Одноэтажное здание с деревянным каркасом

Тогда , см³.

Напряжения: кг/см².

Учитывая, что минимальная толщина защитного слоя (16мм), а рабочего слоя (19мм) в дальнейшем расчете принимаем защитный настил толщиной 16 мм., рабочий настил сечением 15х3.2 см. при шаге 0.4 м.

 

4.2 Конструирование и расчет прогонов

Принимаем в  проекте прогоны разрезного типа, представляющие собой продольные ряды свободно опертых балок, установленных на несущие конструкции покрытия. Нейтральные оси сечений получают такой же уклон к горизонту, как и покрытие. Прогоны соединяются по длине на опорах при помощи косого прируба. От сползания по скату прогоны удерживаются бобышками прибиваемыми к опорам гвоздями.

Прогоны рассчитываем прогон как при косом изгибе согласно п. 6.12 [1].

Расчетная схема  прогона:

                             

Рис. 4.2.1 Схема действия нагрузок на прогоны.

 

Таблица 4.2.1 Сбор нагрузок на  прогоны.

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кг/м2	Коэффициент надежности по нагрузке γf	Расчетная нагрузка, кг/м2
1	Постоянная нагрузка
	Прогоны (Лиственница 2 сорта, ω=12%)	12	1.1	12∙1,1=13.2
	- дощатый настил	650*0,048=31.2	1.1	31.2∙1.1=34.32
	- Линокром (2 слоя)	2∙4.6=9.2	1.3	9.2∙1.3=11.96
	Итого:	52.4	-	59.48
2	Временная нагрузка
	- снег	73.8	1.4	103.32
	Итого:	73.8	-	103.32
Всего:		126.6		162.8

Принимаем шаг  прогонов В=1.5м., тогда погонная нагрузка составит:

- нормативная   кг/м.

- расчетная  кг/м.

Определяем составляющие нагрузки q по осям X и Y:

 кг/м.

 кг/м.

Подбор сечения  прогонов по прочности.

Определяем величины моментов по осям X и Y:

 кг∙м., где l- длина прогона (шаг рам).

 кг∙м.

Примем соотношение сторон прогона как  , отсюда b=1.5∙a.

;                          

Расчетное сопротивление  изгибу:

 тогда   м.

принимаем размеры сечения прогона  (размеры принимаются согласно действующему сортаменту): а=150мм., b=225мм.

Геометрические характеристики сечения:

 см³.;       см³.;

 см⁴.;

см³.

Выполним проверку прочности

кг/см². Условие выполняется.

кг.

 кг/см².

Условие выполняется.

Проверка прогонов по прогибу.

 где f_x,_у- составляющие деформации f по осям х,у.

см.

 см⁴.

 см.

 см.;

;    ;     - условие выполняется.

 

5. Статический расчет плоской рамы на ЭВМ

5.1 Составление конечно-элементной  модели. Описание ее свойств

Конечно-элементная модель плоской поперечной рамы представлена в виде отдельных пространственных стержневых конечных элементов. Тип конечных элементов – 10 (универсальный пространственный стержневой КЭ). Опоры рамы задавались связями в стойках по X и Z (узлы 1 и 8). Геометрия модели принята по заданным ранее размерам рамы. Жесткостные характеристики конечных элементов приняты одинаковыми. Модуль упругости древесины – 10⁹ кг/м2. Плотность древесины 650 кг/м³.

Рис. 5.1.1 Конечно-элементная модель в ПК «Лира».

Размеры сечений  элементов:

1 – колонна,  сечение 21х66 см.

2 – ригель, сечение 21х150 см.

3 – колонна, сечение 21х72.6 cм.

 

Рис. 5.1.2 Номера элементов.

 

5.2 Сбор нагрузок

Поперечная  рама воспринимает следующие нагрузки: постоянные (от веса покрытия, каркаса  и стенового ограждения), временные (от снега и ветра).

Постоянные  нагрузки

Таблица 5.1 Постоянная нагрузка от собственного веса.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кг/м	Коэффициент надежности по нагрузке γf	Расчетная нагрузка, кг/м
- Линокром (2 слоя)	2∙4.6∙6=55.2	1.3	55.2∙1.3=71.76
- Дощатый настил	650∙0,048∙6=187.2	1.1	187.2∙1.1=205.92
-Прогоны (Лиственница 2 сорта, ω=12%)		1,1	153.56∙1.1=168.92
-связи жесткости	8.0	1,1	8.0∙1,1=8.8
Итого	403.96		455.4

 

Собственный вес покрытия: кг/м.

Собственный вес покрытия передается на ригель через прогоны. Сосредоточенное усилие, передаваемое одним прогоном, составит:

кг (где 1,5 – шаг прогонов, м.)

Собственный вес ригеля: кг/м.

Собственный вес колонны: кг/м.

кг/м.

Собственный вес ограждения:

Принимаем стеновое ограждение из профлиста НС35-1000-0.8

Нормативные нагрузки от массы стенового ограждения и  двойного остекления можно принять  равным:

 кПа; кПа;

кг/м.

Вес стены соответственно составит

кг. и кг.,

где и - высота стены.

Нагрузка от ограждения приложена  к колонне с эксцентриситетом.

Изгибающие моменты соответственно равны:

кг∙м.

кг∙м.

Временные нагрузки

Снеговая нагрузка:

Согласно [3] расчетное  значение веса снегового покрова  для г. Иркутска (II снеговой район) равно кг/м².

 кг/м.

Снеговую нагрузку прикладываем в виде сосредоточенных  усилий, так как она передается на ригель через прогоны.

кг.

Ветровая нагрузка:

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Нормативное значение ветрового  давления: кПа (п. 11.1.4 [3]),

для г. Иркутска (IV ветровой район).   

 коэффициент, учитывающий  изменение ветрового давления  по высоте (п. 11.1.5 и 11.1.6 [3]);

 аэродинамический коэффициент  (п. 11.1.7 [3]);

Принимаем тип местности В – городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.

Аэродинамические  коэффициенты:

- с наветренной  стороны  ;

- с подветренной  стороны  ;

- для покрытия при ветре слева

- для покрытия при ветре справа

(для участка J, согласно рис. Д.4.б [3]), (для участка I)

Нагрузки от ветрового давления запишем в  табличной форме:

Ветер слева:

Таблица 5.2 Нормативное ветровое давление на 1м² стены

Z, м	Наветренная сторона, кг/м2	Подветренная сторона, кг/м2

                     Таблица 5.3 Расчетное ветровое давление на 1м стены .

Z, м	Наветренная сторона, кг/м	Подветренная сторона, кг/м

Распределенную ветровую нагрузку в торец ригеля заменяем сосредоточенной силой, приложенной в узел 4 и 5 соответственно.

W⁴=(143.18+151.85)/2∙1.5=221.27 кг.

W⁵=(98.15+102.89)/2∙1.5=150.78 кг.

Ветер справа:

Таблица 5.4 Нормативное ветровое давление на 1м² стены

Z, м	Наветренная сторона, кг/м2	Подветренная сторона, кг/м2

 

Таблица 5.5 Расчетное ветровое давление на 1м  стены 

.

Z, м	Наветренная сторона, кг/м	Подветренная сторона, кг/м

W⁴=(89.43+96.33)/2∙1.5=139,3 кг.

W⁵=(157.15+164.57)/2∙1.5=241.3 кг.

     Нагрузки от ветрового давления на покрытие.

Ветер слева:

 кг/м.

 кг/м.

Ветер справа:

Участок покрытия J, шириной 2,28 м.

 кг/м.

 кг/м.

Участок покрытия I

 кг/м.

 кг/м.

Все нагрузки на раму задаются в отдельных загружениях.

 

Загружение 1. Собственный вес конструкций.

Собственный вес деревянных конструкций (колонны, ригеля) задается автоматизировано ПК «Лира», в виде равномерно распределенных нагрузок по длине стержней, в зависимости от заданных жесткостей элементов.

 

Рис. 5.2.1 Загружение 1. Собственный вес конструкций (тс).

 

Загружение 2. Собственный  вес покрытия и ограждения.

 

Рис. 5.2.2 Загружение 2. Собственный  вес покрытия и ограждения (тс, тс∙м).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Загружение 3. Снеговая нагрузка.

 

Рис. 5.2.3 Загружение 3. Снеговая нагрузка (тс).

 

Загружение 4. Ветровая нагрузка. Ветер слева.

Рис. 5.2.4 Загружение 4. Ветровая нагрузка. Ветер слева (тс).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Загружение 5. Ветровая нагрузка. Ветер справа.

 

Рис. 5.2.5 Загружение 5. Ветровая нагрузка. Ветер справа (тс).

 

5.3 Расчет

Расчет плоской поперечной рамы произведен в программном комплексе «Лира 9.4».

В основе расчета  положен метод конечных элементов в форме перемещений.

Для определения  наиболее неблагоприятных загружений было составлено расчетное сочетание  усилий (РСУ):

1 и 2 загружения  – постоянные,

3,4 и 5 загружения  – кратковременные,

загружения  4 и 5 взаимоисключающие.

Тестовый файл задачи в ПК «Лира» прилогается (см. приложение 1).

 

 

5.3 Результаты расчета.

 

Рехультаты расчета  программным комплексом «Лира» представлены в виде таблицы РСУ, см. приложение 2.

 

 

 

 

 

6  Конструирование и  расчет ригеля

В качестве несущих конструкций  покрытия применена односкатная, клеедощатая, балка, армированная продольной аратурой в верхнем и нижнем поясе. Для армирования балки используем арматуру класса А-400 диметром 22 мм.

Модуль упругости стали Е=200000 МПа.

Принимаем для изготовления балки доски из лиственницы 1 и 2-ого сорта, сечением 40х170, после фрезерования 33х165 мм. Клей резарциновоформальдегидный ФР-12.

Для назначения предварительных  размеров балки используем соотно-шения, известные из опыта проектирования подобных конструкций.

Для армированных балок средних и малых пролетов (L=9…24 м) высота сечения приблизительно составляет: