Пермский Государственный Технический Университет
Кафедра Строительных Конструкций
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»
на тему «Проектирование хоккейного стадиона»
Выполнил:
Семёнов К.В.
Проверил:
Фаизов И.Н.
Пермь 2009
Задание на проектирование
Рис. 1 - Геометрическая схема конструкции
Таблица 1 - Задание
| Наименование величин | ||
| Н | № схемы | 2 (Хоккейный стадион) |
| Е | Место строительства | г. Соликамск |
| С | Шаг конструкций | 3,5 м |
| Т | Расчетный пролет | 18 м |
| Е | Высота | f/l= 1/2 |
| Р | Длина здания | 55 м |
| О | Тип панели покрытия | Асбестоцемент |
| В | Средний слой панели | Пенополиуретан |
Компоновка плиты
Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,5 м.
Ширина плиты принимается равной ширине плоского асбестоцементного листа по ГОСТ 18124 – 1,5 м. Толщина листа – 10 мм.
Асбестоцементные листы крепятся к деревянному каркасу шурупами диаметром 5 мм и длиной 50 мм через предварительно просверленные и раззенкованные отверстия.
Высота плиты h 
Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер.
Ребра принимаем из ели 2-го сорта.
Толщину ребер принимаем 50 мм.
По сортаменту принимаем доски 50*150 мм.
После острожки кромок размеры ребер 50*145 мм.
Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 50 см.
Поперечные ребра принимаются того же сечения, что и продольные и ставятся в местах стыков асбестоцементных листов. листы стыкуются на «ус». Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра. Пароизоляция – окрасочная по наружной стороне обшивки.
Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза.
Вентиляция в плитах осуществляется вдоль плит через вентиляционные отверстия в поперечных ребрах.
Снеговая нагрузка
Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле
Sg=3,2 кН/м2 – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли (г. Соликамск – V 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).
Рис. 2 - Схема распределения снеговой нагрузки
m1 = cos 1,8a;
m2 = 2,4 sin 1,4a,
где a - уклон покрытия, град
sin 50 = l1/R =>
l1= R ∙ sin 50= 9000∙ 0,766= 6900 мм ≈ 7000 м
sin a = 6000/9000=0,667; a=42о; m1= cos(1,8∙42) = 0,25; m2= 2,4 sin(1,4∙42) = 2,05;
sin a = 4000/9000=0,444; a=26о; m1= cos(1,8∙26) = 0,67; m2= 2,4 sin(1,4∙26) = 1,44;
sin a = 2000/9000=0,667; a=13о; m1= cos(1,8∙13) = 0,92; m2= 2,4 sin(1,4∙13) = 0,74;
Ветровая нагрузка
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли
w0= 0,30 – нормативное значение ветрового давления;
(г. Соликамск – II ветровой район)
k = 1,0 (z = 9 м)– 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)
| Высота z, м | £ 5 | 10 |
| Коэффициент k | 0,5 | 0,65 |
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
Статический расчет
Наиболее нагруженными являются два промежуточных ребра, так как нагрузка, воспринимаемая ребром, собирается с двух полупролетов справа и слева от ребра (рис. 4).
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 нагрузка на расчетное среднее ребро равна
= 6,435·0,48 = 3,09 кН/м2;
Расчетный изгибаемый момент: 
;
Поперечная сила: 
;
Вывод:
Подобранное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.
Расчет арки
Хоккейный стадион пролетом 18 м представляет собой круговую арку. Геометрическая схема – трехшарнирная статически определимая арка.
Постоянные нагрузки
Нормативная нагрузка от собственной массы несущей конструкции вычисляется приблизительно по эмпирической формуле:
=(0,623+ 3,91) / [1000/ (7∙ 18) - 1]= 0,65 кН/м2;
kсм= 7 – коэффициент собственной массы конструкции;
кН/м2 – нормативная нагрузка от массы покрытия;
кН/м2 – нормативная снеговая нагрузка;
Расчет сочетаний нагрузок
Расчет сочетаний усилий производим по правилам строительной механики на ЭВМ с использованием расчетного комплекса «Лира Windows 9.0»
Сочетание нагрузок
Расчетные сочетания усилий принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП [1]. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний.
Первое сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок:
qI= g + S, кН/м
Второе сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:
qII= g + 0,9∙(S + W), кН/м
Третье сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 2 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:
qIII= g + 0,9∙(S’ + W), кН/м
Таблица 2 - РСУ
|
|
|
|
|
| Усилия |
|
|
|
| № элем | № сечен | Тип РСУ | Кран/сейсм | Критерий | N (кН) | My (кН*м) | Qz (кН) | №№ загруж |
| 1 | 1 | 2 | - | 2 | -214.991 | 0.000 | -69.687 | 1 2 3 |
| 1 | 2 | 2 | - | 2 | -204.441 | -149.395 | -70.937 | 1 2 3 |
| 2 | 1 | 2 | - | 2 | -215.427 | -149.395 | -20.480 | 1 2 3 |
| 2 | 2 | 2 | - | 2 | -205.377 | -197.354 | -24.230 | 1 2 3 |
| 3 | 1 | 2 | - | 2 | -205.740 | -197.354 | 20.924 | 1 2 3 |
| 3 | 1 | 1 | - | 13 | -146.436 | -101.827 | 23.974 | 1 3 |
| 3 | 2 | 2 | - | 2 | -198.040 | -163.524 | 15.924 | 1 2 3 |
| 3 | 2 | 1 | - | 13 | -138.736 | -62.398 | 18.974 | 1 3 |
| 3 | 2 | 2 | - | 14 | -109.278 | -142.995 | -2.337 | 1 2 4 |
| 4 | 1 | 2 | - | 2 | -191.727 | -163.524 | 52.099 | 1 2 3 |
| 4 | 2 | 1 | - | 2 | -106.518 | -128.391 | 12.671 | 1 2 |
| 4 | 2 | 2 | - | 13 | -163.784 | -107.332 | 25.486 | 1 2 3 |
| 5 | 1 | 1 | - | 2 | -101.326 | -128.391 | 35.210 | 1 2 |
| 5 | 1 | 2 | - | 13 | -154.513 | -107.332 | 60.002 | 1 2 3 |
| 5 | 2 | 1 | - | 1 | -70.049 | 24.318 | -2.830 | 1 3 |
| 5 | 2 | 1 | - | 2 | -87.623 | -66.032 | 14.910 | 1 2 |
| 5 | 2 | 2 | - | 18 | -120.126 | -24.738 | 9.057 | 1 2 3 |
| 6 | 1 | 1 | - | 1 | -68.466 | 24.318 | 15.073 | 1 3 |
| 6 | 1 | 1 | - | 2 | -80.953 | -66.032 | 36.698 | 1 2 |
| 6 | 1 | 2 | - | 13 | -113.875 | -24.738 | 39.302 | 1 2 3 |
| 6 | 2 | 1 | - | 1 | -58.071 | 22.494 | -14.627 | 1 3 |
| 6 | 2 | 1 | - | 2 | -71.223 | -16.734 | 8.898 | 1 2 |
| 6 | 2 | 2 | - | 18 | -97.906 | 8.960 | -6.323 | 1 2 3 |
| 7 | 1 | 1 | - | 1 | -59.859 | 22.494 | -1.767 | 1 3 |
| 7 | 1 | 1 | - | 2 | -67.631 | -16.734 | 24.041 | 1 2 |
| 7 | 1 | 2 | - | 14 | -56.445 | 21.695 | -1.851 | 1 3 4 |
| 7 | 1 | 2 | - | 18 | -96.968 | 8.960 | 14.928 | 1 2 3 |
| 7 | 2 | 2 | - | 2 | -92.542 | 0.000 | -21.957 | 1 2 3 |
| 8 | 1 | 2 | - | 2 | -97.446 | -32.344 | 33.083 | 1 2 3 4 |
| 8 | 1 | 2 | - | 13 | -99.159 | -32.032 | 33.188 | 1 2 3 |
| 8 | 2 | 2 | - | 2 | -95.109 | 0.000 | -0.561 | 1 2 3 |
| 8 | 2 | 2 | - | 13 | -57.109 | 0.000 | 4.208 | 1 3 4 |
| 8 | 2 | 1 | - | 14 | -63.827 | 0.000 | -7.659 | 1 2 |
| 9 | 1 | 2 | - | 2 | -114.963 | -93.953 | 46.975 | 1 2 3 4 |
| 9 | 1 | 2 | - | 13 | -116.659 | -93.656 | 47.255 | 1 2 3 |
| 9 | 2 | 2 | - | 2 | -102.286 | -32.344 | 11.302 | 1 2 3 4 |
| 9 | 2 | 2 | - | 18 | -103.982 | -32.032 | 11.035 | 1 2 3 |
| 10 | 1 | 2 | - | 2 | -148.647 | -175.452 | 51.312 | 1 2 3 |
| 10 | 1 | 2 | - | 5 | -146.936 | -175.384 | 50.848 | 1 2 3 4 |
| 10 | 2 | 2 | - | 2 | -123.129 | -93.953 | 16.202 | 1 2 3 4 |
| 10 | 2 | 2 | - | 18 | -124.840 | -93.656 | 16.042 | 1 2 3 |
| 11 | 1 | 2 | - | 2 | -173.461 | -213.973 | 34.703 | 1 2 3 |
| 11 | 2 | 2 | - | 2 | -156.191 | -175.452 | 18.255 | 1 2 3 |
| 11 | 2 | 2 | - | 5 | -154.420 | -175.384 | 18.170 | 1 2 3 4 |
| 12 | 1 | 2 | - | 2 | -184.585 | -222.578 | 7.186 | 1 2 3 |
| 12 | 1 | 1 | - | 13 | -124.167 | -128.379 | 9.513 | 1 3 |
| 12 | 2 | 2 | - | 2 | -176.885 | -213.973 | 2.186 | 1 2 3 |
| 12 | 2 | 1 | - | 13 | -116.467 | -115.502 | 4.513 | 1 3 |
| 12 | 2 | 2 | - | 14 | -109.627 | -145.909 | -2.110 | 1 2 4 |
| 13 | 1 | 2 | - | 2 | -191.794 | -155.701 | -29.298 | 1 2 3 |
| 13 | 1 | 2 | - | 14 | -189.955 | -154.998 | -29.323 | 1 2 3 4 |
| 13 | 2 | 2 | - | 2 | -181.744 | -222.578 | -33.048 | 1 2 3 |
| 14 | 1 | 2 | - | 2 | -189.942 | 0.000 | -72.655 | 1 2 3 |
| 14 | 2 | 2 | - | 2 | -179.392 | -155.701 | -73.905 | 1 2 3 |
Наибольшие усилия в элементах арки:
продольная сила N= - 215 кН;
поперечная сила Q= - 73,9 кН;
изгибающий момент М= + 222 кНм.
Коньковый узел
продольная сила N= - 92,5 кН;
поперечная сила Q= - 24 кН.
Опорный узел
продольная сила N= - 215 кН;
поперечная сила Q= - 70 кН.
Статический расчет арки
Статический расчет несущего элемента арки выполняем в соответствии с указаниями СНиП [2] как сжато-изгибаемого элемента. Расчетное сечение арки является сечение с максимальным изгибающим моментом от наиболее невыгодного сочетания нагрузок М= 1679 кНм. При этом же сочетании нагрузок определяем значения продольной силы N= -1147 кН в расчетном сечении и величины продольных и поперечных сил в коньковом и опорном узлах.
Подбор сечения полуарки
Материал для изготовления полуарок принимаем древесину сосны второго сорта толщиной 25 мм. Коэффициент надежности по назначению γn = 0,95. Сечение полуарки принимается клееным прямоугольным.
Оптимальная высота поперечного сечения арки находится в пределах
(1/40 - 1/50)l = (1/40 - 1/50)1800 = 45,0 – 36,0 см.
Согласно СНиП [2], пп. 3.1 и 3.2, коэффициенты условий работы древесины будут при h > 60 см, δсл = 2,25 см mб = 0,8; mсл = 1; соответственно расчетное сопротивление сжатию и изгибу
Rс = Rи = 0,96×0,8×1,5= 1,152 кН/см2.
Предварительное определение размеров поперечного сечения арки производим по п. 4.17 СНиП [2]:
N/Fрасч + Mд/Wрасч ≤ Rс.
h3 - βNh/Rс - 6βM/(ξRс) = 0.
h3 + 3ph + 2q = 0,
Принимаем β = h/b = 5,5; ξ = 0,65.
p = -βN/(3Rс)= -5,5×215/(3×11520)= -0,034;
q = -3βM/(ξRс)= -3×5,5×222/(0,65×11520)= -0,50;
h3 – 0,549×h – 7,4 = 0,
Поскольку q >> p, дискриминант уравнения Д = q2 + p2 > 0 и оно имеет одно действительное и два мнимых решения. Согласно формуле Кардано, действительное решение h = U + V,
;
h = U + V= 1,0- 0,1= 0,9 м.
Компонуем сечение из 36 слоев досок толщиной 25 мм, шириной 200 мм. С учетом острожки по 6 мм с каждой стороны, расчетное сечение получаем 900 х 200 мм.
Расчетные площадь поперечного сечения и момент сопротивления сечения:
Wрасч = b×h2/6 = 20×902/6 = 27000 cм3;
F расч = b×h = 20 ×90 = 1800 см2.
Расчетная длина полуарки: 
Расчет узлов арки
Рассмотрим опорный и коньковый узлы.
Расчет опорных узлов
Расчетные усилия: N=-215 кН; Q=70 кН
Так, как пролет арки 18 м, конструктивно узел решаем в виде: валикового шарнира.
Определим высоту валикового шарнира:
N - продольное усилие в опорном узле
b =20 см– ширина плиточного шарнира
Rстсм =1,66 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245
Конструктивно принимаем hш = 30 см.
Принимаем диаметр болтов dб=24 мм, тогда по п. 5.18
Принимаем накладки А – образной формы, толщина листа башмака 16 мм.
Стальные башмаки опорного узла крепятся к арке 10 болтами d = 24 мм.
Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:
,
где M б = Q·e = 70·0,490 = 34,3 кНм.
e =0,490 – расстояние от ц. т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;
zi – расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
n б – число болтов в крайнем ряду по горизонтали;
m б – общее число болтов в накладке.
Zmax – максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
Несущая способность одного болта T б: определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:
(т.17(1))
Коньковый узел
Продольное усилие N= - 92,5 кН;
Поперечное усилие Q= - 24 кН.
Коньковый узел решаем в виде классического валикового шарнира.
Материал шарнира – сталь марки С245.
Конструирование узла начинаем с выбора диаметров крепежных болтов и назначения размеров боковых пластин стального башмака из условия размещения болтов.
Толщину опорной пластины принимаем 20 мм.
Определим высоту валикового шарнира:
N - продольное усилие в опорном узле
b =20 см– ширина плиточного шарнира
Rстсм =1,66 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245
Конструктивно принимаем hш = 30 см.
Принимаем диаметр болтов dб=24 мм, тогда по п. 5.18
Принимаем накладки А – образной формы, толщина листа башмака 16 мм.
Стальные башмаки карнизного узла крепятся к арке 6 болтами d = 24 мм.
Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:
,
где M б = Q·e = 24·0,340 = 8,2 кНм.
e =0,340 – расстояние от ц.т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;
zi – расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
n б – число болтов в крайнем ряду по горизонтали;
m б – общее число болтов в накладке.
Zmax – максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
Несущая способность одного болта T б: определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:
(т.17(1))
Список используемой литературы
1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.:ГП ЦПП, 1996. - 44с.
2. 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.
Пермский Государственный Технический Университет
Кафедра Строительных Конструкций
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»
на тему «Проектирование хоккейного стадиона»
Выполнил:
Семёнов К.В.
Проверил:
Фаизов И.Н.
Пермь 2009
Задание на проектирование
Рис. 1 - Геометрическая схема конструкции
Таблица 1 - Задание
| Наименование величин | ||
| Н | № схемы | 2 (Хоккейный стадион) |
| Е | Место строительства | г. Соликамск |
| С | Шаг конструкций | 3,5 м |
| Т | Расчетный пролет | 18 м |
| Е | Высота | f/l= 1/2 |
| Р | Длина здания | 55 м |
| О | Тип панели покрытия | Асбестоцемент |
| В | Средний слой панели | Пенополиуретан |
Компоновка плиты
Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,5 м.
Ширина плиты принимается равной ширине плоского асбестоцементного листа по ГОСТ 18124 – 1,5 м. Толщина листа – 10 мм.
Асбестоцементные листы крепятся к деревянному каркасу шурупами диаметром 5 мм и длиной 50 мм через предварительно просверленные и раззенкованные отверстия.
Высота плиты h
Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер.
Ребра принимаем из ели 2-го сорта.
Толщину ребер принимаем 50 мм.
По сортаменту принимаем доски 50*150 мм.
После острожки кромок размеры ребер 50*145 мм.
Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 50 см.
Поперечные ребра принимаются того же сечения, что и продольные и ставятся в местах стыков асбестоцементных листов. листы стыкуются на «ус». Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра. Пароизоляция – окрасочная по наружной стороне обшивки.
Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза.
Вентиляция в плитах осуществляется вдоль плит через вентиляционные отверстия в поперечных ребрах.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 187.
