Деревянный каркас одноэтажного

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ НА ТЕМУ

ДЕРЕВЯННЫЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНОГО

ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Работу выполнил

студент группы 1 – п – 5

Шошкин Н. Ю.

Работу принял

Москалев М.Б.

Санкт–Петербург

Исходные данные

Пролет здания: 18,0 м

Длина здания: 30,0 м

Отметка низа ригеля: + 7,200 м

Район строительства: III (1,8 кПа = 180 кгс/м²)

Режим эксплуатации: Б–1

Степень ответственности здания: II

Стойка (колонна): клеедосчатая

Древесина: сосна

Основная несущая конструкция покрытия: металлодеревянная ферма

Крыша: рабочий настил

План. Схема поперечника здания

Расчет и конструирование крыши

Крыша состоит из основных несущих конструкций и кровельного покрытия.

Основная несущая конструкция – металлодеревянная ферма пролетом 18,0 м. Верхние пояса и сжатые элементы решетки выполнены из древесины. Для нижних поясов и растянутых элементов решетки применяют стальные профили, чаще всего, угловые.

Кровельное покрытие – это непосредственно кровельный ковер и набор элементов, обеспечивающих нормальную эксплуатацию крыши.

Двойные настилы применяют в качестве основания под холодные рулонные кровли.

Нижний рабочий настил выполняют из обзольных досок толщиной 19 – 25 мм. Длина досок рабочего настила должна быть не менее двух шагов прогона.

Верхний защитный настил делается из узких и тонких досок толщиной в заготовке 16 мм и шириной 60 – 100 мм. Настилается он под углом в 30 – 45º к рабочему настилу и плотно сшивается к ним гвоздями. Перед наклейкой рулонной кровли доски защитного настила строгают, поэтому их толщина в деле принимается равной 13 мм. Защитный настил обеспечивает повышенную жесткость основания под кровлю и пространственную жесткость покрытия в плоскости кровли.

Расчет элементов покрытия.

Расчет стропильных ног

Стропильные ноги проектируем из досок 50 х 150 мм, поставленных на ребро с шагом 1,5 м. Материал древесина сосна 2 сорта. Нагрузку на стропильную ногу определяем по таблице:

Нагрузка на стропильную ногу, кН/м²

Коэффициент γ_f определяется по [1], табл. 1

Элемент	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надеж–ности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике 15,25 кг/м2	0,153	1,3	0,199
Защитный настил из досок толщиной 16 мм 500 кг/м3 = 5,1 кН/м3 ([2], табл. прил. 3 для реж. Б1) 5,0 · 1,0 · 1,0 · 0,016 = 0,080	0,080	1,1	0,088
Рабочий настил из досок 22 х 150 мм с расстоянием между осями досок 180 мм	0,093	1,1	0,102
Собственный вес стропильной ноги сечением 5 х 15 см установленных через 1,5 м	0,025	1,1	0,028
Итого вес покрытия G2 (постоянная нагрузка)	0,351		0,417
Снеговая нагрузка S [1], табл. 4* [1], п. 5.7.	1,26		1,80
Итого:	1,611		2,217

Нормативное значение снеговой нагрузки: S^Н = 1,80 · 0,7 = 1,26 кН/м

Погонная нагрузка на 1 погонный метр:

постоянная: q^Н = 0,351 · 1,5 = 0,527 кН/пог.м.

q^Р = 0,417 · 1,5 = 0,626 кН/пог.м.

временная (снеговая) S^Н = 1,26 · 0,9511 · 1,5 = 1,798 кН/пог.м.

S^Р = 1,80 · 0,9511 · 1,5 = 2,568 кН/пог.м.

Нагрузки, перпендикулярные скату:

постоянная: q_х,п^Н = 0,527 · 0,9511 = 0,501 кН/пог.м.

q_х,п^Р = 0,626 · 0,9511 = 0,595 кН/пог.м.

постоянная и снеговая

q_х,п.сн^Н = q_х,п^Н + S^Н · cosα = 0,501 + 1,798 · 0,9511 = 2,211 кН/пог.м.

q_х,п.сн^Р = q_х,п^P + S^P · cosα = 0,595 + 2,568 · 0,9511 = 3,037 кН/пог.м.

В плане расстояние между прогонами составляет 2,225 м, поэтому расстояние между ними по оси стропильной ноги:

Условие прочности

Максимальный момент в стропильной ноге:

Момент сопротивления сечения стропильной ноги из доски 5 х 15 см:

Напряжение изгиба:

m_n и m_B – коэффициенты по [2], табл. 4, 5.

Условие выполнено

Условие жесткости

Прогиб

Условие выполнено

Сечение стропильной ноги можно уменьшить до высоты h

Сечение подобрано верно.

Окончательно принимает стропильные ноги сечением 50 х 150 мм.

Расчет прогонов

Прогоны воспринимают нагрузки от настилов или обрешетки и передают их на верхние кромки несущих конструкций (здесь ферма) и поперечные стены здания.

Прогоны различают:

– разрезные однопролетные из бревен или брусьев;

– консольно–балочные из брусьев;

– неразрезные многопролетные спаренные из досок.

Разрезные однопролетные прогоны работают и рассчитываются на прочность и жесткость:

– при вертикальном положении – по схеме плоскоизогнутых элементов (рис. 1, а)

– при наклоном расположении – по схеме элементов, работающих на косой изгиб (рис. 1, б)

Рис. 1. Расположение поперечных сечений прогонов:

а – вертикальное положение сечения

б – наклонное положение сечения

Сопряжение разрезных прогонов осуществляется над верхними кромками основных несущих конструкций различными способами: с помощью косого прируба, впритык с накладками, или щекового прируба в полдерева.

Предварительно принимаем прогон из бруса сечением 250 х 250 мм. Материал древесина сосна 2 сорта.

cos 18º = 0,951 sin 18º = 0,309

Нагрузка на 1 погонный метр прогона, кН/пог.м

Коэффициент γ_f определяется по [1], табл. 1

Элемент	Нормативная нагрузка, кН/м	Коэффициент надежности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, кН/м
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике 0,153 · 1,0 · 2,345 = 0,359	0,359	1,3	0,466
Защитный настил из досок толщиной 16 мм 500 кг/м3 = 5,0 кН/м3 ([2], табл. прил. 3 для реж. Б1) 5,0 · 1,0 · 0,016 · 2,345 = 0,188	0,188	1,1	0,207
Рабочий настил из досок 22 х 150 мм с расстоянием между осями досок 180 мм	0,218	1,1	0,240
Собственный вес стропильной ноги сечением 5 х 15 см установленных через 1,5 м	0,058	1,1	0,064
Собственный вес прогонов 5,0 · 0,250 · 0,250 · 1,0 = 0,313	0,313	1,1	0,344
Итого вес покрытия G2 (постоянная нагрузка)	1,136	–	1,321
Снеговая нагрузка S [1], табл. 4* [1], п. 5.7. cos 18º = 0,951 1,80 · 0,951 · 2,345 = 4,014	2,810	–	4,014
Итого:	3,946	–	5,335

Нормативное значение снеговой нагрузки: S^Н = 1,80 · 0,7 = 1,26 кН/м²

Принимаем схему разрезного прогона. Прогоны устанавливаются по скату наклонно, поэтому испытывают действие скатной составляющей и работает на косой изгиб. Применение составного прогона из спаренных досок нежелательно ввиду стремления его под действием скатной составляющей к расслоению. Опираются прогоны непосредственно на ферму. Расстояние между стропильными ногами составляет 1,5 м. Шаг ферм 6,0 м.

Необходимо выполнение условий:

1. Проверка прочности по нормальным напряжениям

([2], п. 4.12)

2. Проверка по второй группе предельных состояний – по прогибу

Определяем внутренние усилия:

– максимальный изгибающий момент относительно оси у

– максимальный изгибающий момент относительно оси z

Определяем основные геометрические характеристики сечения

b – ширина сечение, b = 25,0 см

h – высота сечения, h = 25,0 см

A – площадь сечения

– моменты инерции

– моменты сопротивления

Определяем максимальный прогиб прогона:

Условие выполнено

Проверка условия 1:

Условие выполнено. Сечение подобрано неверно.

Окончательно принимаем прогоны в виде бруса сечением 25,0 х 25,0 см.

Расчет и конструирование

Исходные данные

Здание II уровня ответственности, неотапливаемое

Температурно–влажностные условия эксплуатации Б1

Район строительства по снеговой нагрузке – III

Древесина – сосна 2 сорта.

Металл – сталь класса А–III.

Конструирование схема

Очертание фермы – треугольная. Треугольные фермы применяют для кровель из материалов, требующих значительного уклона. Отношение высоты фермы к пролету при металлическом нижнем поясом принимают 1/6.

Решетка в треугольной ферме для повышения индустриальности их изготовления должна состоять из минимального числа элементов. Поэтому проектируем четырехпанельную (по верхнему поясу) ферму.

Тип верхнего пояса – разрезной.

Стержни центрированы в узлах.

Ферму выполняем металлодеревянную.

Верхний пояс в ней и сжатые элементы решетки из древесины.

Для нижних поясов и растянутых элементов решетки применяют стальные профили, чаще угловые.

Пролет фермы 18000 мм

Расчетный пролет фермы 17800 мм.

Расчетная высота фермы

Тангенс угла наклона верхнего пояса к горизонту Угол наклона верхнего пояса к горизонту α = 18º, cos 18º = 0,951

Длина верхнего пояса фермы

Длина панелей нижнего пояса

Длина раскосов: l_раск = 4690 мм

Геометрическая схема фермы

Отличительной особенностью треугольной фермы является то, что при загружении временной нагрузкой половины пролета решетка на незагруженной половине не работает. Поэтому расчетные усилия во всех элементах ферм получаются про снеговой нагрузке на всем пролете ([4], стр. 302).

Разгружающий эффект ветровой нагрузки на ферму не учитывается.

Опорный узел

Расчетные усилия:

Усилия в верхнем поясе: N₁ = – 432,0 кН (стержень сжат)

Усилие в нижнем поясе: N₂ = 410,6 кН

Опорная реакция: R_A = 96 (снег) + 81,8 (собств. вес) = 177,4 кН

Опорный узел выполняем из листовой стали марки ВСт3кп2–1 по ТУ 14–1–3023–80. ([5], стр. 160). В опорном узле верхний пояс упирается в стальной башмак, состоящий из наклонной диафрагмы, приваренной к вертикальным боковым фасонкам. Снизу фасонки приварены к опорной плите. Толщину фасонок принимаем 10 мм. Толщину ребер жесткости под упорную плиту принимаем 10 мм.

Верхний пояс крепится болтами, нижний пояс крепится сварными швами.

Упорная плита.

Высота упорной плиты для создания принятого эксцентриситета в опорном узле должна составлять:

h_уп = h_в.п. – 2 · е = 40,0 – 2 · 10,0 = 20,0 см

Ширина упорной плиты принимается по ширине сечения верхнего пояса фермы b_уп = 20,0 см.

Напряжение смятия древесины в месте упора верхнего пояса в плиту:

([2], табл. 3, п. 1.в)

Принимаем пролет упорной плиты, равным расстоянию между вертикальными листами в осях l_уп = 20,0 + 2 · 0,5 = 21,0 см.

Изгибающий момент в полосе 1,0 см при пролете 21,0 см (между осями ребер) рассчитывается как балка с защемленными концами:

Необходимая толщина плиты

, принимаем толщину 34 мм по [8]

R_y = 22 кН/см2 – расчетное сопротивление стали С235 при толщине проката от 20 до 40 мм. ([7], табл. 51)

Находим длину подкрепляющих ребер из условия необходимой суммарной длины сварных швов, передающих усилие от верхнего пояса через упорную плиту и ребра на фасонки узла, при h_шв = 6 мм.

Согласно [7], п. 11.2, сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез по двум сечениям:

– по металлу шва

– по металлу границы сплавления

N – действующее усилие

β_f и β_z – коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали с пределом текучести до 530 МПа по [7], табл. 34* β_f = 0,7 и β_z = 1,0

k_f – высота катета шва

l_w – расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм

γ_wf и γ_wz – коэффициенты условий работы шва, в зависимости от климатического района, в нашем случае γ_wf = 1,0, γ_wz = 1,0.

γ_С – коэффициент условий работы, в нашем случае γ_С =1,0.

R_wf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва

R_wun – нормативное сопротивление металла шва, R_wun = 410 МПа ([7], табл. 4*)

γ_wn – коэффициент надежности, по материалу шва принимаем 1,25 так как R_wun < 490 МПа ([7], табл. 3, прим. 3)

R_wz – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления

R_un – временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению σ_В по государственным стандартам и техническим условиям на сталь. R_un = 360 МПа

Откуда требуемая длина шва

– по металлу шва

– по металлу границы сплавления

Принимаем длину шва в 57 + 1 = 58 см. Устанавливаем 3 ребра жесткости под упорную плиту для передачи усилий через сварные швы. Требуемая длина ребер составляет см. Принимаем длину 10,0 см. Толщина ребер 1,0 см.

Проверяем подобранные элементы (упорную плиту и ребра жесткости) на их совместный изгиб, как однопролетную балку на двух защемленных опорах пролетом l_уп = 20,0 см от нагрузки (b – ширина упорной плиты, b = 20,0 см). Поперечное сечение балки для расчета принимаем тавровым.

Геометрические характеристики сечения:

Площадь поперечного сечения тавровой формы:

F_т.ф. = 7,0 · 3,4 + 10,0 · 1,0 = 23,8 + 10,0 = 33,8 см²

Статический момент поперечного сечения относительно оси х1 – х1:

S_x1 = A · z_ц.т. = 7,0 · 3,4 · 11,7 + 10,0 · 1,0 · 5,0 = 278,5 + 50,0 = 328,5 см³

Расстояние от оси х1 – х1 до центра тяжести сечения:

у₁ = 13,4 – 9,7 = 3,7 см

Момент инерции сечения относительно оси

Момент сопротивления

Изгибающий момент:

Максимальные напряжения изгибу:

Условие выполнено.

Горизонтальная опорная плита.

Опорную плиту рассчитывают на изгиб под действием напряжений смятия ее основания как однопролетную балку с двумя консолями.

Необходимая площадь опорной плиты из условия смятия обвязочного бруса поперек волокон

R_см,90= 0,3 кН/см² – расчетное сопротивление смятию поперек волокон местное в опорных частях конструкций, лобовых врубках и узловых примыканий элементов ([2], табл.3, п.4.а)

Ширину принимаем b_оп = 20,0 см

Длину опорной плиты принимаем l_оп = 50,0 см.

Площадь опорной плиты F_оп = 20,0 · 50,0 = 1000 см²

При изгибе возникает реактивное давление от обвязочного бруса:

Определяем изгибающий момент в полосе плиты шириной 1 см пролетом l, считая опоры защемленными:

Необходимая толщина плиты

, принимаем толщину 32 мм по [8]

R_y = 22 кН/см2 – расчетное сопротивление стали С235 при толщине проката от 20 до 40 мм. ([7], табл. 51)

Сварные швы уголков

Сварные швы прикрепления поясных уголков к вертикальным фасонкам в опорном узле. Продольное усилие в нижнем поясе N = 410,6 кН

Усилие на шов у обушка одного уголка

Усилие на шов у пера одного уголка

Требуемая длина шва у обушка уголка

Требуемая длина шва у пера уголка

Длину швов принимаем 20,0 см у обушка и 10,0 см у пера.

Коньковый узел

Расчетные усилия:

Усилия в верхнем поясе слева: N₁ = – 287,9 кН (стержень сжат)

Усилия в верхнем поясе справа: N₆ = – 287,9 кН (стержень сжат)

Усилия в стойке: N₅ = 89,0 кН

В коньковом узле элементы верхнего пояса торцами упираются в симметричный металлический сварной вкладыш треугольной формы. Наклон боковых стенок вкладыша обеспечивает продольный лобовой упор торцов обеих панелей верхнего пояса фермы.

Для обеспечения принятого эксцентриситета боковая стенка имеет такие же высоту и ширину как и у упорной плиты в опорном узле.

Высота боковых стенок h_б.с. = 20,0 см.

Ширина боковых стенки b_б.с. = 20,0 см.

Напряжение смятия древесины в месте упора верхнего пояса в плиту:

([2], табл. 3, п. 1.в)

Стенки вкладыша рассчитываем на изгиб как балку шириной в 1,0 см, защемленную на опорах. В качестве опор принимаются внутренние ребра жесткости. Таким образом, рассчитываем центральную пролетную часть и крайние консольные.

Изгибающий момент консольной части стенки шириной 1,0 см:

Изгибающий момент в средней части стенки шириной 1,0 см:

Необходимая толщина плиты

, принимаем толщину 22 мм по [8]

R_у = 22 кН/см2 – расчетное сопротивление стали С235 при толщине проката от 20 до 40 мм. ([7], табл. 51)

Уголок–шайбу стойки рассчитываем на изгиб

Требуемый момент сопротивления

([7], п. 5.12)

Принимаем уголок 90 х 90 х 7 по ГОСТ 8509–93*

W = 13,93 см³ > W_тр = 13,5 см³

Исходные данные

Проектируем клеедосчатую колонну прямоугольного сечения заводского изготовления. По высоте сечение принимаем постоянным, потому что здание является однопролетным одноэтажным с напольным транспортом. Подвесных и мостовых кранов нет.

Отметка низа ригеля + 7,200 м

Вид проектируемой стойки – клеедосчатая колонна

Здание II уровня ответственности, неотапливаемое

Температурно–влажностные условия эксплуатации Б1

Район строительства по ветровой нагрузке – III

Древесина – сосна 2 сорта.

Металл – сталь класса А–III.

Для предохранения низа колонны от увлажнения и загнивания, колонну опираем на фундамент через антисептированную прокладку из твердой породы древесины.

Расчет и конструирование

Литература

1. СНиП 2.01.07–85* Нагрузки и воздействия

2. СНиП II–25–80 Деревянные конструкции

3. ГОСТ 24454–80*. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры

4. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов/Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; под ред. Г. Г. Карлсена и Ю. В. Слицкоухова. – 5–е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1986. – 543 с.

5. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования: Учеб. пособие для вузов / Ю. В. Слицкоухов, И. М. Гуськов, Л. К. Ермоленко и др.; Под ред. Ю. В. Слицкоухова. – М.: Стройиздат, 1991. – 256 с.: ил.

6. Расчет конструкций из дерева и пластмасс: учеб. пособие для студ. Вузов /, В. М. Головина, Э. М. Улицкая; под. ред Ф. А. Байтемирова. – 2–е изд., перераб. И доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 160 с.

7. СНиП II–23–81*, Стальные конструкции

8. ГОСТ 19903–74, Прокат листовой горячекатаный. Сортамент.

Содержание

1. Исходные данные............................................................................................ 2

2. Расчет и конструирование крыши................................................................ 3

2.1. Расчет элементов покрытия. Рулонная кровля по настилам из досок. 3

2.2. Расчет стропильных ног.................................................................... 10

2.3. Расчет прогонов................................................................................ 12

3. Расчет и конструирование основной несущей конструкции....................... 17

3.1. Исходные данные............................................................................... 17

3.2. Конструирование схема..................................................................... 17

3.3. Определение узловых нагрузок и усилий в стержнях фермы......... 18

3.4. Подбор сечения элементов фермы.................................................... 22

3.5. Конструирование и расчет узлов фермы.......................................... 30

3.5.1. Опорный узел.......................................................................... 30

3.5.2. Промежуточный узел верхнего пояса (узел примыкания раскоса к верхнему поясу)................................................................................................ 35

3.5.3. Коньковый узел....................................................................... 37

3.5.4. Промежуточный центральный узел нижнего пояса.............. 38

4. Расчет и конструирование клеедосчатой стойки......................................... 39

4.1. Исходные данные............................................................................... 39

4.2 Подбор поперечного сечения стойки................................................. 40

4.3. Проверка опорной части стойки на скалывание при изгибе........... 45

4.4. Проверка устойчивости в плоскости изгиба..................................... 45

4.5. Проверка устойчивости из плоскости изгиба................................... 46

4.6. Расчет и конструирование прикрепления стойки к фундаменту..... 47

5. Литература.................................................................................................... 49

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ НА ТЕМУ

ДЕРЕВЯННЫЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНОГО

ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Работу выполнил

студент группы 1 – п – 5

Шошкин Н. Ю.

Работу принял

Москалев М.Б.

Санкт–Петербург

Исходные данные

Пролет здания: 18,0 м

Длина здания: 30,0 м

Отметка низа ригеля: + 7,200 м

Район строительства: III (1,8 кПа = 180 кгс/м²)

Режим эксплуатации: Б–1

Степень ответственности здания: II

Стойка (колонна): клеедосчатая

Древесина: сосна

Основная несущая конструкция покрытия: металлодеревянная ферма

Крыша: рабочий настил

План. Схема поперечника здания