Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего  
профессионального образования

«Пензенский Государственный Университет  Архитектуры и Строительства»

 

Инженерно-строительный институт

 

Кафедра «Строительные конструкции»

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

 

 

К курсовому  проекту на тему:

Проектирование одноэтажного каркасного

здания из деревянных конструкций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор проекта: Эльдар

Специальность: 2903 Группа ПГС-51

Обозначение: КП-2069059-******-09

Руководитель проекта: *******

Проект защищен:

(дата)  (оценка)

 

 

 

 

ПЕНЗА, 2009 
Содержание:

 

 

1.	Компановка  конструктивного остова здания………………………………………………		3.
2.	Проектирование панели со сплошным срединным  слоем………………………………….		4.
	2.1	Выбор конструкции……………………………………………………………………..	4.
	2.2	Подсчет нагрузок………………………………………………………………………..	5.
	2.3	Определение геометрических характеристик…………………………………………	5.
	2.4	Определение расчетных  усилий………………………………………………………..	6.
	2.5	Проверка несущей  способности панели……………………………………………….	6.
	2.6	Проверка прогибов панели……………………………………………………………	7.
	2.7	Расчет на местные нагрузки…………………………………………………………….	7.
3.	Проектирование круговой арки………………………………………………………………		8.
	3.1	Выбор геометрической схемы………………………………………………………….	8.
	3.2	Подсчет нагрузок..………………………………………………………………………	9.
	3.3	Определение усилий в сечениях арки…………………………………………………	11.
4.	Конструктивный расчет арки………………………………………………………………...		12.
	4.1	Подбор сечения арки…………………………………………………………………….	12.
	4.2	Проверка прочности сечений…………………………………………………………	12.
	4.3	Расчет затяжки…………………………………………………………………………	14.
	4.4	Расчет узлов……………………………………………………………………………...	14.
5.	Расчет стойки…………………………………………………………………………………		18.
6.	Список используемой литературы…………………………………………………………...		23.

 

 

1.  Компановка конструктивного  остова здания.

 

Необходимо  разработать проект одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций (надземная  часть). Здание предназначено для  использования в качестве спортивного корпуса. Предусматривается, что строительство будет производиться в III снеговом районе и IV ветровом районе. Ширина здания в осях 42 м., длина здания 66 м., шаг поперечных рам 6 м., полезная высота 11 м. В качестве покрытия будет использоваться плоская металлическая кровля. Материал из которого изготовляются несущие конструкции лиственница. Рама трех шарнирная клеедощатая. В качестве ограждающих конструкций будут использоваться трехслойные плиты с заполнителем из пенопласта. Простота изготовления, надежность и экономичность арок способствовала ее применению в покрытии проектируемого здания.

Клееные деревянные арки являются более эффективными как с экономической, так и  с эстетической точки зрения по сравнению с балочными конструкциями. Они имеют наиболее широкий диапазон применения в зданиях и сооружениях различного назначения. Арочные конструкции используются в покрытиях производственных, складских, зрелищных, выставочных, спортивных, зрелищных, общественных и других зданий и сооружений как больших, так и малых пролетов.

Арки  являются распорными конструкциями. Наличие распора уменьшает расчетные изгибающие моменты в них по сравнению с моментами балочных конструкций, что в свою очередь приводит к уменьшению рабочих сечений, а, следовательно, к снижению расхода материала. Распор воспринят стальной затяжкой.

Так как пролет более 30 м, то клееная  деревянная арка запроектирована трех шарнирной из условия изготовления и транспортировки и собирается из двух гнутых элементов. Очертание арки круговое, описанное по дуге окружности вокруг одного центра.

Основные узловые соединения трех шарнирной арки – опорные и коньковые шарниры. В большепролетных арках с затяжками предусматриваются – стыки затяжек и узлы крепления подвесок. Опорные и коньковые шарниры выполнены с применением валиковых шарниров. 
2. Проектирование панели со сплошным срединным слоем.

 

Требуется запроектировать утепленную панель покрытия производственного здания. Панели укладываются непосредственно  на несущие конструкции, устанавливаемые  с шагом 6 м. В целях максимальной сборности принимаем размеры панели в плане 3000x6000 мм. Верхняя обшивка принята из алюминиевого листа толщиной 1 мм., а нижняя из стали толщиной 1 мм. Средний слой – из полихлорвинилового пенопласта марки ПХВ-1 с объемной массой 100 кг/м³. Обрамляющие элементы панели выполнены из гнутых фанерных профилей швеллерного типа высотой 200 мм.

 

2.1 Выбор конструкции и назначение основных размеров

поперечное  сечение панели и основные его  размеры показаны на рис.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 Поперечное сечение панели.

 

Общую высоту панели назначаем в пределах с учетом стандартного размера высоты обрамляющего элемента (швеллера) и с соблюдением условия, что . Принимаем h=200+1+1=202 мм., что составляет примерно . Расстояние между осями обшивок h₀=201 мм.

В целях экономии материала срединного слоя (при h_р>80 мм.) внутри его выполняются пустоты, располагаемые вдоль длины панели. Ширину пустот принимаем b₀=200 мм. (< 250 мм.).

Расстояние с_п от обшивки до пустоты, принимаем в пределах , назначаем с_п=35 мм.

Толщина пенопласта d между пустотами пенопласта принята равной 45 мм, что дает возможность равномерно распределить пустоты по ширине панели и отвечает требованию чтобы оно было больше 40 мм. и больше

 

 

 

 

2.2 Подсчет нагрузок.

 

Постоянную  нагрузку от покрытия подсчитываем по фактическому весу всех элементов (обшивок, обрамления и срединного слоя) панели. Результаты подсчета приведены в таблице 1.

Сбор нагрузок

Таблица 1

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная qн, кН/м2		Расчетная qн, кН/м2
1   2   3   4	Постоянные  нагрузки –верхняя обшивка (алюминий) =1 мм. –утеплитель (пенопласт  =100 кг/м3) –обрамление (фанерный швеллер) –нижняя обшивка (сталь) =1 мм   Итого постоянная	0,026   0,028   0,029     0,0785   0,231	1,1   1,2   1,1     1,1	0,0286   0,0289   0,031     0,0864   0,264
	Временная нагрузка  –снег	1,26		1,8
	Всего	1,491		2,064

 

2.3 Определение геометрических характеристик

Прежде чем  определить геометрические характеристики, проверим, к какому типу относится  панель. Для этого проверим условия:

,

где .

Условия выполняются, следовательно, панель относится к  четвертому типу (согласно классификации [1]), то есть к панелям со сплошным срединным слоем. Для таких панелей обрамляющие ребра, расположенные по контуру, в работе не учитываются. Геометрические характеристики подсчитывают без учета срединного слоя для расчетной полосы, равного 1 м. Принимая во внимание, что обшивки сделаны из различного материала, то все геометрические характеристики будем приводить к материалу верхней обшивки.

Приведенный статический момент

.

Площадь, приведенная  к материалу верхней обшивки

.

Определяем  положение нейтральной оси

.

 

 

 

Приведенный момент инерции относительно нейтральной  оси

Приведенный момент сопротивления

,

.

2.4 Определение расчетных усилий

 

Проверяем, не относится ли панель к гибким пластинам, используя  выражения:

;

886,65<7153, следовательно, панель не относится к гибким пластинам. Рассчитываем панель, как свободнолежащую балку на двух опорах с расчетным пролетом .

2.5 Проверка несущей способности панели

 

Проверка  прочности растянутой обшивки:

Так как толщина  сжатой обшивки меньше 4 мм., то прочность ее проверяем с учетом начальной кривизны по формуле

,

где .

Проверка  прочности срединного слоя

-по нормальным  напряжениям

где ;

-по касательным напряжениям

-по эквивалентным  напряжениям

2.6 Проверка прогибов панели

 

Изгибная  жесткость панели с учетом податливости срединного слоя равна:

,

где .

Проверяем прогиб панели по формуле:

.

2.7 Расчет на местные нагрузки

 

В качестве местной  нагрузки принимаем монтажный груз P^н=1000 Н с коэффициентом надежности . Интенсивность действия местной нагрузки

Радиус приведенного круга:

.

Значения  коэффициентов  при характеристике

1) ;

.

2) ;

.

Проверяем прочность:

а) по нормальным напряжениям в обшивке:

,

.

б) по касательным  напряжениям в обшивке:

,

в) по нормальным сжимающим напряжениям в срединном  слое:

. 
3.0 Проектирование круговой арки

 

Трехшарнирные арки являются статически определимыми системами, поэтому определение  усилий в них не вызывает каких-либо трудностей. Весь статический расчет будем производить в следующей  последовательности:

1. выбор геометрической схемы;
2. подсчет нагрузок и выявление характера их действия;
3. определение усилий в сечениях и составление сводной таблицы усилий.

 

1. Выбор геометрической схемы.

 

За геометрическую схему, а в равной степени и  за расчетную схему арки принимают  линию, соединяющую центры тяжести  сечений, т.е. геометрическую ось арки (рис.2).

Для арки с  затяжкой геометрический расчет сводится к следующему.

При известной  величине пролета l=42 м. и принятой стреле подъема f=6 м. радиус кривизны r арки кругового очертания определяется по формуле

Центральный угол раскрытия  выполняется по формуле

Длину дуги арки S определим выражением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Расчетная схема арки

 

2. Подсчет нагрузок.

 

1. Постоянная  нагрузка от покрытия подсчитывается  по фактическому весу всех  элементов (обшивок, обрамления  и среднего слоя) панели. Для возможности  дальнейшего сравнения нескольких вариантов в расчетах будем использовать нормативное значение нагрузки и с учетом коэффициента надежности расчетное значение .

2. Снеговую  нагрузку будем подсчитывать  по [10].

Вариант 1. При равномерно распределенной снеговой нагрузке интенсивностью

( =1,6–коэффициент надежности по нагрузке, согласно [10] при ).