Проектирование несущих и ограждающих конструкций покрытия

Содержание:

 

 

Исходные данные…………………………………………….…………………...3

1. Расчет прогонов покрытия……………………………………………………..4

1.1 Геометрический  расчет арки кругового очертания…………………...4

1.2 Сбор нагрузок……………………………………………………………4

1.3 Конструирование  и расчет многопролетных неразрезных  прогонов...5

2. Конструирование и расчет клеедощатой арки………………………………..8

2.1 Статический  расчет арки………………………………………………..8

2.2 Подбор  поперечного сечения арки……………………………………..9

3. Конструирование и расчет основных узлов арки…………………………...12

3.1 Конструирование  и расчет опорных узлов…………………………...12

3.2 Конструирование  и расчет коньковых узлов…………………………17

4. Конструирование и расчет цельной  колонны из клееной древесины……..20

4.1 Определение  усилий в колоннах………………………………………20

4.2 Конструктивный  расчет колонны цельного сечения………………...22

4.2.1 Расчет  относительно оси X-X (в плоскости  рамы)…………...22

4.2.2 Расчет  относительно оси Y-Y (из плоскости  рамы)………….23

4.2.3 Расчет  узла крепления колонны к фундаменту……………….23

Список литературы……………………………..………………………………..25

 

Исходные данные

1. Тип несущей конструкции  – арка круговая 
2. Пролет несущих конструкций – 24м.
3. Шаг несущих конструкций – 4,5м.
4. Район строительства –
5. Порода древесины – сосна
6. Режим эксплуатации здания – В-1, холодный
7. Класс ответственности здания – II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет прогонов покрытия

1.1 Геометрический расчет арки  кругового очертания

Перед началом  расчета прогонов необходимо выполнить  геометрический расчет арки, для определения  снеговой нагрузки с учетом угла наклона  оси полуарки.

Строительную  высоту арки принимаем как 1/7 от пролета.

 

Радиус  кривизны для круговых арок определяется по формуле 

 

Центральный угол φ (в градусах) определяется через тригонометрическую функцию

 

Длина дуги арки

 

1.2 Сбор нагрузок

В качестве кровельного материала принимаем металлочерепицу стальную.

Нагрузки, действующие на прогоны, подсчитываем на 1м² проекции покрытия, с учетом угла наклона оси полуарки и представляем в таблице 1.1. Расчетное значение снеговой нагрузки устанавливается по СНИП 2.01.07-85* [3].

 

Таблица 1.1

Сбор нагрузок на 1м² проекции покрытия (для холодной кровли)

Вид нагрузки	Нормативное значение кН/м2		Расчетное значение кН/м2
Кровельное покрытие (металлочерепица стальная)	0,06	1,05	0,063
Настил где - толщина досок настила; - плотность древесины	0,13	1,1	0,14
Собственный вес прогонов (ориентировочно)	0,15	1,1	0,165
Итого:
Снеговая  нагрузка	1,47		2,1
Итого:

 

1.3 Конструирование и расчет многопролетных неразрезных прогонов

Предварительно  следует задаться размерами поперечного  сечения прогонов. Для прогонов используются доски толщиной и высотой согласно сортаменту пиломатериалов по ГОСТ 24454-80. Шаг прогонов принимаем 1м.

Прогоны рассчитываются на изгиб только от действия нормальных к скату покрытия равномерно распределенных нагрузок. Скатные составляющие должны восприниматься настилом. Сбор нагрузок выполняется  согласно таблице 1.1.

Расчет  полной линейной нагрузки, перпендикулярной проекции покрытия:

• нормативное значение

 

• расчетное значение

 

 

Расчетное значение составляющей нагрузки нормальной скату:

 

Расчет  прогонов осуществляется на максимальный изгибающий момент на средних опорах, который при равнопрогибной расчетной  схеме вычисляется по формуле

 

где - пролет прогона, равный шагу несущих конструкций, м.

Статический момент сопротивления поперечного  сечения прогона относительно оси  X:

 

Проверка  напряжений осуществляется по формуле

 

где – расчетное сопротивление изгибу с учетом породы древесины, условий эксплуатации, класса ответственности здания.

Запас по прочности , что не превышает допустимого (20-25%).

Для расчета  прогонов по деформациям необходимо установить величину нормативного значения нагрузки относительно оси X

 

Прогибы в средних пролетах определяются по формуле

 

где – модуль упругости древесины, ;

- момент инерции.

Гвоздевой стык должен быть рассчитан на действие поперечной силы, равной

 

где – расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя.

Принимаем строительные гвозди 4x125 мм.

Количество  гвоздей с каждой стороны стыка  определяется по формуле

 

где – минимальная несущая способность гвоздя [1].

Несущая способность (кН) одного среза гвоздя при односрезном соединении элементов равной толщины определяется с учетом породы древесины и условий эксплуатации, заданных проектом по формулам:

из условия  смятия древесины

 

из условия  работы гвоздя на изгиб

 

где - толщина доски прогона, - диаметр гвоздя.

Учитывая, что многопролетные прогоны в  крайних пролетах будут перегружены  на 10-13%, рекомендуется в конструкции  прогонов из досок на ребро поставить  в крайних пролетах по дополнительной доске. Между стыками доски по всей длине прогонов необходимо сбить  гвоздями через 50 см, для обеспечения  совместности их работы.

 

2. Конструирование и расчет клеедощатой арки

2.1 Статический расчет арки

Статический расчет арки сводится к определению  значений расчетных усилий от действующих  постоянных и временных нагрузок. Нагрузки, действующие на арку, необходимо скорректировать с учетом её собственного веса.

Расчетная нагрузка от собственного веса арки рассчитывается ориентировочно по эмпирической формуле [4]

 

В арках  кругового очертания согласно СНиП «Нагрузки и воздействия» необходимо рассматривать два варианта загружения снеговой нагрузкой: равномерно распределенной и по треугольнику. В связи с этим внутренние усилия следует вычислять отдельно от постоянной и снеговой нагрузки.

Расчетное значение постоянной линейной нагрузки с учетом собственного веса арки

 

Значение  расчетной линейной равномерно распределенной снеговой нагрузки

 

 

 

Таблица 2.1

Определение расчетных усилий в арке

Схема загружения	Внутренние усилия и опорные  реакции
					Множитель
Постоянная равномерная	-6,3144	72,0065	69,237	39,564	1,884
Снег слева	162,2527	120,393	115,7625	99,225	6,3
Снег справа	-0,1039	2,8665	2,7563	0,7875	6,3
Снеговая по треугольнику	169,1747	119,7504	119,7504	125,1936	12,96
Снеговая по треугольнику слева	230,9005	79,1986	79,3619	113,2186	12,96
Расчетные значения	224,5861	151,2051	188,9874	164,7576

 

2.2 Подбор поперечного сечения арки

Арки  кругового очертания рассчитываются, как сжато изгибаемые элементы. Проверка осуществляется по формуле 

Принимаем ширину поперечного сечения , толщину пиломатериала с учетом острожки принимаем 26 мм.

Расстояние  между точками раскрепления арок из плоскости для принятой ширины сечения должно быть не более .

Предварительная высота поперечного сечения арок может определяться из условия изгиба, поскольку размеры сечения сжато-изгибаемых элементов в большей степени  зависят от величины изгибающего  момента

 

где - расчетное сопротивление изгибу.

Фактическую высоту поперечного сечения арки необходимо скорректировать с учетом принятой толщины пиломатериала.

Момент  сопротивления предварительно принятого  поперечного сечения арки

 

Гибкость  арки в плоскости действия момента

 

необходимо  увеличить высоту поперечного сечения, добавив несколько досок .

Тогда

 

 

Коэффициент, учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы при деформации полуарки, определяется по формуле

 

где – расчетное сопротивление древесины сжатию.

В арках  кругового очертания нет необходимости  в создании эксцентриситета, поэтому  за расчетный изгибающий момент принимается значение изгибающего момента М, полученное при статическом расчете арки (таблица 2.1).

 

Проверка  прочности принятого сечения  арки

 

где кНсм.

Расчет  на устойчивость плоской формы деформирования проводить не следует, так как  отношение высоты сечения арки к  ширине меньше 5.

Затяжка рассчитывается как центрально растянутый элемент на действие распора . Требуемая площадь поперечного сечения затяжки

 

Принимаем прокатные профили из двух спаренных уголков 63х6, А=7,28 см².

 

3. Конструирование и расчет основных узлов арки

3.1 Конструирование и расчет опорных узлов

Для расчета  и конструирования опорного узла арки необходимо установить значение расчетной продольной силы в опорном  сечении.

Для арки круглого очертания продольная сила в опорном сечении определяется с учетом данных таблицы 2.1 по формуле

 

Опорный узел клееных арок с затяжками  выполняется при помощи стального  сварного башмака. Башмак состоит из опорной плиты, фасонок и упорной диафрагмы.

Опорная плита башмака располагается  горизонтально. Вертикальные фасонки привариваются к опорной плите.

Между фасонками вваривается упорная диафрагма прямоугольного или ребристого сечения. Упорная диафрагма может располагаться наклонно, перпендикулярно оси арки или вертикально. В первом случае поперечная сила воспринимается нагелями, соединяющими фасонки с аркой, во втором случае поперечная сила воспринимается лобовым упором арки в опорную плиту или обвязочный брус.

Упорная диафрагма чаще всего решается в  виде плиты, усиленной ребрами жесткости, что позволяет уменьшить расчетный  пролет плиты при расчете её на изгиб. Ребра жесткости выполняются  из листового металла.

Толщина фасонок назначаем в зависимости от величины действующей в опорном узле продольной силы. При .

Толщину ребер принимаем равной толщине  фасонок , а длину ребер

В арке кругового  очертания высота упорной плиты  рассчитывается из условия работы торца  арки на смятие вдоль волокон силой N:

 

Высота  упорной плиты  в арке кругового очертания должна быть не менее Принимаем .