Особенности проектирования оснований в Кузбассе

Министерство образования  и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Кузбасский государственный  технический университет                               имени Т.Ф. Горбачева»

 

 

 

 

 

Кафедра строительных конструкций

 

 

 

 

Учебная дисциплина «Основы строительного конструирования»

Контрольная работа по теме № 9

 

 

 

Выполнил:

Ст-нт гр.ЭСбЗ-11

Зимаков И.С.

Проверил:

Башин М.Ю.

 

 

Кемерово 2013

Содержание

1.Физико-механические свойства древесинных конструкций. 3

2.Основы расчета металлических конструкций 9

3.Особенности проектирования оснований в Кузбассе. 12

Список использованной литературы. 19

1.Физико-механические  свойства древесинных конструкций.

1.1.Физические  свойства деревянных конструкций

 

К физическим свойствам древесины  относятся цвет, блеск, запах и  текстура.

Цвет древесины обусловлен климатом, составом почвы, возрастом  дерева, его породой и т. д. Цвет древесине придают находящиеся  в ней дубильные, красящие, смолистые  вещества и окислы этих   веществ.

Блеск древесины — это  способность отражать световой поток  с поверхности в определенном направлении. Блеск зависит от плотности  древесины, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Светлая и более  плотная древесина обладает большим  блеском, что придает текстуре древесины  особую красоту.

Запах древесины зависит  от количества эфирных масел, смол и  дубильных веществ. Древесина только что срубленного дерева или сразу  после ее механической обработки  обладает сильным запахом, у хвойных  пород более сильный запах, чем  у древесины лиственных пород.

Текстура древесины —  это естественный рисунок древесных  волокон на обработанной поверхности, обусловленный особенностями ее строения (1.8). Текстура зависит от расположения древесных волокон на разрезе  ствола, видимости годовых слоев, цветовой гаммы древесины, количества и размеров сердцевинных лучей. Декоративные породы: орех, красное дерево, дуб  обладают красивыми текстурой и цветом, а также блеском.

Красивую текстуру имеет  свилеватая древесина карельской березы. Красивую текстуру получают из дубовых  кряжей, распиливая их в радиальном или тангентальном направлении для получения ножевой фанеры или текстурной дощечки. У бука, клена, дуба выразительная текстура при радиальном разрезе, у хвойных пород — при тангентальном разрезе.

По цвету, блеску и текстуре определяют породу древесины. Плотность  древесины — это отношение  ее массы к объему, измеряемой в  г/см3 или кг/м3. Плотность зависит от влажности, породы, возраста и условий роста древесины. Различают относительную и абсолютную плотность древесины, определяемую в лабораторных условиях.

Полную насыщенность древесины  водой называют границей гигроскопичности. Такая стадия влажности в зависимости  от породы дерева составляет 25...35%.

Древесину, полученную после  сушки при температуре 105 °С с полным выделением всей гигроскопической влаги, называют абсолютно сухой древесиной.

На практике различают  древесину: комнатно-сухую (с влажностью 8... 12%), воздушно-сухую искусственной сушки (12...18%), атмосферно-сухую    древесину (18...23 %) и влажную (влажность   превышает 23 %). 

 

 

18+ begun

Древесину только что срубленного  дерева или находившуюся долгое время  в воде, называют мокрой, ее влажность  до 200 %. Различают также эксплуатационную влажность, соответствующую равновесной  влажности древесины в конкретных условиях.

Усушка древесины —  это уменьшение ее объемных размеров при сушке в результате испарения  гигроскопической влажности. Усушка (1.9) в тангенталь-ном направлении составляет 6..Л2 % (6... 12 см на 1 м), в-радиальном — 3...6 %, а вдоль волокон — около 0,1 %, т. е. 1 мм на 1 м, что обычно не учитывается.

Неравномерная усушка древесины  по различным направлениям вызывает деформации и дефекты деревянных деталей и конструкций.

Разбухание древесины  — это увеличение размеров и объема при насыщенности ее водой до границы  гигроскопичности. Разбухание, как  и усушка, неодинаково в различных  направлениях.

Из-за усушки и разбухания деревянные конструкции деформируются  и могут стать полностью непригодными. Вот почему деревянные конструкции  изготовляют из стандартно-сухой  древесины.

Коробление древесины  — результат неравномерной усушки, вызывающий внутренние напряжения и  трещины. Усушка досок в наружных слоях больше, чем во внутренних, что вызывает коробление. Доски из сердцевинной части ствола менее подвержены короблению. Коробление граней пиломатериалов в зависимости от места нахождения в стволе показано на 1.10. Для предупреждения коробления влажность в момент изготовления изделий должна соответствовать эксплуатационной влажности. При этом соблюдают конструктивные требования: столярные плиты склеивают из узких реек, уложенных с различно или взаимно перпендикулярно направленными волокнами древесины. Рейки не только склеивают, но и закрепляют рамой или наконечниками.

Теплопроводность — это  способность толщи древесины  проводить тепло от одной поверхности  к противоположной. Для древесины характерен низкий коэффициент теплопроводности древесины 0,17...0,31 Вт/ (м-°С), зависящий от породы, плотности, влажности и направления разреза. Сухая древесина плохой проводник тепла.

Звукопроводность — это  способность древесины проводить  звук. Звукопроводность древесины вдоль  волокон больше звукопроводности воздуха  в 16 раз, а поперек волокон —  в 3...4 раза.

Качество древесины определяется звукопроводностью. После удара  по комлевой части растущего или  срубленного ствола хорошее распространение  звука свидетельствует о качестве древесины. Прерывистый звук, переходящий  в глухой, свидетельствует о загнивании древесины.

Электропроводность сухой  древесины незначительна. Это позволяет  использовать древесину в качестве электроизоляционного материала. Электропроводность используют для определения влажности  древесины.

Коррозионная стойкость  древесины — это ее способность  сопротивляться действию агрессивной  среды -Древесина не подвержена воздействию слабых растворов щелочей, солей, различных органических и минеральных кислот. Хвойные породы более стойки к коррозии, чем лиственные породы.

1.2. Механические свойства древесины

 

Вертикальные статические  нагрузки — это постоянные или  медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру  древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, ее определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в  Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кгс/см2).

Сопротивление древесины  определяют как вдоль волокон, так  и в радиальном и тангентальном направлении.

По направлению действия силы (нагрузок) различают прочность  древесины на сжатие, изгиб, скалывание, растяжение. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности  и наличия пороков.

Древесина работает на изгиб  с опорой в середине (1 12, а) (доска-качель), с закрепленным концом (П2 б) (балка балкона), с опорами на концах , (балки перекрытия). Во всех случаях конструкции подвержены растяжению и сжатию. В двух первых вариантах верхний слои конструкции растянут, а нижний - сжат, в третьем варианте -верхний слой сжат, а нижний растянут. В первом и третьем вариантах от воздействия критического момента разрушение произойдет в середине детали, во втором варианте - в месте ее закрепления.   Во всех вариантах изгиба граница действия сил сжатия и растяжения проходит через ось в центре конструкции. Ее называют нейтральным слоем, так как здесь отсутствуют силы сжатия и растяжения, но действуют силы сдвига.

Предел прочности древесины  на сдвиг (скалывание) — это способность  ее сопротивляться перемещению вдоль  и поперек волокон (1.13,а,б,). Прочность на скалывание поперек волокон больше, чем вдоль волокон.

Прочность забитых гвоздей  при растяжении зависит от вида сопряжения детали (1.14). В первом случае оно в  два раза меньше, чем при двойном.

Скалывание в деревянных конструкциях в узлах фермы действует  совместно с силами на сжатие и  изгиб.

18+ begun

Прочность древесины зависит  от влажности и объемной массы. При  увеличении влажности ее прочность  уменьшается. Плотная сухая древесина  более прочная, чем легкая и рыхлая. Неодинакова прочность древесины  в различных местах ствола. Наиболее прочна древесина комлевой части  ствола, имеющая большую объемную массу. На каждые 6 м предел прочности  древесины (от комля к вершине) снижается  на 8%.

Для древесины характерны эластичность и пластичность. Эластичность используется в рукоятках ручных инструментов, уменьшающих силу удара, например в ручке стамески.

Пластичность — способность  древесины сохранять приданную  ей форму после снятия приложенной  нагрузки. Влажность и повышение  температуры древесины увеличивают  пластичность. Обработка древесины  паром или горячей водой увеличивает  ее пластичность, что находит применение в производстве гнутой мебели, лыж. Высокая пластичность у бука, вяза, дуба, ясеня, меньшая пластичность у  хвойных пород из-за прямолинейной  структуры волокон.

Хрупкость — это свойство древесины внезапно разрушаться  под воздействием нагрузки. Хрупкой  древесины не существует, это объясняется  ее волокнистым строением.

Твердость древесины —  это способность сопротивляться внедрению инородного тела. Увеличение объемной массы древесины повышает ее твердость и увеличивает трудоемкость обработки.

С увеличением влажности  твердость древесины уменьшается. По твердости древесину подразделяют на твердую и мягкую. Твердые породы: граб, бук, дуб, клен, ясень, вяз, груша, орешник, ильм, лиственница и др., а наиболее твердые самшит и акация; мягкие: липа, ель, сосна, ольха и др.

Износостойкость — это  способность древесины противостоять  нагрузкам, возникающим в процессе трения (при эксплуатации полов, лестниц).

Износ древесины определяется стиранием поверхности при механических нагрузках в процессе эксплуатации и зависит от твердости и объемного  веса древесины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Основы  расчета металлических конструкций 
 
Проектирование металлических конструкций – многоэтапный процесс, включающий в себя выбор конструктивной формы, расчет и разработку чертежей для изготовления и монтажа конструкций. 
 
Целью расчета является строгое обоснование габаритов конструкции, ее размеров поперечных сечений и их соединений обеспечивающих условия эксплуатации в течение всего срока с необходимой надежностью и долговечностью при минимальных затратах материалов и труда на их создание и эксплуатацию. Эти требования часто противоречат друг другу (минимальный расход металла и надежность), поэтому реальное проектирование является процессом поиска конструктивного оптимального решения. 
 
Расчет состоит из следующих этапов:  

1.  
   установления расчетной схемы;
2.  
   сбор нагрузок;
3.  
   определения усилий в элементах конструкций; 
4.  
   подбор сечений;
5.  
   проверка допустимости напряженно-деформированного состояния конструкций, ее элементов и соединений.

 
До 1951г. расчет металлических конструкций  производился по допускаемым напряжениям  с использованием единого коэффициента запаса. В 1951г. выходят новые строительные нормы и правила, основанные на методе предельных состояний, где вместо одного используются три коэффициента, обоснованные методами математической статистики.  
 
Достоинством методики допустимых напряжений является простота, но эта методика недостаточно точно учитывает факторы, влияющие на работу конструкции. Вероятностные методы слишком сложны для повседневной инженерной практики. Применение их оправдано при проектировании уникальных, ответственных сооружений. 
 
Поэтому оптимальной считается методика предельных состояний, которая проста и научно обоснована. 
 
Основные положения расчета металлических конструкций 
 
Предельным называется состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям.  
 
В соответствии с характером требований, предъявляемых к конструкции, различают первое и второе предельное состояния. В нормах проектирования они фигурируют как группы предельных состояний: 
 
I группа включает в себя потери несущей способности и полную непригодность конструкции к эксплуатации вследствие потери устойчивости, разрушения металла, качественного изменения конфигурации, чрезмерного развития пластических деформаций. 
 
II группа предельных состояний характеризуется затруднением нормальной эксплуатации сооружений или снижением долговечности вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок опор, углов поворота колебаний, трещин и т.п.). 
 
Расчетные формулы для подбора сечений и проверки несущей способности конструкции по первому предельному состоянию исходят из основного неравенства 
 
, 
 
где N – предельное наибольшее усилие в конструкции, вызываемое внешними воздействиями; S – предельная несущая способность конструкции, зависящая от прочности материала, размеров поперечного сечения и условий работы конструкции. 
 
Нормативные нагрузки определяются по СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”. 
 
Обычно на конструкции действует одновременно несколько видов нагрузок. Поэтому и суммарное воздействие всех расчетных нагрузок должно иметь статистическую изменчивость. Чем больше одновременно действующих нагрузок учитывается в расчете, тем меньше вероятность превышения их максимального суммарного воздействия. 
 
Классификация нагрузок и их сочетаний 
 
При методике предельных состояний все нагрузки классифицированы в зависимости от вероятности их воздействия на нормативные и расчетные.  
 
По признаку воздействия нагрузки разделяются на: