Проектування поперечника одноповерхової будівлі

Міністерство  освіти і науки, молоді та спорту України

Київський національний університет будівництва та архітектури

 

 

 

Кафедра металевих та дерев’яних конструкцій

 

 

 

Пояснювальна  записка

до курсового  проекту 

«Проектування поперечника одноповерхової будівлі»

 

 

 

 

 

 

 

Виконав: ст. гр. ПЦБ-49

Семчук І.Ю.

Перевірив: Бут М.О.

 

 

 

 

Зміст

1. Вихідні дані 3

2. Снігове навантаження по ДБН–в.1.2–06 4

3. Навантаження від власної ваги ферми, S_в.в. 5

4. Розрахунок плити 6

5. Перевірка несучої здатності плити 7

6. Статичний розрахунок рамного поперечника будівлі 8

7. Розрахункові зусилля в перерізі 1-1 11

8. Проектування клеєної колони рамного поперечника одноповерхової будівлі 12

9. Розрахунок і конструювання анкерного кріплення колон до фундаменту 13

10. Розрахунок і конструювання п’ятикутної метало-дерев’яної ферми 16

11. Розрахунок і конструювання вузлів 22

Список використаної літератури 26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вихідні дані

Призначення будівлі  спортивне, отже будівля відноситься  за ступенем відповідальності до СС3-В, у відповідності до ДБН В.1.2.–14:2009, отже коефіцієнт надійності за призначенням приймаємо γ_ne=0,95; γ_nm0,975, за завданням.

Загальні розміри  будівлі:

• проліт в осях колон (стін), L=18м;
• висота від підлоги до низу покриття чи стелі, Н=4,8м;
• довжина будівлі, споруди, 5,8×10=58м;
• крок конструкцій покриття споруди, В=5,8м.

Приймаємо ширину плити покриття 1,5м, а довжину  – 5,8м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Снігове  навантаження по ДБН–В.1.2–06

Граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття (конструкції) обчислюється за формулою

S_m=γ_fmS₀C,

S_m=1•1,5•1=1,5кН/м²,

де γ_fm – коефіцієнт надійності за граничним значенням снігового навантаження, що визначається згідно з табл. 8.1, γ_fm=1, для 50 років;

S₀ – характеристичне значення снігового навантаження для м. Донецьк, S₀=1,5кН/м², згідно з додатком Е;

коефіцієнт С  визначається за формулою

С=μС_еС_alt

С=1•1•1=1,

де μ – коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву  на поверхні ґрунту до снігового навантаження на покрівлю, який визначається за додатком Ж в залежності від форми покрівлі і схеми розподілу снігового навантаження, μ=1, при похилі покрівлі <25%;

С_е=1, для групи експлуатації дерев’яних конструкцій А1, коефіцієнт, що враховує вплив особливостей режиму експлуатації на накопичення снігу на покрівлі (очищення, танення тощо);

С_alt – коефіцієнт географічної висоти, С_alt=1, для м. Донецьк.

Експлуатаційне  розрахункове значення обчислюється за формулою

S_е=γ_fеS₀C,

S_е=0,49•1,5•1=0,735кН/м²,

де γ_fе – коефіцієнт надійності за експлуатаційним значенням снігового навантаження, що визначається згідно з табл. 8.3, приймаємо γ_fе=0,49, для η=0,02;

S₀, С – те саме, що і в формулі для граничного розрахункового значення.

 

 

3. Навантаження  від власної ваги ферми, S_в.в.

,

де р_е та g_е – відповідно корисне навантаження та власна вага захисних частин покриття; к_в.в. – коефіцієнт власної ваги, L – проліт конструкції.

 к_в.в. для заданої схеми ферми приймаємо 3,5

кН/м²

Таблиця 1

Навантаження  на покриття (кН/м²)

Конструкція плити		Характеристичне навантаження	Експлуатаційне  розрахункове навантаження		Граничне розрахункове навантаження
Складові для  підрахунку навантаження		Si,o	γem	ge	γfm	gm
1. Три шари  руберойду на бітумній мастиці;	1	0,120	1	0,120	1,2	0,144
2, Фанерні обшивки: верхня 8мм, нижня 4мм;	(0,008+0,004)×700/100	0,084	1	0,084	1,2	0,101
3, Каркас з ребер:
а) поздовжні дошки 3×17	(0,17×0,03×4)×500	0,068	1	0,068	1,2	0,082
	100×1,5
б) поперечні ребра 3×17	(0,17×0,03×0,45×15)×5	0,023	1	0,023	1,2	0,028
	5×1,5
4, Утеплювач:       t=8см; ρ=250кг/м3	(0,08×250)×0,0098	0,196	1	0,196	1,3	0,255
5, Притискні ґрати		0,040	1	0,040	1,2	0,048
6, Пароізоляція		0,020	1	0,020	1,2	0,024
Навантаження  від власної ваги плити			ge=	0,551	gm=	0,681
Навантаження  від снігу			Se=	0,735	Sm=	1,500
Навантаження  від власної ваги ферми gв,в,		0,086	1	0,086	1,2	0,104
Навантаження  для розрахунку плити
по жорсткості	(ge+Se)×1,5кН/м	1,929
по міцності	(gm+Sm)×1,5кН/м	3,271

 

 

4. Розрахунок  плити

Незначним схилом даху нехтуємо і користуємося навантаженням  визначеним у таблиці 1.

Знаходження положення  нейтральної осі поперечного  перерізу плити в разі зведення геометричних характеристик до матеріалу каркасу  при 

v=E_a/E_l=9000/10000=0,9.

Зведена площа  перерізу

F_зв=4•3,2•17+(0,8+0,4)•147•0,9=376см².

Зведений статичний  момент перерізу відносно нижньої грані  плити

S_зв=0,4•147•0,9•0,2•0,9+0,8•147•0,9•(17+0,4+0,8/2)•0,9+4•3,2•17•(17/2+0,4)=3642см³.

Відстань від  нижньої грані плити до нейтральної  осі

z₀=S_зв/F_зв=3642/376=9,7см.

Зведений момент інерції перерізу

І_зв=((3,2•17³/12)+0,8²•3,2•17)•4+((147•0,8³/12)+8,1²•0,8•147)+((147•0,4³/12)+9,5²•0,4•147)=

=1344,9•4+7722+5307,5=18409см⁴.

Перевірка прийнятих  розмірів перерізу за умови жорсткості плити

 

Розрахункові  зусилля:

М=3,271•5,78²/8=13,66кН•м; Q=3,271•5,78/2=9,45кН.

 

 

 

Розрахункові геометричні характеристики перерізу плити

W_в.р.=І_зв./h_в=18409/7,7=2391см³; W_н.р.=І_зв./h_н=18409/9,3=1979см³; W_в.об.=(І_зв./h_об.)•(E_д/E_ф)=(18409/8,5)•1,11=2404см³; W_н.об.=(І_зв./h_об.)•(E_д/E_ф)=(18409/9,7)•1,11=2088см³.

5. Перевірка  несучої здатності плити

1) За умови  міцності ребер каркасу у стиснутій  і розтягнутій зонах

σ_с=М/W_в.р.=13,66•10³/2391=5,71МПа<R_c/γ_n=13/0,9=14,44МПа;

σ_р=М/W_н.р.=13,66•10³/1979=6,9МПа<R_р/γ_n=7/0,9=7,78МПа.

2) За умови  стійкості верхньої обшивки

σ_в=М/(W_в.об.•ϕ_ф)=13,66•10³/(2404•0,395)=14,39МПа<R_c/γ_n=13/0,9=14,44МПа

При b_об/δ_об=45/0,8=56,25>50;

.

3) За умови  міцності нижньої обшивки

σ_н=М/W_н.об.=13,66•10³/2088=6,54МПа<R_c•0,6/γ_n=14•0,6/0,9=9,33МПа,

де k_φ=0,6 – коефіцієнт, що враховує наявність в обшивці стиків.

У цих формулах 10³ – коефіцієнт, що складається з добутку двох коефіцієнтів 10² – коефіцієнт переводу кН•м в кН•см, та 10 – перехідний коефіцієнт від кН/см² до МПа.

Перевірка верхньої обшивки на місцеве згинання:

σ_М=М_М/W₁=6S_mb_об/(8•100•σ_об²)=6•1,5•10•45/(8•100•0,8²)=7,91МПа<R_зг•v_H/v_n=6,5•1,2/0,9=

=8,6МПа,

де S_m – навантаження від снігу.

Перевірка сколювання між шпонами фанери верхньої обшивки  при

S_об.в.^зв=0,8•147•0,9(8,5-0,4)•0,9=772см³;

τ_w=Q•S_об.в.^зв/(l_зв•4b_p)=9,45•772•10/(18409•4•3,2)=0,31МПа<R_ф.ск./v_n=0,8/0,95=0,84МПа.

 

 

 

6. Статичний  розрахунок рамного поперечника  будівлі

Необхідно визначити  розрахункові зусилля у місці  спирання колон на фундаменти.

1) Навантаження  на раму

а) Постійне розрахункове зусилля на колону від ферми, даху:

P_n=(g_m^Ф+g_m)•B•L/2=(0,104+0,681)•5,8•18/2=40,98кН.

б) Тимчасове розрахункове зусилля на колону від снігу:

P_СН=S_m•B•L/2=1,5•5,8•18/2=78,3кН.

в) Вітрове навантаження по ДБН-В.1.2-2-06

Граничне розрахункове значення вітрового навантаження визначається за формулою

W_m=γ_fmW₀C,

де γ_fm – коефіцієнт надійності за граничним розрахунковим значенням вітрового навантаження, що визначається за таблицею 9.2;

приймаємо γ_fm=1, для Т=50років.

W₀ – характеристичне значення вітрового тиску, визначається за додатком Е;

W₀=0,5кН/м², для м. Донецьк.

С – коефіцієнт, що визначається за формулою С=C_aerC_hC_altC_relC_dirC_d,

де С_aer– аеродинамічний коефіцієнт, що визначається за додатково І залежно від форми споруди або конструктивного елемента;

C_h  – коефіцієнт висоти споруди для третього типу місцевості, оскільки призначення спортивне;

С_h=0,512 при висоті будівлі 7,8м;

C_alt  – коефіцієнт географічної висоти, C_alt=1, для м. Донецьк;

C_rel  – коефіцієнт рельєфу, C_rel=1;

C_dir  – коефіцієнт напрямку, C_dir=1;

C_d  – коефіцієнт динамічності, C_d=1.

С=C_aerC_h•1•1•1•1=C_aerC_h.

Граничне розрахункове значення вітрового навантаження:

- активне: W_ma=γ_fmW₀C=γ_fmW₀C_aerC_h=1•0,5•0,8•0,512=0,205кН/м²,

- пасивне: W_mp=γ_fmW₀C=γ_fmW₀C_aerC_h=1•0,5•0,6•0,512=0,154кН/м².

Рівномірно розподілене  навантаження:

- активне: q_wa=W_maBγ_n=0,205•5,8•0,9=1,07кН/м,

- пасивне: q_wр=W_mрBγ_n=0,154•5,8•0,9=0,8кН/м.

Вітрове навантаження, що діє вище нижнього пояса ригеля, враховується розрахунковою схемою як зосереджені сили

- активне: W_а=q_wаh=1,07•1,95=2,09кН;

- пасивне: W_р=q_wрh=0,8•1,95=1,56кН.

г) Навантаження від навісної стіни

Навантаження  від самонесучих стінових панелей  передається безпосередньо на фундамент.

Навантаження  від власної ваги колони, переріз  якої попередньо приймаємо 12×50см:

Р_К=(Н-0,5)bh•5•1,1=(4,8-0,5)•0,12•0,5•5•1,1=1,42кН.

Розрахункова  схема

2) Розрахунок

Поперечник вважається один раз статично невизначеним за припущенням, що жорсткість ригеля (ЕІ)р=∞. Тоді як зайве невідоме приймається поздовжнє зусилля у ригелі, що визначається для окремих навантажень за правилами будівельної механіки.

Визначення Х_д від вітрового тиску на стіну

М_Д^І=1,07•4,8²/2=12,33кН•м; М_Д^ІІ=1,07•4,8²/8=3,08кН•м;

М_Д^ІІІ=0,8•4,8²/2=9,22кН•м; М_Д^ІV=0,8•4,8²/8=2,3кН•м.

Коефіцієнт

_;

Коефіцієнт

;

Тому Х_д=-(17,933/ЕІ)/(73,728/ЕІ)=-0,24кН. Напрямок зусилля на колону.

Коефіцієнт

_;

Тому Х_W=-(19,538/ЕІ)/(73,728/ЕІ)=-0,27кН. Напрямок зусилля на колону.

7. Розрахункові зусилля в перерізі 1-1

- зусилля, що  діють на ліву колону:

М_лів=12,33+10,032-(0,24+0,27)•4,8=19,914кН•м;

Q_лів=1,07•4,8+2,09-0,24-0,27=6,716кН;

N_лів=78,3+40,98+1,42=120,7кН.

- зусилля, що  діють на праву колону:

М_пр=9,22+7,488+(0,24+0,27)•4,8=17,218кН•м;

Q_пр=0,8•4,8+1,56+0,24+0,27=5,91кН;

N_пр=78,3+40,98+1,42=120,7кН.

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Проектування  клеєної колони рамного поперечника  одноповерхової будівлі

Розрахункові  зусилля: М=19,914кН•м; Q=6,716кН; N=120,7кН.

Нормативні дані для проектування колони. Коефіцієнт, що враховує групу експлуатації конструкцій, m_в=1. Коефіцієнт, що враховує дію вітрового навантаження m_Н=1,2. Коефіцієнт, що враховує висоту перерізу (попередньо приймаємо h≅50см), т_б=1. Коефіцієнт, що враховує товщину шару в клеєному елементі т_Ш=0,95. Коефіцієнт, що враховує захист деревини від гниття, т_а=0,9.

Базовий розрахунковий  опір деревини другого сорту стискуванню  вздовж волокон R_c=14МПа. Розрахунковий опір для умов проектування

R_c=R_i•m_в•m_Н•т_б•т_Ш•т_а/γ_n=14•1•1,2•1•0,95•0,9/0,9=15,96МПа.

Приймаємо колону прямокутного постійного за висотою  перерізу. Згідно з рекомендаціями таблиці 3 [стор. 9, 2], ширина перерізу має бути рівною 12см. За сортаментом таблиці 11 [стор. 33, 2] обираємо дошки 125×50мм, які після стругання мають товщину 44мм. Переріз колони складаємо з 9 дощок – h=4,4•9=39,6см. Після механічної обробки клеєного пакета з боків маємо поперечний переріз колони b×h=12×39,6см.

Геометричні характеристики перерізу:

F_розр.=12•39,6=475,2см², W_розр.=12•39,6²/6=3136см³.

Перевірка на міцність колони за нормальним напруженням у площині рами

Конструктивна висота колони h_к=h-0,3-0,2=4,8-0,5=4,3м (тут 0,3м – відмітка верху фундаменту від підлоги; 0,2м – приблизна висота обв’язувального бруса).