Строительный факультет
Кафедра Строительных Конструкций
ПЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К курсовому проекту по дисциплине
Конструкции из дерева и пластмасс
Выполнил:Голубев А.Г.
Проверил: Осетрин А.В.
Пермь 2009
Задание на проектирование
Рис. 1 Геометрическая схема конструкции
Табл.1 Основные исходные данные
| Наименование | ||
| М | Место строительства | г. Архангельск |
| А | Шаг конструкций | 3,0 м |
| К | Расчетный пролет | 60 м |
| С | Диаметр купола | - |
| И | Высота арок | f/l=2/3 |
| М | Длина здания | 72 м |
| О | Материал обшивок панелей | Фанера ФСФ |
| В | Средний слой панели | Пенопласт ФРП-1 |
Геометрическая схема арки
Стрела подъема арки f
=
(2/3)l
=2∙60/3=40 м;
Длина хорды полуарки
Стрела подъема полуарки fo
= 5 м > so
/15= 4,33 м;
Радиус оси полуарки ;
Центральный угол φ
; φ
= 45о
14’.
Длина дуги полуарки
По рис.1
tgα
=40/30=1,33; α
=53о
7’;
φ
o
= 90о
- α
–
φ
/2 = 90о
- 53о
7’ - 22о
37’ = 14о
16’;
l
1
/2=R
cosφ
o
= 63,0 м
H
1
=R
sinφ
o
= 16,0 м
Компоновка плиты
Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,0 м.
Ширина плиты принимается – 1,5 м.
Фанера на смоляном фенолформальдегидном клее по ГОСТ 3916 марки ФСФ. Листы берем размерами 1500х1500, стыкуя их по длине панели. Обшивки проектируем наименьшей допустимой толщины: верхнюю из семислойной фанеры толщиной 9 мм, нижнюю из пятислойной толщиной 6 мм
Стыки обшивок выполняем впритык с накладками.
Высота плиты h
Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер.
Ребра принимаем из ели 2-го сорта.
По сортаменту принимаем доски 50х150 мм.
После острожки кромок размеры ребер 50х144 мм.
Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 48 см.
Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра.
На внутреннюю обшивку, изнутри, нанести окрасочную пароизоляцию из битумно-резиновой мастики.
Вентиляция в плитах осуществляется вдоль и поперек плит через вентиляционные отверстия в ребрах.
Теплотехнический расчет плиты
Место строительства: г. Архангельск
Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92:
text
=-31°С;
Средняя температура наружного воздуха отопительного периода:
tht
=-4,4°С;
Продолжительность отопительного периода со среднесуточной темпера-турой ≤8°С: zht
=253 суток;
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха: tint
=+12°С;
Зона влажности: 1 (влажная);
Влажностный режим помещений: нормальный (75%);
Условия эксплуатации: Б (нормальный);
Табл. 2 Расчетные формулы, а также значения величин и коэффициентов приняты по СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий [2].
| Наименование слоя | ||||
| Рулонный ковёр (2 слоя рубероида) | 600 | 0,010 | 0,17 | 0,059 |
| Фанера ФСФ (ГОСТ 3916-69) | 700 | 0,009 | 0,18 | 0,050 |
| Пенопласт ФРП-1 (ГОСТ 20916-75) | 75 | Х | 0,04 | |
| Фанера ФСФ (ГОСТ 3916-69) | 700 | 0,006 | 0,18 | 0,033 |
Принимаем толщину утеплителя согласно ГОСТ 20916 - 100 мм.
Сбор нагрузок на плиту (кН/м2
)
Табл. 3 Сбор нагрузок выполняем в табличной форме в соответствии со СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия [1]:
N п/п |
Наименование нагрузки | Единицы измерения |
Нормативная нагрузка |
gf
|
Расчетная нагрузка |
| I | Постоянные: | ||||
| 1 | Кровля 2 слоя рубероида | кН/м2
|
0,100 | 1,3 | 0,130 |
| 2 | Собственный вес продольных ребер: |
кН/м2
|
0,088 | 1,1 | 0,097 |
| 3 | Собственный вес поперечных ребер: |
кН/м2
|
0,019 | 1,1 | 0,021 |
| 4 | Верхняя и нижняя обшивки из фанеры |
кН/м2
|
0,098 | 1,1 | 0,108 |
| 5 | Утеплитель: Пенопласт ФРП-1 |
кН/м2
|
0,075 | 1,2 | 0,090 |
| ИТОГО: qпокр
|
кН/м2
|
0,380 | 0,446 | ||
| II | Временные: | кН/м2
|
3,797 | 5,424 | |
| 6 | Снеговая | ||||
| 7 | Ветровая кН/м2
|
кН/м2
|
0,186 | 1,4 | 0,260 |
| ВСЕГО q | кН/м2
|
4,363 | 6,130 | ||
Снеговая нагрузка
Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле
Sg
=2,4 кН/м2
– расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2
горизонтальной поверхности земли (г Архангельск – IV снеговой район);
Схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента m принимаем в соответствии с приложением 3 СНиП Нагрузки и воздействия [1], при этом промежуточные значения коэффициента m определяем линейной интерполяцией.
Рис. 2 Схема распределения снеговой нагрузки
Для покрытий в виде стрельчатых арок
m1
=
cos
1,8a;
m2
= 2,4sin
1,4a,
где a — уклон покрытия, град
Табл. 4 Коэффициенты m
| Номер сечения | a, град | m1
|
m2
|
| 4 | 50 о
0’ |
0 | 2,26 |
| 5 | 41 о
4’ |
0,28 | 2,02 |
| 6 | 30 о
30’ |
0,58 | 1,63 |
Ветровая нагрузка
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm
на высоте z
над поверхностью земли
w
0
= 0,30 кН/м2
–
нормативное значение ветрового давления;
(г. Архангельск – II ветровой район)
k
– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности;
(местность тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями)
Табл. 5 Коэффициент k
| Высота z, м | £ 5 | 10 | 20 | 40 |
| Коэффициент k | 0,5 | 0,65 | 0,85 | 1,1 |
| 0 | 0,03 | 0,02 | 0,0125 |
с
e
- аэродинамический коэффициент внешнего давления, принимаем по обязательному приложению 4 СНиП Нагрузки и воздействия [1], где стрелками показано направление ветра. Знак "плюс" у коэффициентов с
e
соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак "минус" — от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.
gf
– коэффициент надежности по нагрузке. gf
= 1,4
Согласно приложению 4 СНиП [1] ветровую нагрузку для здания со сводчатым очертанием покрытия находим значения коэффициентов се на двух участках
1 участок - ;
2 участок -
На каждом участке находим средний коэффициент:
- протяженность участка с однозначной эпюрой на определенном участке.
- тангенс угла наклона эпюры ветрового давления на участке с однозначной эпюрой.
;
;
;
;
Расчетные значения ветровой нагрузки
;
;
;
;
;
;
;
Рис. 3 Схема аэродинамических коэффициентов и коэффициентов k.
Статический расчет плиты покрытия
Фанерные панели рассчитываются только на воздействия нагрузок как плиты, свободно лежащие на двух опорах, и как элементы цельного коробчатого сечения, приведенного к наиболее напряженному материалу – фанере.
Рис.4 Поперечное сечение плиты
Ширина площадки опирания на верхний пояс несущей конструкции 8 см, расчетный пролет плиты: .
Плита рассчитывается как балка на 2-х опорах.
Равномерно распределенная нормативная нагрузка равна =
4,363·1,5 = 6,545 кН/м;
Равномерно распределенная расчетная нагрузка равна =
6,130·1,5 = 9,195 кН/м;
Расчетный изгибаемый момент: ;
Поперечная сила: ;
Определение геометрических характеристик расчетного сечения плиты
Расчет конструкции плиты выполняем по методу приведенного поперечного сечения в соответствии с п.4.23 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3].
Приведенная ширина панели
=
0,9·3·bo
+4·bp
= 0,9·129 + 20= 136,1 см;
где = 3·43= 129 см – суммарная ширина фанерных полок,
= 4·5 =20 см – суммарная ширина ребер панели,
Площадь поперечных сечений:
- верхней полки 0,9·136,1= 122,49 см2
;
- нижней полки 0,6136,1= 81,66 см2
;
Отношение модуля упругости материалов полок и ребер
; ;
Площадь сечения панели, приведенная к материалу и ширине верхней полки
= 81,66·1,12+122,49+288·1,18= 553,79 см2
;
Расстояние от нижней грани панели до центра тяжести приведенного сечения
см;
Расстояние от верхней грани панели до центра тяжести приведенного сечения h
-
yo
= 15,9 - 8,25 = 7,65 см.
Приведенный момент инерции (собственными моментами инерции фанерных полок пренебрегаем):
=122,49·(7,65-0,45)2
+81,66·1,12·(8,25-0,3)2
+(5·14,43
/12)·1,18++288·1,18·(8,25-0,6-14,4/2)2
=18070 см4
;
Приведенные моменты сопротивления
см3
; см3
;
Напряжения и прогибы
- в нижней полке
,
=1,35 кН/см2
– расчетное сопротивление фанеры на растяжение, табл. 10 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];
=0,6 – наличие стыков фанерных листов по длине панели.
.
- напряжения скалывания в клеевых швах между шпонами фанеры
,
=0,06 кН/см2
– расчетное сопротивление скалыванию клеевых швов между шпонами фанеры, табл. 10 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];
.
- устойчивость верхней сжатой полки
,
,
=1,0 кН/см2
– расчетное сопротивление фанеры сжатию, табл. 10
СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];
.
- Проверка верхней полки панели на местный изгиб от действия сосредоточенной силы Р=1,0·1,2=1,2 кН. Фанерную полку рассчитываем как пластинку, защемленную в местах приклейки к ребрам.
Груз Р считаем распределенным на ширину 100 см.
;
;
=0,5 кН/см2
– расчетное сопротивление фанеры на изгиб поперек волокон рубашки, табл. 10 СНиП II-25-80 Деревянные конструкции [3];
.
- прогиб панели от нормативной нагрузки
;
Проверка панели на жесткость
;
;
.
Вывод:
Подобранное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.
Расчет арки
Зерносклад пролетом 60 м представляет собой стрельчатую арку. Геометрическая схема – трехшарнирная статически определимая арка.
Сбор нагрузок на несущие элементы арки
Несущий элемент арки – клееная деревянная балка прямоугольного сечения.
Шаг арок – 3 м.
Ширина сбора нагрузок – 3 м.
Постоянные нагрузки
Нормативная нагрузка от собственной массы несущей конструкции вычисляется приблизительно по эмпирической формуле:
кН/м2
;
kсм
= 3 – коэффициент собственной массы конструкции;
кН/м2
– нормативная нагрузка от массы покрытия;
кН/м2
– нормативная снеговая нагрузка;
кН/м2
;
Сосредоточенный груз от тельфераP
н
=30 кН, P
=30·1,2=36 кН
Подсчет нагрузки сводим в табл.6.
Табл. 6 Нагрузка на арку
| Вид нагрузки | Постоянная, кН/м |
Снеговая, кН/м |
От тельфера, кН |
Ветровая, кН/м |
| Нормативная | (0,38+0,917)·3= =3,891 |
2,4·3·0,7·μ=5,04·μ | 30 | 0,3·3·k·c= =0,9·k·c |
| Расчетная | (0,446+1,01)·3= =4,368 |
2,4·3·μ=7,2·μ | 36 | 0,3·3·1,4·k·c= =1,26·k·c |
Рис.5 Схема арки
Рис.6 Эпюра продольных сил (постоянная нагрузка)
Рис.7 Эпюра продольных сил (Снеговая нагрузка – 1 вар.)
Рис.8 Эпюра продольных сил (Снеговая нагрузка – 2 вар.)
Рис.9 Эпюра продольных сил (от тельфера)
Расчет сочетаний нагрузок
Расчет сочетан
Сочетание нагрузок
Расчетные сочетания усилий принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия [1]. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний.
Табл. 7 РСУ
| № элем | № сечен | Тип РСУ | Критерий | N (кН) | My (кН*м) | Qz (кН) | №№ загруж |
| 1 | 1 | 2 | 2 | -524.941 | 0.000 | -30.111 | 1 3 4 |
| 1 | 1 | 1 | 13 | -203.200 | 0.000 | 21.777 | 1 5 |
| 1 | 2 | 1 | 1 | -159.520 | 124.537 | 1.783 | 1 5 |
| 1 | 2 | 2 | 2 | -481.261 | -397.526 | -45.093 | 1 3 4 |
| 1 | 2 | 2 | 5 | -481.261 | -397.526 | -45.093 | 1 3 4 |
| 1 | 2 | 1 | 6 | -159.520 | 124.537 | 1.783 | 1 5 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | -156.959 | 124.537 | 28.521 | 1 5 |
| 2 | 1 | 2 | 2 | -482.005 | -397.526 | 36.289 | 1 3 4 |
| 2 | 1 | 2 | 5 | -482.005 | -397.526 | 36.289 | 1 3 4 |
| 2 | 1 | 1 | 6 | -156.959 | 124.537 | 28.521 | 1 5 |
| 2 | 1 | 2 | 13 | -431.623 | -208.576 | 43.557 | 1 3 5 |
| 2 | 2 | 1 | 1 | -113.279 | 270.805 | -2.835 | 1 5 |
| 2 | 2 | 2 | 2 | -438.325 | -119.798 | 12.483 | 1 3 4 |
| 2 | 2 | 2 | 5 | -438.325 | -119.798 | 12.483 | 1 3 4 |
| 2 | 2 | 1 | 6 | -113.279 | 270.805 | -2.835 | 1 5 |
| 2 | 2 | 1 | 13 | -431.458 | -22.689 | 16.377 | 1 3 |
| 2 | 2 | 2 | 14 | -189.993 | 11.145 | -7.822 | 1 2 4 5 |
| 3 | 1 | 1 | 1 | -112.551 | 270.805 | 13.134 | 1 5 |
| 3 | 1 | 2 | 2 | -432.207 | -119.798 | 74.039 | 1 3 4 |
| 3 | 1 | 2 | 5 | -432.207 | -119.798 | 74.039 | 1 3 4 |
| 3 | 1 | 1 | 6 | -112.551 | 270.805 | 13.134 | 1 5 |
| 3 | 1 | 1 | 13 | -424.860 | -22.689 | 76.928 | 1 3 |
| 3 | 2 | 2 | 1 | -356.925 | 514.200 | 43.471 | 1 3 5 |
| 3 | 2 | 2 | 6 | -356.925 | 514.200 | 43.471 | 1 3 5 |
| 3 | 2 | 1 | 13 | -399.526 | 465.425 | 58.058 | 1 3 |
| 3 | 2 | 1 | 14 | -87.217 | 277.156 | -11.377 | 1 5 |
| 3 | 2 | 2 | 18 | -406.873 | 347.423 | 55.170 | 1 3 4 |
| 4 | 1 | 2 | 1 | -347.596 | 514.200 | 91.989 | 1 3 5 |
| 4 | 1 | 2 | 6 | -347.596 | 514.200 | 91.989 | 1 3 5 |
| 4 | 1 | 1 | 13 | -387.795 | 465.425 | 112.279 | 1 3 |
| 4 | 1 | 2 | 18 | -395.469 | 347.423 | 110.425 | 1 3 4 |
| 4 | 2 | 1 | 1 | -245.429 | 881.358 | -27.911 | 1 3 |
| 4 | 2 | 1 | 6 | -245.429 | 881.358 | -27.911 | 1 3 |
| 4 | 2 | 2 | 14 | -210.776 | 823.516 | -28.826 | 1 3 5 |
| 4 | 2 | 2 | 18 | -258.649 | 772.727 | -24.305 | 1 3 4 |
| 5 | 1 | 1 | 1 | -246.635 | 881.358 | 13.637 | 1 3 |
| 5 | 1 | 1 | 6 | -246.635 | 881.358 | 13.637 | 1 3 |
| 5 | 1 | 2 | 13 | -149.980 | 155.731 | 20.816 | 1 2 4 |
| 5 | 1 | 1 | 14 | -58.189 | 205.735 | -5.138 | 1 5 |
| 5 | 1 | 2 | 18 | -259.062 | 772.727 | 19.410 | 1 3 4 |
| 5 | 2 | 2 | 2 | -141.105 | 0.000 | -144.214 | 1 3 4 |
| 5 | 2 | 1 | 14 | -124.079 | 0.000 | -156.365 | 1 3 |
| 6 | 1 | 2 | 2 | -201.417 | 0.000 | 60.552 | 1 3 4 |
| 6 | 1 | 1 | 13 | -187.565 | 0.000 | 68.301 | 1 3 |
| 6 | 2 | 1 | 1 | -87.114 | 234.043 | -1.654 | 1 |
| 6 | 2 | 2 | 2 | -257.717 | -37.742 | -47.543 | 1 3 4 5 |
| 6 | 2 | 2 | 5 | -257.717 | -37.742 | -47.543 | 1 3 4 5 |
| 6 | 2 | 1 | 6 | -87.114 | 234.043 | -1.654 | 1 |
| 6 | 2 | 2 | 18 | -275.783 | 120.025 | -42.604 | 1 3 4 |
| 7 | 1 | 1 | 1 | -117.608 | 208.699 | 17.993 | 1 |
| 7 | 1 | 2 | 2 | -346.192 | -418.121 | 72.607 | 1 3 4 5 |
| 7 | 1 | 2 | 5 | -346.192 | -418.121 | 72.607 | 1 3 4 5 |
| 7 | 1 | 1 | 6 | -117.608 | 208.699 | 17.993 | 1 |
| 7 | 1 | 1 | 13 | -353.801 | -164.335 | 78.805 | 1 3 |
| 7 | 1 | 2 | 18 | -363.174 | -250.848 | 78.624 | 1 3 4 |
| 7 | 2 | 1 | 1 | -86.158 | 234.043 | -12.976 | 1 |
| 7 | 2 | 2 | 2 | -262.040 | -37.742 | 3.656 | 1 3 4 5 |
| 7 | 2 | 2 | 5 | -262.040 | -37.742 | 3.656 | 1 3 4 5 |
| 7 | 2 | 1 | 6 | -86.158 | 234.043 | -12.976 | 1 |
| 7 | 2 | 2 | 18 | -279.022 | 120.025 | -4.242 | 1 3 4 |
| 8 | 1 | 1 | 1 | -144.299 | 128.167 | 20.570 | 1 |
| 8 | 1 | 2 | 2 | -378.212 | -652.760 | 40.424 | 1 3 4 5 |
| 8 | 1 | 2 | 5 | -378.212 | -652.760 | 40.424 | 1 3 4 5 |
| 8 | 1 | 1 | 6 | -144.299 | 128.167 | 20.570 | 1 |
| 8 | 1 | 1 | 13 | -386.598 | -446.346 | 48.429 | 1 3 |
| 8 | 1 | 2 | 18 | -395.858 | -522.272 | 46.966 | 1 3 4 |
| 8 | 2 | 1 | 1 | -118.964 | 208.699 | 1.701 | 1 |
| 8 | 2 | 2 | 2 | -352.877 | -418.121 | 24.464 | 1 3 4 5 |
| 8 | 2 | 2 | 5 | -352.877 | -418.121 | 24.464 | 1 3 4 5 |
| 8 | 2 | 1 | 6 | -118.964 | 208.699 | 1.701 | 1 |
| 8 | 2 | 1 | 13 | -361.264 | -164.335 | 29.560 | 1 3 |
| 8 | 2 | 1 | 14 | -99.357 | 22.840 | -2.335 | 1 5 |
| 8 | 2 | 2 | 18 | -370.524 | -250.848 | 28.096 | 1 3 4 |
| 9 | 1 | 2 | 2 | -423.817 | -615.938 | 6.732 | 1 3 4 5 |
| 9 | 1 | 2 | 5 | -423.817 | -615.938 | 6.732 | 1 3 4 5 |
| 9 | 1 | 1 | 13 | -189.437 | -8.077 | 23.866 | 1 |
| 9 | 1 | 2 | 18 | -442.208 | -552.986 | 14.600 | 1 3 4 |
| 9 | 2 | 1 | 1 | -145.757 | 128.167 | 0.060 | 1 |
| 9 | 2 | 2 | 2 | -380.137 | -652.760 | -13.199 | 1 3 4 5 |
| 9 | 2 | 2 | 5 | -380.137 | -652.760 | -13.199 | 1 3 4 5 |
| 9 | 2 | 1 | 6 | -145.757 | 128.167 | 0.060 | 1 |
| 9 | 2 | 2 | 18 | -398.528 | -522.272 | -9.206 | 1 3 4 |
| 10 | 1 | 2 | 2 | -482.069 | 0.000 | -44.816 | 1 3 4 |
| 10 | 1 | 1 | 13 | -234.436 | 0.000 | 6.727 | 1 |
| 10 | 1 | 2 | 14 | -462.619 | 0.000 | -52.055 | 1 3 4 5 |
| 10 | 2 | 2 | 2 | -418.939 | -615.938 | -64.468 | 1 3 4 5 |
| 10 | 2 | 2 | 5 | -418.939 | -615.938 | -64.468 | 1 3 4 5 |
| 10 | 2 | 2 | 18 | -438.389 | -552.986 | -59.798 | 1 3 4 |
Список используемой литературы
1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.:ГП ЦПП, 1996.- 44с.
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
3. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции.- М., 1983.
3. СНиП II-23-81. Стальные конструкции: М., 1990.
4. Рохлин И.А., Лукашенко И.А., Айзен А.М. Справочник конструктора-строителя. Киев, 1963, с. 192.
5. А..В. Калугин. Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций).-М.: Издательство АСВ, 2003.-224 с., с илл.