Проектирование деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания

Министерство образования и науки Республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д. СЕРИКБАЕВА

Школа архитектуры, строительства и дизайна

Факультет Строительство зданий и сооружении

Курсовая работа

на выполнение курсового проекта по дисциплине

по дисциплине: «Конструкции из дерева и пластмасс) »

Тема: "Проектирование деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания"

специальности 5В072900,

группы 18-СТкз-3

Усть-Каменогорск

2020г.

задание № 9

на выполнение курсового проекта по дисциплине

«Строительные конструкции III (КДП) »

группа: студент: Сагымжанов Канат Сейтханович

Исходные данные для выполнения проекта:

задание выдано:

срок сдачи проекта:

Содержание

1. Задание на проектирование

2. Расчёт элементов покрытия

3. Конструирование клеефанерной панели покрытия

4. Проектирование сегментной фермы

5. Конструирование и расчёт дощатоклеенной колонны

6. Расчет узла защемления колонны в фундаменте.

7. Литература

1. Задание на проектирование

Исходные данные для проектирования.

Расчётный пролёт l ₁ =24 м;

Высота от уровня пола до низа несущей конструкции покрытия Н ₁ =4, 8 м;

Район строительства по весу снегового покрова - II, по ветровой нагрузке -III;

Расстояние (шаг) между несущими конструкциями (рамами) В=4 м;

Здание цеха - однопролётное. Основной несущий элемент -сегментная ферма со сплошными дощатоклеенными стойками.

Дополнительные данные.

Порода древесины - осина;

Все здания - утеплённые;

В качестве ограждающих элементов покрытий - клеефанерные панели;

В качестве несущей конструкции покрытия - сегментная ферма;

Длину здания принимаем равной 15 шагам несущей конструкции - 60 м;

Фундаменты отдельно стоящие, под стойки рамы, проектируем из бетона класса В15. Расчётное сопротивление грунта - 0, 2 МПа;

Тип местности для определения ветровых нагрузок - В;

Температурно-влажностные условия эксплуатации конструкций принять AI;

Здание II уровня ответственности, коэффициент надёжности по назначению γ _n =0, 95.

Устойчивость конструкций обеспечивается постановкой связей в покрытии и вертикальных продольных связей между стойками.

2. Расчёт элементов покрытия

2. 1 Конструирование клеефанерной панели покрытия

Материалы плиты:

Древесина рёбер - осина 2 сорта по ГОСТ 8486-86*Е.

Обшивки из фанеры марки ФСФ сорта II/III по ГОСТ 3916. 1-89.

Клей марки ФРФ-50.

Утеплитель - минераловатные плиты толщиной 80 мм.

Пароизоляция - полиэтиленовая плёнка толщиной 0, 2 мм.

Конструктивная схема плиты. Ввиду малости уклона верхнего пояса балки покрытия (уклон принимается до 10 %) считаем длину верхнего пояса балки равной пролету здания, т. е. 24 м. В этом случае размеры плиты в плане назначаем 1470×3980 мм. Направление слоёв наружных слоёв фанеры верхней и нижней обшивок принимаем продольными. Деревянный каркас плиты образуем 4 продольными рёбрами из досок, жёстко склеенных с фанерными обшивками. Высоту ребер каркаса принимаем h = l / 35 = 450 / 35 = 12, 85 см. С учетом сортамента досок и их острожки сечение средних продольных ребер 46×169 мм, крайних продольных ребер - 28×169 мм. Общее число продольных ребер - 4, что обеспечивает расстояние в свету между ребрами менее 50 см. Обшивки толщиной по 8 мм предварительно состыкованы по длине. Под стыками обшивок и в торцах предусматриваем поперечные рёбра. Плиту рассчитываем как свободно лежащую на двух опорах однопролётную балку. Торцевые и поперечные ребра принимаем составного сечения высотой 169 мм и толщиной 28 мм. Число поперечных ребер - 3, что обеспечивает расстояние между ними не более 1, 5 м.

Для удержания утеплителя в проектном положении принимаем решетку из брусков 25×25 мм, которые крепятся гвоздями к ребрам.

Рис. 1

Нагрузки на плиту приведены в таблице 1

Таблица №1

1. Расчётный пролёт плиты с учётом длины опорного участка не менее 5, 5 см(СП 64. 13330. 2011 "Деревянные конструкции") составит l=4, 58-0, 06=4, 52 м.

;

Максимальный изгибающий момент в середине пролёта плиты с учётом II уровня ответственности

Максимальная поперечная сила с учётом II уровня ответственности

Рис. 2

Геометрические характеристики поперечного сечения:

Расстояние между продольными рёбрами по осям равно a=44, 1+4, 6=48, 7 cм,

l=472>6a=6*48, 7=292, 2 см. Расчётная ширина фанерных обшивок

.

Положение нейтральной оси симметричного сечения

Рис. 3.

Приведённый момент инерции поперечного сечения плиты

Момент сопротивления поперечного сечения плиты

Проверка плиты на прочность.

Напряжение в нижней растянутой обшивке

р

Напряжение в верхней сжатой обшивке

, здесь

, .

Усилие в верхней обшивке при местном изгибе определяем как в балке, заделанной по концам (у продольных рёбер) . Изгибающий момент в обшивке

.

Рис. 4

Момент сопротивления обшивки шириной 100 см

.

Напряжение от изгиба верхней обшивки сосредоточенной силой

Напряжение скалывания клеевых швов между слоями фанеры (в пределах ширины продольных рёбер) проверяем по формуле:

где S _пр - приведённый статический момент фанерной обшивки относительно центра тяжести сечения

.

Проверка жёсткости плиты.

Прогиб плиты с учётом II уровня ответственности при q _n =4, 04 м=0, 040кН/см и Е _ф =900 кН/см ² вычисляем по формуле

Запроектированная клеефанерная плита покрытия имеет прогиб от нормативных нагрузок не превышающий предельного допустимого значения, и ее несущая способность имеет дополнительный запас несущей способности.

4. Проектирование сегментной фермы

Расчет сегментной фермы.

Рис. 5 Схема к расчету фермы.

Пролет 24 м, шаг ферм 4 м. Шаг прогонов 1, 5м.

Геометрические размеры фермы.

Из условия размещения прогонов с шагом 1, 5м длину дуги по верхней грани верхнего пояса определим по формуле:

S _В = 1, 5⋅10 = 15 м;

Принимаем центральный угол дуги α=73°, тогда радиус кривизны дуги по верхней грани:

.

H = {высота сечения верхнего пояса} = L/60 = 0, 27 м => радиус кривизны дуги по оси верхнего пояса:

R = R _b -0, 133 = 13, 19-0, 135 = 13, 055 м.

Длина дуги по оси:

.

Расчетная высота фермы в коньке находится из выражения:

=> и равна: H = 2, 436 м.

Длина хорд АБ; А’Б’:

;

Длина стрелки БВ; Б’В’:

Длина хорды ББ’:

;

Длина раскоса БД:

;

Длина раскоса:

;

Длина блоков верхнего пояса:

S _АБ = 3 м; S _БВ = 4. 8 м;

Статический расчет.

В качестве покрытия принимаем решение по прогонам

Таблица 2 Нагрузки на кровлю

Нагрузка от несущих конструкций:

;

g _ф ^р = g _ф ^н ⋅1. 1 = 57, 8*1, 1=63, 58 кг/м ² ;

;

Суммарные постоянные нагрузки:

• нормативныеqн=gкрн+gсрн= 14, 2+55 = 69, 2 кг/м2;
• расчетные

^р = g _ф ^р +g _кр ^р = 57, 8+63, 8= 121, 38кг/м ²

Узловые нагрузки:

Узел А:

постоянная:

;

снеговая: .

Узлы Б и В:

постоянная: ;

снеговая: .

Постоянная

Снег

ветер

Усилия все в кН

Таблица 3. Расчетные усилия в стержнях фермы

Согласно расчетным схемам, приведенным на рис. 10, будем производить расчет.

Стрела выгиба:

;

Расчетные схемы элементов верхнего пояса (АБ; БВ)

Внешние нагрузки:

g ₁ = (g _кр ^р +g _ф ^р +p _сн ^р ) 6⋅cosβ ₁ = (121, 38+320) ⋅5, 334⋅cos28° = 1891 кг/м ² ;

g ₂ = (g _кр ^р +g _ф ^р +p _сн ^р ) 6⋅cosβ ₂ = (121, 38+320) ⋅5, 334⋅cos11° = 2105 кг/м ² ;

β ₁ =28°;

β ₂ =11°;

Изгиб

. ;

. ;

Разгружающий:

. М _f = O ₁ ⋅f = -312, 77⋅0, 1672 = -52, 3 кН⋅м;

. М _f = O ₂ ⋅f = -275, 38⋅0, 1672 = -46, 0 кН⋅м;

Расчетный:

. М = M _g -M _f = 21, 5-52, 3 = 30, 8 кН⋅м;

. М = 77, 58-46 = 31, 58 кН⋅м;

Верхний пояс:

) . Элемент АБ

Расчет элементов верхнего пояса ведется по схеме сжато-изогнутого стержня.

Задаемся сечением: bxh _b = 120x315 мм. Геометрические характеристики сечения: F _нт = 378 см ² ; W _р = 1984, 5 см ³ ; r = 0. 289⋅h _b = 9. 10 см. Гибкость: λ = 33, 0.

Проверка принятого сечения по нормальным напряжениям ;

Моменты инерции сечения:

см ⁴ ;

см ⁴ .

Момент сопротивления сечения:

см ³ .

Площадь сечения:

см ² .

Проверку несущей способности панели верхнего пояса производим как для внецентренного сжатого стержня с учетом предварительного изгиба досок введением коэффициента т _ги :

,

гибкость элемента в плоскости фермы:

, т. е.

кН;

кНм = 3080 кНсм.

.

Условие выполняется, значит принимаем сечение верхнего пояса 120х315мм.

) . Элемент БВ

Расчет элементов верхнего пояса ведется по схеме сжато-изогнутого стержня.

Задаемся сечением: bxh _b = 120x315 мм. Геометрические характеристики сечения: F _нт = 378 см ² ; W _р = 1984, 5 см ³ ; r = 0. 289⋅h _b = 9. 10 см. Гибкость: λ = 59, 41.

Проверка принятого сечения по нормальным напряжениям ;

Моменты инерции сечения:

см ⁴ ;

см ⁴ .

Момент сопротивления сечения:

см ³ .

Площадь сечения:

см ² .

Проверку несущей способности панели верхнего пояса производим как для внецентренного сжатого стержня с учетом предварительного изгиба досок введением коэффициента т _ги :

,

гибкость элемента в плоскости фермы:

, т. е.

кН;

кНм = 3158 кНсм.

Нижний пояс:

Требуемая площадь сечения стального пояса ( рассчитываем по АД) :

кН; _тр = U ₂ /(mR) = 27642/(1⋅2100) = 13, 16 cм ² ;

Принимаем по сортаменту два уголка: 270х6: А _тр = 8. 15 см ² : F _нт = 16. 3 см ² ; r _x = 2. 15 см; g _м = 6. 39 кг.

Зная расчетную длину и радиус инерции, определим гибкость как:

.

Проверяем принятое сечение. Изгибающий момент от собственного веса:

.

Момент сопротивления одного уголка:

.

Тогда:

.

По длине уголки соединены между собой планками с шагом 80⋅r _x .

Решетка:

Все раскосы проектируем одного сечения из досок толщиной 3, 5 см, шириной равной ширине верхнего пояса, т. е 12см. Сечение подбираем по гибкости: l ₀ = 361 см; r = 0. 289h ₀ ;

λ = 120 => .

Количество досок в пакете n = h _тр /3. 5 ≈ 4 => фактическая высота сечения раскосов h _p = 3⋅3. 5 = 14 см.

Моменты инерции сечения:

см ⁴ ;

см ⁴ .

Площадь сечения:

см ² .

Проверяем сечение:

Проверка прочности на осевое растяжение:

,

1. где m _б = 1 - коэффициент условий работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения, находится по п. 3. 2. д СП 64. 13330. 2011 "Деревянные конструкции". ;

2. m _сл = 1 - коэффициент условий работы, учитывающий толщину слоев дощатоклееных балок, значение по п. 3. 2. еСП 64. 13330. 2011 "Деревянные конструкции.

кгс/см ² < кгс/см ² .

Проверка прочности на осевое сжатие:

.

.

Условие выполняется, значит принимаем раскосы из 3-х досок шир 3, 5см, т. е 120х140

Конструирование и расчет узловых соединений.

Опорный узел:

Расчетные усилия: O ₁ = -31277 кгс; U ₁ = 27642 кгс; R _a = 21702 кгс.

Площадь опирания верхнего пояса на плиту башмака из условия смятия торца:

;

Длина плиты: Lп = 240, 6/12 = 20, 05 см; принимаем 250 мм.

Определяем толщину упорной плиты. Для этого рассчитываем участок плиты, опертый по контуру, со сторонами bxa = 120x60 мм. При R/6 = 2α ₁ = 0. 1 и ;

М = α ₁ ⋅σ _п ⋅а ² = 0. 1⋅104, 6⋅5, 334 ² = 298кг⋅см;

.

Принимаем толщину упорной плиты равной 12 мм.

Проверяем упорную плиту с тремя подкрепляющими ребрами 10х80 мм как балку пролетом 120 мм на изгиб:

.

Расстояние от наружной грани плиты до центра тяжести сечения:

.

Момент инерции сечения:

.

Максимальные напряжения в упорной плите:

.

Боковые листы башмака принимем толщиной 10 мм.

Рассчитываем горизонтальную опорную плиту с размерами: bxh = 250x300 мм. проверка на смятие обвязочного бруса под плитой поперек волокон:

.

Определение толщины плиты:

Консольный участок: М=28, 93⋅4, 83 ² /2 = 337, 45 кг⋅см;

средний участок: М=28, 93⋅10, 67 ² /12 = 274, 47 кг⋅см.

Тогда:

;

Длина швов, крепящих уголки нижнего пояса,

принимаем l _ш = 18 см;

Промежуточный узел:

Расчетные усилия: О ₁ = -31277 кгс; Д ₁ = -670 кгс; О ₂ = -27538 кгс; Д ₂ = 464 кгс.

Принимаем центральный узловой болт ∅34 мм, число срезов n= 2.

Несущая способность болта:

по смятию древесины:

n⋅50⋅b⋅d⋅k _α = 2⋅50⋅12⋅3. 4⋅0. 9 = 3672 кгс > 670 кгс;

где с = 12 см - ширина верхнего пояса;

k _α - коэффициент, учитывающий угол наклона усилия к волокнам древесины (табл. 19 СНиП II-25-80) ;

по изгибу болта:

n⋅250⋅d ² ⋅ = 2⋅250⋅3. 4 ² ⋅ = 5483 кгс > 670 кгс.

Принимаем стальные накладки: 8х100 мм. проверяем накладки на продольное сжатие при гибкости: λ = 4, 64/(0, 289⋅0, 8) = 20 < 150 и ϕ = 0, 22 (табл. 72 СНиП II-23-81) . ;

;

Площадь сечения:

см ² ;

см ² .

Проверяем несущую способность накладки:

по прочности:

кН/см ² < кН/см ² ;

по устойчивости:

кН/см ² > кН/см ² .

Металлические накладки прикрепляются к раскосу четырьмя глухарями d = 2 см; l = 10 см - по два глухаря с каждой стороны раскоса.

Несущая способность прикрепления глухарями накладок к раскосу:

по смятию древесины: ,

где а = l - δ _н = 10 - 0, 8 = 9, 2 см - длина защемления глухаря в древесине;

δ _н - толщина накладки;

т - число глухарей.

по смятию древесины:

⋅(l0-0. 8) ⋅4⋅d = 80⋅9, 2⋅2, 0⋅4 = 5888 кгс > 670 кгс;

по изгибу глухаря:

m⋅250⋅d ² = 4⋅250⋅4 = 4000 кгс > 670 кгс.

Коньковый узел:

Расчетные усилия: Д ₁ = -670 кгс; Д ₂ ^’ = 464 кгс.

Требуемый диаметр узлового болта из условия его изгиба:

принимаем d = 3. 4 см, так как при проверке древесины:

на смятие под болтом:

⋅50⋅12⋅3. 4⋅0. 9 = 3672 кгс > 3638 кгс.

Принимаем накладки 8х100 мм, которые крепим 4-мя глухарями ∅20 мм; l=80 мм. Проверку прочности не проводим, т. к. есть запас (см. предыдущий узел) .

Промежуточный узел нижнего пояса

Расчетные усилия: Д ₁ = -670 кгс; Д ₂ = 464 кгс.

Рассчитываем узловой болт, устанавливаемый в отверстия в уголках нижнего пояса. Требуемый диаметр болта по изгибу находим из выражения:

см.

Примем болт d=2, 4см

Проверяем несущую способность болта:

по срезу:

;

по смятию:

.

Ослабление нижнего пояса отверстием компенсируется листовой накладкой 8х100 мм, длиной 240 мм, привариваемой в центре узла.

3. Конструирование и расчёт дощатоклеенной колонны

Предварительный подбор сечения колонн

Предельная гибкость колонн 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда дляλ=100 и распорках, располагаемых по верху колонн. Предварительные размеры сечения колонны примем:

Принимаем, что для изготовления колонн доски шириной 250 и толщиной 50 мм. После фрезерования толщина досок составит 50-7=43мм. Ширина колонны после фрезерования заготовочных блоков по пласти будет 250-15=235 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет h _к =14*43=602мм; =235мм.

Определим действующие на колонну расчетные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Нагрузки на колонну:

От ограждающих конструкций покрытия: расчетный пролет t=t _св - h _к = 24-0, 602=23, 28м.

Полная ширина покрытия здания:

L= t _св +2δ _ст +2а _к = 24+2*0, 235+2*0, 25= 24, 97 м

G _{о. к. п.} =g _{о. к. п.} *L*S/2=0, 68*24, 97*6/2=51 кН

от веса ригеля (в данном случае от клеедощатой балки)

G _риг = g _риг *t _св *S/2=0, 328*24*6/2=23, 62 кН

от снега

P _сн =р _сн *L*S/2=2, 4*24, 97*6/2=179, 784 кН

Нагрузка на колонну от стен

h _оп =1, 2+0, 21=1, 41 м

G _ст =g _ст (Н+ h _оп ) = 0, 346*(10+1, 41) *6=23, 69 кН

Сбор нагрузок:

Нагрузка от собственного веса колонны:

Р _{С. К.} = h _k * b _k * H * ρ = 0, 719 * 0, 235 * 10 * 500 = 845 кг = 8, 45 кН

Вертикальные нагрузки, действующие на поперечную раму, можно свести в таблицу.

Таблица 4

... продолжение

Перспективы развития архитектуры и градостроительства РК

Выбор материала для строительных конструкций промышленных зданий: требования к прочности, устойчивости и эстетике

Укрепление фундаментов зданий при реконструкции и капитальном ремонте: методы усиления, расширения и установки

Конструктивные решения промышленных зданий: типы стен, фундаменты, покрытия и объемное проектирование

Результаты контроля и измерений при строительстве фундамента из природных грунтов с арматурными решетками: геодезические, технические и лабораторные исследования

Вентиляционные системы и типы овощехранилищ для хранения фруктов и овощей

Характеристики технологических процессов цеха и внутрицехового подъемно-транспортного оборудования, а также объемные плановые и конструкционные решения производственных зданий

Корпус технического обслуживания и ремонта строительных машин

Техническое Описание Здания: Архитектурные и Инженерные Характеристики, Противопожарные Меры, Технико-Экономические Показатели

Определение Технических Параметров и Оптимизация Монтажных Кранов для Обеспечения Эффективной Работы при Монтаже Конструкций с Учетом Минимальных Необходимых Параметров и Технико-Экономического Обоснования

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда