,443 0,036 320 11,52 0,1 11,62 | 23,16 1 0,232 23 0,029 320 9,28 0.08 10,36 | 20,51 23 4,717 15,8 0,02 320 6,4 1,65 8,05 |
* - стоимость конструкций приведена в ценах 1991г.
По результатам сравнения вариантов наиболее выгодным является вариант 3, который и принимаем в качестве основного.
Расчет профнастила
Согласно ГОСТ 24045-94 по табличным значениям принимаем профнастил Н57-750-0,6 со следующими характеристиками: А = 6,6 см 2
При сжатых узких полках: При сжатых широких полках:
Ix = 46,2 cм 4 Ix = 46,2 cм 4
Wx,min = 12,0 cм 3 Wx,min = 13,8 cм 3
Масса 1 м 2 = 7,5 кг
Применяемая сталь С-235 с расчетным сопротивлением изгибу Ry=2250 кг/м2 и расчетным сопротивлением сдвигу Rs=1300 кг/м2.
Сбор нагрузок
1) Постоянная:
Нагрузки на 1м2 покрытия представлены в табл.2.
Таблица 2. Нагрузка на 1 м2 покрытия
| № п.п. | Вид нагрузки | Нормативная, кгс/м2 | Коэффициент надежности | Расчетная, кгc/м2 |
| 1 | 3 слоя рубероида на битумной мастике | 9 | 1,3 | 11,7 |
| 2 | Цементно-песчаная стяжка δ=40мм, ρ=1800 кг/м³ | 72 | 1,3 | 93,6 |
| 3 | Пенополистерол, δ=100мм, ρ=200 кг/м³ | 20 | 1,3 | 26 |
| 4 | Пароизоляция (один слой рубероида) | 3 | 1,3 | 3,9 |
| 5 | Вес профилированного настила | 9,3 | 1,05 | 9,76 |
| Итого: | 113,3 | 144,9 |
|
|
|
Нагрузка от покрытия:
2) Снеговая:
Расчетное значение снеговой нагрузки Sр = 180 кг/м2
Полная расчетная погонная нагрузка:
,
где В=1м – условная ширина грузовой площади.
Расчетную схему принимаем в виде 2-х пролетной балки с пролетом равным 2,8м.
Расчет проводим по двум схемам нагружения.
1-ая схема (см. рис.1):
Постоянная + временная (снеговая)
.
Рис.1. Первая расчетная схема.
Максимальный изгибающий момент над средней опорой равен:
Найдем максимальное напряжение при сжатых узких полках:
Условие прочности соблюдается.
Максимальная поперечная сила на опоре равна из расчета в ПК Лира 9.2: Qmax = 569 кг
Поперечная сила, приходящаяся на одну стенку гофра:
Где 12 – количество стенок гофров на условной ширине листа равной 1м. Проверяем прочность сечения:
Условие прочности соблюдается.
Проверяем прогиб:
Условие жесткости обеспечено.
Проверяем местную устойчивость стенки:
Принимаем 
k0 = 3.09
Записываем условие:
Местная устойчивость стенки обеспечена.
2-ая схема (см. рис.2):
Постоянная + временная от сосредоточенного груза, равного N=100×γf =100×1,2=120 кгс. Расчет по этой схеме производим только на прочность.
Рис.2. Вторая расчетная схема.
Максимальный изгибающий момент:
Мmax2 =172 кгс×м < Мmax1 = 318,4 кгс×м, следовательно, все условия удовлетворяются.
Окончательно принимаем профнастил Н57-750-0,6.
Рис.3. Общий вид профилированного листа.
Расчет прогона
Прогоны проектируются равномоментными по консольно-балочной схеме. Расчет консольно-балочных прогонов производим по схеме многопролетной статически неопределимой балки с пролетом L=5м, равным шагу балок покрытия. Шаг прогонов В=2.8м.
Кровля имеет уклон i = 1:10. α = 6˚, соs α = 0,99, sin α = 0,104.
|
|
|
Высоту сечения прогона принимаем:
Ширину сечения прогона принимаем:
Принимаем b=100мм.
Найдем нагрузку от собственного веса прогона:
Нагрузка от покрытия:
Нагрузка от собственного веса:
Снеговая нагрузка:
Нормальная составляющая нагрузки qx:
Максимальный изгибающий момент составляет:
Предельное сопротивление для древесины 2-ого сорта составляет:
Момент сопротивления:
Принимаем сечение из бруса 140´190 мм с характеристиками:
Прогиб прогона:
Соединение прогонов между собой выполняется в виде косого прируба с креплением болтом диаметром 20 мм.
Расчет и конструирование армированной клеедеревянной балки
Материал балки – древесина 2-го сорта.
Постоянная нагрузка:
Нормативная:
- вес покрытия 113,3 кгс/м2, вес прогона 6,17 кгс/м2, собственный вес балки 20,51 кгс/м2.
Расчетная:
- вес профнастила 144,9 кгс/м2, вес прогона 6,79 кгс/м2, собственный вес балки 23 кгс/м2. Коэффициент надежности по нагрузки принят γf=1,1 согласно СНиП 2.01.07-85*.
Временная (снеговая):
Нормативная – 126 кгс/м2;
Расчетная – 180 кгс/м2.
Уклон кровли i = 1:10. Следовательно, α =6˚, cos α = 0,99, sin α = 0,104.
Нагрузка на балку, приведенная к горизонтальной плоскости, составляет
Нормативная:
qн =(qпn/ cos α + sn)×В×cos α=[(113,3+6,17+20,51)/
0,99+126]×5×0,99=1323,6 кгс/м.
Расчетная:
q =(qпp/ cos α + sp)×В× cos α = [(144,9 + 6,79 + 23)/0,99 + 180]×5×0,99 = 1764,4 кгс/м.
Расчетная схема балки покрытия представляет однопролетную статически определимую балку пролетом равным 28м, загруженную равномерно распределенной нагрузкой (см. рис.2). Согласно расчетной схеме максимальный момент и поперечная сила, определенные по программе «Лира» составляют М сред = 164,971 тс×м, Qоп = 24,7 тс. Расчетное сечение находится в середине балки
Рис.4. Расчетная схема балки покрытия с эпюрами моментов и поперечной силы.
Определяем высоту балки в середине пролета
hср = l/20 = 28/20 ≈ 1,4 м.
Определяем высоту балки на консоли
hоп = hср /2 ≈ 0,7 м.
Наименьшая ширина балки прямоугольного поперечного сечения
b = h/6 = 140/6 ≈ 23 см
Опорное сечение балки из условия прочности при скалывании должно удовлетворять условию:
В соответствии с сортаментом досок по высоте ставим 42 доски толщиной 33 мм. Высота балки с h = 42*3,3 = 139 cм. Ширина балки b = 23 см. Все размеры даны с учетом острожки древесины.
Отношение
h/b = 139/23 = 6,04 ≈ 6.
Коэффициент продольного армирования µ=0,01 – 0,035. Принимаем µ=0,015. n=Ea/Eдр=21 – коэффициент приведения для арматуры класса А-II.
Расчетные сопротивления для древесины 2-го сорта равны:
Ru= Rс =150 кгс/см2; Rск=15 кгс/см2, Rр=90 кг/см2.
Требуемая площадь арматуры в нижнем поясе балки:
Fa=Fдр×µ = 70×23×0,01=31,97
Принимаем 3Ø40 А-II (Аs=37,68 см2).
µр= Fa/ Fдр=37,68/139×23=0,011.
Геометрические характеристики:
Рабочая высота сечения:
h0=hср – а = 139 – 23 ≈116см.
Приведенная площадь сечения:
Fпр = bh0(1+nµ)=23×116×(1+21×0,011)=3284 см2.
Высота растянутой зоны:
Высота сжатой зоны:
Приведенный момент инерции:
Iпр = (bh3/12) × [(1+4nμ)/(1+nμ)]= (23 * 1393 / 12) * [(1+4 * 21 * 0.011) / (1+21 * 0.011)] = 8045221 см4
Приведенные моменты сопротивления сжатой и растянутой зоны:
Wпрс = Iпр / hс = 8045221 / 68,88 =116800,5 см3
Wпрр = Iпр / hр = 8045221 / 47,12 =170739 см3
Приведенный статический момент относительно древесины:
Приведенный статический момент относительно арматуры:
Расчетная поверхность сдвига клеевого шва арматура-древесина:
D=0,9(nст+2)×Øарм+10мм =0,9×(3+2) ×40+10 ≈ 190мм=19см.
Расчет балки выполняется по двум группам предельных состояний.
Проверяем прочность расчетного сечения:
1) по древесине:
σД= М/Wспр =164971×102/116800,5 =1 41,24кгс/см2 < Rиmпmвmбmсл=150×1,2×1×0,8×1=144 кгс/см2, условие выполняется.
2) по арматуре:
М×n×Кт/Wрпр.х=164,971×105×21×1,34 / 170739=2718 кгс/см2<Rа/γn=2800 кгс/см2.
Кт=1+0,67×qвр/qп =1+0,67×180/354,69=1,34
Проверяем прочность опорных сечений:
3) по древесине на действие касательных напряжений:
Qоп×Sпр/(Jпр×b)=24700×54567/(8045221×23)=7,28 кгс/см2 < Rск/γn=15 кгс/см2.
4) по клеевому шву арматура-древесина:
Qоп×S апр× Кт / (Jпр×Dрасч)=24700×37285×1,34 / (8045221×19) =8,07 кгс < Rск/γn=15 кгс.
Проверяем прогиб балки:
f = 3,2см < l/300 = 2800/300=9,3 см – условие выполняется
Проверяем возможность размещения стержней по ширине сечения:
mст× (dа+0,5)+(mст+1) ×da=3× (4+0,5)+(3+1) ×4=29,5 см > b=23см.
Поскольку разместить стержни в отдельных пазах невозможно, принимаем групповое армирование.
Общая масса балки покрытия:
М = Мдр+Марм =650×0,23×34×(1,39+0,7)/2+9,8×34×3= 6,311 т.
