Кафедра гидротехнических сооружений,

Кафедра гидротехнических сооружений,

Строительных конструкций и механики твердого тела

 

 

Расчетно-графическая работа № 2

по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

Проектирование деревянных конструкций покрытия и элементов каркаса производственного здания

Часть 2.

Покрытие и составная стойка заводского изготовления

 

Пояснительная записка

Учебная группа		________
Разработал	____________________	________

Санкт-Петербург

2018

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.. 4

Задание к РГР. 4

Используемые источники.. 5

1. Разработка конструктивной схемы покрытия здания, назначение генеральных размеров элементов покрытия и составной стойки.. 6

2. Определение прочностных характеристик заданных пород и фанеры... 8

3. Определение постоянных и временных нормативных и расчетных нагрузок, действующих на покрытие производственного здания.. 12

4. Расчет элементов покрытия.. 15

4.1.  Покрытие из клеефанерных панелей.. 15

4.2.  Дощатоклееная балка.. 22

4.3.  Составная стойка.. 27

5. Схема расстановки связей покрытия.. 33

 

 

Введение

Задание к РГР

Требуется разработать проект конструкций покрытия одноэтажного однопролетного производственного здания заводского изготовления. Стены здания кирпичные толщиной 640 мм. В местах опирания дощатоклееных предусмотрены пилястры с размерами в плане 250х510 мм. В середине здания вместо пилястры предусмотреть и запроектировать составную аварийную стойку из бруса.

 

I. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1

Район строительства

Г. Барнаул;

2

Класс условий эксплуатации

2;

3

Количество дощатоклееных балок

10

шт,

при их шаге

5,4

м; 4

Ширина технологического габарита (b)

15,1 м;

5

Количество панелей на полупролете

10 шт;

6

Количество

продольных внутренних ребер

2 шт;

поперечных внутренних ребер

3 шт;

7

Высота технологического габарита (h)

5,8 м;

8

Древесина

-доски, бруски - Пихта                        b = 175 мм

-брусья - Кедр Красноярского края

-фанера - ФСФ

Сорт древесины

для растянутых элементов –

I,  II

для сжатых и изгибаемых –

II, III

9

Кровельный материал

Трехслойная наплавляемая

кровля производственного здания: холодная, утепленная

Утеплитель толщиной 10см

Isover

объемный вес

158

кг/м³.

10

Вид нагеля

Дубовый

                                   

 

Расчеты дополняются изображениями расчетных схем элементов деревянных конструкций, эскизами узлов и разрезов, необходимыми пояснениями и ссылками на нормативную и справочную литературу.

В пояснительной записке прорабатываются и освещаются следующие вопросы:

1. Разработка конструктивной схемы покрытия здания, назначение генеральных размеров элементов покрытия и составной стойки.

2. Определение расчетных сопротивлений заданной породы и сортности.

3. Определение постоянных временных нормативных и расчетных нагрузок действующих на элементы покрытия.

4. Расчет элементов покрытия:

а) покрытие из клеефанерных панелей;

б) дощатоклееная балка;

в) составная стойка.

5. Схема расстановки связей покрытия.

 

Графическая часть

Графическая часть выполняется с помощью ЭВМ и т.п., и включает в себя:

1. Схему конструкций покрытия (М 1:250) с разрезами

2. Чертеж клеефанерной панели с разрезом (М 1:20)

3. Чертеж дощатоклееной балки с разрезом (М 1:50)

4. Чертеж составной стойки с разрезом (М 1:25)

5. Спецификация трех деревянных элементов покрытия.

 

 

Использованные источники

1. СП 64.13330.2017г. «Деревянные конструкции». Актуализированная редакция СНиП II-25-80. М. 2011.

2. СП 64.13330.2016г. «Нагрузки и воздействия». Актуализированная редакция СНиП 2.01.07.85*. М. 2011

3. Филимонов Э.В., Гаппоев М, М. и др. Конструкции из дерева и пластмасс. Изд-во АСВ. 2010 г. М. – учебник

4. Коновалов С.И. и др. Деревянные конструкции и конструкции из ПММ. Л., ЛВВИСУ 1982 г. – учебник

5. Бойтемиров Ф.А. Конструкции из дерева и пластмасс. Изд-во «Академия» 2013г. М. – учебник.

Расчет элементов покрытия

 

Дощатоклееная балка

В работе балок постоянной высоты и двускатных балок наблюдается существенное различие. Если в первых максимальные нормальные напряжения совпадают с местом действия наибольшего изгибающего момента, то при переменной высоте балки сечения, где развиваются максимальные нормальные напряжения, не совпадают с теми, где момент наибольший в балках с постоянной высотой. На рис. 5 показаны пунктиром расчетные схемы, эпюры M и Q для балок постоянной высоты, а сплошными линиями эпюры σ и Q для балок переменной высоты (двускатных).

Рис. 5

Положение опасного сечения двускатной (проектируемой) балки определяется по формуле:

,

где: - пролет балки; - высота на опоре; - высота балки посередине пролета.

Зададимся отношением высоты балки на опоре и в пролете . Тогда положение опасного сечения определяется из выражения:

 

Расчетный момент в этом сечении

Здесь  - погонная расчетная нагрузка, а 2,94 кПа – расчетная нагрузка на 1 м² (раздел 3 РГР).

Подбор сечения будем производить методом последовательного приближения (попыток).

Ширина балки задана (см. задание). В качестве заготовок для склеивания даны по заданию доски шириной 17,5 см после острожки 3 мм, будет равна

Толщину досок возьмем 4 см, что после острожки 2 мм она будет равна

Условие прочности клееной балки с учетом условий изготовления и эксплуатации будет иметь вид

,

Где - момент сопротивления сечения.

R_и =8,32МПа – расчетное сопротивление изгибу (см. табл. 2.1 РГР).

Из условия прочности

найдем требуемую высоту сечения балки в четверти пролета

 

Тогда высота балки на опоре и посередине пролета получится равной

(принимаем )

 

Проверим прочность принятого сечения:

1. По касательным напряжениям

 

Прочность не обеспечена, перегрузка значительная (76%), необходимо значительно увеличить высоту сечения. Примем .

Тогда

 

Высоту сечения посередине пролета оставляем прежней, т.е. .

Уточняем положение опасного сечения

Расчетный изгибающий момент

Высота балки в расчетном сечении

Находим горизонтальные (нормальные к поперечному сечению) напряжения

 

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена с некоторым запасом (23%). При большем запасе с целью экономии материала следует попытаться уменьшить высоту балки в коньке.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования производится по формуле

где M – наибольший изгибающий момент в пределах расчетного участка ; W – момент сопротивления сечения посередине пролета;  - коэффициент устойчивости плоской формы деформирования,

 ,  - коэффициент, зависящий от плоской формы изгибающего момента (табл. Е2 [1]).

Проверка  устойчивости плоской формы деформирования не требуется, если

,

В рассматриваемом случае  - расчетная длина, равная ширине клеефанерной панели.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования не требуется. Устойчивость обеспечена.

Проверка жесткости балки.

Прогиб посередине балки определяется по формуле:

 

Предельный прогиб f_lim в соответствии с табл. Д.1 СП [2] составляет 1/250 пролета

В формуле  - k – коэффициент, учитывающий переменность сечения балки по высоте  

с – коэффициент, учитывающий деформации сдвига от поперечной силы

;

Прогиб балки постоянного сечения:

 

Здесь

 

Жесткость балки обеспечена.

Окончательно принимаем размеры балки:

высота в коньке h_к=170см,

высота на опоре h_о=150см,

ширина сечения b_б=16,9см.

 

Составная стойка

 

Исходными данными (см. задание) для расчета и конструирования составной стойки являются:

- высота стойки – ;

- древесина – пихта II сорта;

- предельная гибкость сжатых стоек - 120 (табл. 16 (1));

- предполагается, что опирание стойки на фундамент и балки на стойку – шарнирное.

Расчет составной стойки заключается в определении размеров поперечного сечения (ширины h и высоты b, см, например рис.6 пособия), величины и количества прокладок как поперек, так и по длине стойки .

Поставленная задача решается в следующей последовательности:

1. Сначала определяется расчетная площадь поперечного сечения, рассматривая устойчивость стойки относительно материальной оси x - x.

2. Для определения и проверки устойчивости стойки относительно свободной оси y - y необходимо назначить вид связи, ее диаметр, размеры, количество, расстановку их.

3. С учетом исходных данных и рекомендаций СП производим компоновку составной стойки.

4. Проверяем устойчивость стойки по фактической величине приведенной гибкости.

Задаваясь гибкостью 80 – 110 в пределах указанной выше и учитывая то обстоятельство, что гибкость относительно материальной оси x - x не зависит от количества досок и определяется гибкостью одной доски, определим необходимую ширину сечения стойки (ширину досок или брусьев).

,

где  - гибкость относительно оси ;  – расчетная длина равна ;  - коэффициент расчетной длины, при шарнирном опирании п. 7.23 [1];  - радиус инерции, .

;

Задаваясь , определим

Принимаем согласно ГОСТ 24454-80^* . При этом гибкость .

Тогда коэффициент продольного изгиба

, если l<70

или

, если l³70, тогда

 

И требуемая площадь стойки составит

 

Здесь опорная реакция дощатоклееной балки.

.

При большой требуемой площади ее следует компоновать не из досок, а из брусков, с площадью большей . Поэтому, примем сечение, состоящее из 3 брусьев сечением с прокладками между ними по (рис. 6). Тогда расчетная площадь составит

Проверим принятое сечение на устойчивость относительно оси x - x.

 

 

 

Недонапряжение составляет 8,6%. Если недонапряжение будет более 10 -12%, то нужно уменьшить сечение.

 

Вид связей задан. Это нагели. Назначим диаметр нагеля по конструктивным соображениям () равным 20 мм. По техническим данным с учетом рекомендаций СП п. 8.20 определяются размеры прокладок. Высота их может быть равной высоте досок стойки или несколько меньшей.

При прямой расстановке нагелей необходимо выполнить требования п. 8.20 [1] для дубовых нагелей (s₁ - расстояние между осями нагелей вдоль волокон древесины; s₂ – поперек, s₃ – от кромки элемента). Они равны:

 

Если принять , то длина прокладки по конструктивным соображениям будет равна 36 см () и тогда размеры прокладок будут равными .

Примем количество коротких прокладок равным 9.

С учетом исходных данных и рекомендаций п. 7.18 [1] производим компоновку составной стойки, результаты которой представлены на рис. 6. В ней определены и приняты:

1. Длины всех прокладок 36 см;

2. Расстояние между центрами прокладок по высоте при 9 прокладках равно ;

3. Расстояние между ближайшими связями в соседних прокладках 

.

Рис. 6 Компоновочная схема составной стойки

Проверка устойчивости стойки производится по фактической величине приведенной  гибкости:

После компоновки определяем приведенную гибкость стойки.

,

где - гибкость стойки относительно оси , вычисленная без учета податливости связи; - гибкость отдельной ветви относительно оси , найденная по ее расчетной длине , равной расстоянию между ближайшими связями в соседних прокладках; - коэффициент привидения гибкости,

.

Здесь и - размеры сечения, см; - коэффициент податливости соединений, определяемый по табл. 14 [1]; - количество швов, по которым может произойти сдвиг между связями (4шт.); - расчетная длина стойки, м; - количество срезов связей в одном шве на одном погонном метре.

Определим гибкость 3-х (ничем не связанных досок подобранного ранее сечения относительно оси y - y). В этом случае

Радиус инерции

 

Гибкость без учета податливости связей (относительно оси y - y) составит

 

Вычислим также

коэффициент податливости соединений (табл. 14 [1]) для дубовых нагелей (по заданию), d в сантиметрах:

 

Количество срезов в одном шве на одном погонном метре

 

 

Коэффициент привидения гибкости

, где

b и h – ширина и высота поперечного сечения стойки.

Гибкость отдельной ветви равна

 

Приведенная гибкость

 

В целом

 

 

Требование устойчивости сжатой стойки обеспечено. Недогруз составляет 14%, что допустимо.

Принимается стойка из трех досок  с десятью короткими прокладками из бруска толщиной 7,5 см и длиной 24 см. В каждой прокладке ставится по четыре дубовых нагеля диаметром 20 мм (рис 6).

В итоге получено подтверждение принципа равноустойчивости λ_х≈λ_пр (103,8≈100,2).

 

 

Кафедра гидротехнических сооружений,