Компоновка основных несущих конструкций

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Вятский Государственный Университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

Несущие деревянные конструкции c соединениями на нагельных коннекторах
Пояснительная записка

Курсовой проект по дисциплине
«Конструкции из дерева и пластмасс»

ТПЖА.0200.139

Разработал студент ________________ / Усов И.Н. /

(подпись)

Руководитель ________________ / Исупов С.А. /

(подпись)

Проект защищен с оценкой «________» «___» _____ 2004 г.

Киров, 2004

Вятский государственный университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

Задание

на курсовой проект по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

ТЕМА: Конструирование и расчет основных несущих конструкций
однопролетного одноэтажного промышленного здания из дерева

Студент: Усов И.Н. группы С-55

Пролет здания, м................................................................................... 17

Шаг несущих конструкций, м................................................................. 6

Длина здания, м..................................................................................... 42

Высота колонны, м.................................................................................. 4

Условия эксплуатации................................. AI, AII, согласно [1, табл. 1]

Район строительства......................................................... г. Н. Новгород

Характеристика конструкций:

1. Плита покрытия:

· Ширина плиты покрытия.................................................... 1.600 м

· Нижняя обшивка – фанерные листы....................................... 8 мм

· Пароизоляция – полиэтиленовая пленка

· Утеплитель................................. URSA (g = 100 кг/м³, d = 100 мм)

· Каркас – деревянный с продольными ребрами составного сечения, с соединениями
на нагельных пластинах, с диаметром нагелей....................... 6 мм

· Обрешетка ......................................... доска необрезная, d = 25 мм

· Кровля............................. 3 слоя рубероида на битумной мастике

2. Стропильная ферма треугольного очертания с соотношением высоты к длине как 1:6.

· Верхний пояс – деревянный, составного сечения, с соединениями на нагельных пластинах, с диаметром нагелей........................... 6 мм

· Нижний пояс................ металлический, из треугольного профиля

· Стойки......................................................... деревянные брусчатые

· Раскосы...................................... металлические, круглого сечения

3. Колонна составного сечения, с соединениями на нагельных пластинах,
с диаметром нагелей................................................................. 6 мм

Дата выдачи задания:________________________________________

Дата сдачи курсового проекта:_________________________________

Руководитель: _________________________________________ / Исупов С.А. /

(подпись)

Задание принял: ________________________________________ / Усов И.Н. /

(подпись)

РЕФЕРАТ

Усов И.Н. Конструкции из дерева и пластмасс: ТПЖА.02.00.139 ПЗ: Курс. Проект / ВятГУ, каф. Строительных конструкций; рук. С.А. Исупов. Несущие деревянные конструкции с соединениями на нагельных коннекторах – Киров, 2004 г., Гр.ч. 1 л. Ф. А1; ПЗ – 30 с., 8 табл.,12 рис., 6 источников.

Объект исследования и разработки – конструирование и расчет основных несущих конструкций однопролетного одноэтажного промышленного здания.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

1. Компоновка основных несущих конструкций. 5

2. Проектирование плиты покрытия. 6

2.1. Сбор нагрузок. 6

2.2. Конструктивный расчет продольного ребра. 7

3. Проектирование стропильной фермы.. 10

3.1. Сбор нагрузок. 10

3.2. Статический расчет фермы.. 11

3.3. Конструктивный расчет верхнего пояса. 11

3.4. Расчет нижнего пояса фермы.. 14

3.5. Расчет элементов раскосной решетки. 15

3.6. Расчет и конструирование узлов фермы.. 15

3.6.1. Опорный узел. 15

3.6.2. Промежуточный узел фермы по верхнему поясу. 17

3.6.3. Коньковый узел фермы.. 19

3.6.4. Промежуточный узел по нижнему поясу. 20

4. Проектирование колонны.. 21

4.1. Сбор нагрузок. 21

4.2. Определение изгибающих моментов в колоннах. 22

4.2.1. Расчетные сочетания нагрузок. 22

4.2.2. Конструктивные параметры колонны.. 22

4.5. Конструктивный расчет колонны.. 24

4.5.1. Расчет колонны при сочетании нагрузок 1а (центральное сжатие) 24

4.5.2. Расчет колонны при втором сочетании нагрузок (сжатие с изгибом) 25

4.5.3. Расстановка нагельных пластин. 26

4.6. Проектирование базы колонны.. 27

4.6.1. Конструктивный расчет анкерных болтов. 27

4.6.2. Конструктивный расчет башмака колонны.. 28

4.6.3. Прочность контактных сопряжений по обрезу фундамента. 29

Список литературы.. 30

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта служит получение навыков в конструировании и расчете основных несущих конструкций однопролетного одноэтажного промышленного здания, материалом которых является дерево.

Проектирование плиты покрытия

Сбор нагрузок

Расчет плиты сводится к расчету продольных ребер, совместно воспринимающих всю приложенную к плите нагрузку. Сбор нагрузок осуществляется по предварительно принятым, ориентировочным размерам элементов каркаса и средств соединения. Предварительно принята ширина продольных и поперечных ребер b=12.5 см, высота продольных ребер h₁ =12.5 см – нижний брус, h₂=12.5 см – верхний брус, высота поперечных ребер h₃=12.5 см.

Таблица 1. Сбор нагрузок на плиту покрытия

Вид нагрузки	Нагрузка
Вид нагрузки	Нормативная, kH	?f	Расчетная, kH
Нижняя обшивка - фанера, 8 мм	0.030	1.1	0.033
Утеплитель 100 кг/м3, 100 мм	0.096	1.3	0.125
Обрешетка доска необрезная, 25 мм	0.125	1.1	0.138
Продольные ребра 100х175	0.167	1.1	0.184
Нагельные пластины Ст6Г6к	0.005	1.1	0.006
Кровля: 3 слоя рубероида	0.021	1.1	0.023
Итого постоянные:	0.444	-	0.508
Снеговая нагрузка	1.680		2.400
ИТОГО:

2.124

2.908

Погонная нагрузка на каждое продольное ребро каркаса, при ширине плиты b_п=160 см:

- нормативная:

;

- расчетная:

Максимальный изгибающий момент:

- нормативный:

;

- расчетный:

Сбор нагрузок

Согласно [2], статический расчет стропильной фермы принятой геометрии производится на действие постоянных и снеговой нагрузок (приложенной по всему пролету и на его половине).

Таблица 3. Сбор нагрузок на стропильную ферму

Вид нагрузки	Нагрузка, кН/м²			Погонная нагрузка, кН/м
Вид нагрузки	Нормативная	?_f	Расчетная	Нормативная	Расчетная
Покрытие	0.444		0.508	2.664	3.046
Собственный вес фермы	0.094	1.1	0.104	0.566	0.622
Итого постоянные:	0.538	-	0.611	3.230	3.668
Снеговая нагрузка	1.680		2.400	10.080	14.400
ИТОГО:

2.218

3.011

13.310 18.068

При определении погонной нагрузки учитывается, что шаг несущих конструкций L_к=6.000 м.

Собственный вес фермы:

k_j = 2,5 – коэффициент «собственного веса» фермы, зависящий от типа конструкции.

Коэффициент надежности по нагрузке: γ_f = 1.6, т.к. g/p = 0.092 / 1.648=0.056 < 0.8 [2, п.5.7]

Рис. 4. Расчетная схема фермы

Статический расчет фермы

Таблица 4. Статический расчет стропильной фермы

Стержень		От единичной нагрузки 1 кН/м			Постоянная нагрузка, q=3.368 kН	Снеговая нагрузка, q=14.400 kH			Расчётное усилие
Стержень		Слева	Справа	Пролёт	Постоянная нагрузка, q=3.368 kН	Слева	Справа	Пролёт	Расчётное усилие
1		2	3	4	5	6	7	8	9
Верхний пояс	1-2	-13.93	-6.630	-20.56	-75.411	-200.592	-95.472	-296.064	-371.475
	2-4	-13.93	-6.630	-20.56	-75.411	-200.592	-95.472	-296.064	-371.475
	4-6	-6.63	-13.930	-20.56	-75.411	-95.472	-200.592	-296.064	-371.475
	6-7	-6.63	-13.930	-20.56	-75.411	-95.472	-200.592	-296.064	-371.475
Нижний пояс	1-3	12.58	6.300	18.88	69.249	181.152	90.720	271.872	341.121
	3-5	6.30	6.310	12.61	46.251	90.720	90.864	181.584	227.835
	5-7	6.30	12.580	18.88	69.249	90.720	181.152	271.872	341.121
Раскосы	2-3	-4.20	0.000	-4.20	-15.405	-60.480	0.000	-60.480	-75.885
	5-6	0.00	-4.200	-4.20	-15.405	0.000	-60.480	-60.480	-75.885
	3-4	7.55	-0.010	7.54	27.655	108.720	-0.144	108.576	136.231
	4-5	-0.01	7.550	7.54	27.655	-0.144	108.720	108.576	136.231

Расчет нижнего пояса фермы

Нижний пояс фермы выполнен из проката уголкового профиля по ГОСТ 8509–72, сталь марки ВСт3Пс6.1 по ГОСТ 1380 – 71*, согласно [3].Так как разница в величине усилий в отдельных панелях нижнего пояса значительна, усилия определяются в каждом элементе по отдельности.

Элементы 1-3, 5-7. Расчетное усилие N =341.120 kН.

Требуемая площадь сечения:

g_n = 0.95 – коэффициент надежности по назначению для II класса надежности [2, прил. 7*];

g_с = 0.95 – коэффициент условий работы [3].

R_y = 23.5 кН/см² – расчетное сопротивление стали по пределу текучести [3];

Принимаем два уголка 75х7:

Элементы 3-5. Расчетное усилие N =227.835 kН.

Требуемая площадь сечения:

Принимаем два уголка 70х5:

Опорный узел

Конструированию и расчету подлежат: опорная торцевая диафрагма, опорная пластина, ребра жесткости, сварные швы.

Опорная торцевая диафрагма

Ширина опорной торцевой диафрагмы равна ширине верхнего пояса: b_д=b_n=17.5 см, высота диафрагмы: h_д = 19 см, (расчетная высота диафрагмы: h_д=19 см, см. выше, в расчете верхнего пояса фермы).

Толщина торцевой диафрагмы определяется из расчета отдельных ее участков на поперечный изгиб под действием равномерно распределенной нагрузки, величина которой на единичную ширину пластинки численно равна контактным напряжениям сжатия в верхнем поясе фермы:

Максимальный изгибающий момент на единичную полосу торцевой диафрагмы, как пластинки, опертой по трем сторонам, с соотношением размеров b_д /a_д =4.000, при котором численный коэфициент b = 0.133:

Требуемая толщина торцевой диафрагмы:

Рис. 6. Опорный узел фермы

Опорная пластина

Размеры опорной пластины в плане определяются из следующих геометрических и конструктивных представлений:

ширина пластины b_п (размер из плоскости) принимается с учетом необходимости фланцевых выступов (за габариты верхнего пояса) при размещении крепежных (по отношению колонне) болтов. Задавшись диаметром этих болтов d = 20 мм и, учитывая размеры стандартных шайб: b_ш= 4d = 8 см, определяется ширина выступов: b_a= 4d + 0.5d = 8 +1.0 = 9.0 см и ширина опорной пластины: b_n= b_n + 2b_a= 17.5 + 2 ∙ 9.0 = 35.5 см, длина опорной пластины и размеры ее отдельных участков определяются из геометрических построений с учетом центрирования всех несущих элементов узлового сопряжения и расчетным обеспечением прочности древесины в оголовке колонны при торцевом смятии под действием продольной силы в колонне.

Принята длина опорной пластины: L_n = 15 см.

– опорная реакция стропильной фермы с учетом карнизов здания. Определение изгибающих моментов для полосы единичной ширины каждой из пластин на отдельных участках:

· участок 1:

· участок 2: изгибающий момент определяется из расчета консоли с расчетным вылетом: l_к = 9.0 см.

На третьем участке контактные напряжения существенно меньше по величине и, поэтому, не учитываются при расчете пластины на поперечный изгиб. Необходимая толщина опорной пластины:

Принимаем толщину пластины t_п=1.6 см.

Ребра жесткости, фасонки

Определение геометрических размеров и формы боковых накладных фасонок (с учетом положения фиксирующих болтов по отношению к составляющим элементам). Толщина ребер жесткости и фасонок принимается конструктивно: t = 5 мм.

Сварные швы

При принятой толщине фасонок и полок проката углового профиля определяется высота сварных швов: h_ш = 6 мм. Определение длинны сварных швов: соединение уголков нижнего пояса при усилии: N =341.121 кН:

Соединение ребер жесткости с диафрагмой и опорной пластиной при N =341.121 кН:

Длинна сварных швов с каждой стороны каждого из ребер жесткости, с одной стороны фасонок:

Расчет опорной стойки

Усилия сжатия: N =75.885 kН передается на древесину верхнего пояса посредством «торцевого упора» через опорную диафрагму. Угол смятия древесины верхнего пояса: a = 90⁰–18.433⁰ =71.567 Расчетное сопротивление древесины смятию:

R_см_a = 0.400 кН/см² – расчетное сопротивление местному смятию под шайбами под углом 90°
к волокнам древесины.

Требуемая площадь смятия:

Длина площадки смятия (при b_см = b_п = 17.5 см):

Принимаем l_т = 9.5 см. Толщина опорной диафрагмы принимается по конструктивным соображениям: t_т = 5 мм.

Рис. 7. Промежуточный узел фермы по верхнему поясу

Расчет стержневых нагелей

Предварительное значение диаметра стержневых нагелей: d=20 мм. Расчетная несущая способность на один срез нагеля при действия усилия под углом: a_с =71.567 (k_a=0.6):

по условиям смятия: Т_см = 0.5 b_n d k_a = 0.5 ∙ 17.5 ∙ 2 ∙ 0.6 = 10.500 kН;

- по условия изгиба:

Требуемое количество нагельных болтов (n_s = 2):

Принимаем 2Æ20. Для обеспечения необходимой жесткости узла из плоскости фермы используются деревянные накладки сечением 50х15 см, с закреплением их с элементами верхнего пояса с помощью болтов диаметром 20 мм.

Коньковый узел фермы

Расчет центрового болта

Усилие N_4-5 = 136.231 kН, n_s = 2 – число срезов. Требуемый диаметр центрового болта:

Принимаем центровой болт Æ26 мм.

Толщина крайних (рабочих) ребер вкладыша определяется из расчета болтового соединения на смятие под действием равнодействующей усилий:

Толщина крайних ребер вкладыша: t_р = 1 см, промежуточных: t = 0.5 см.

Расчет сварных швов

Длина сварных швов (два шва на каждой фасонке) при соединении арматурных стержней и фасонок элементов раскосной решетки:

Принята длина каждого из указанных швов: l_ш = 5.60 cм.

Проектирование колонны

Колонны проектируемого сооружения в статическом плане являются составной частью его рамного поперечника, и, поэтому, усилия в колонне определяются лишь в результате расчета статически неопределимой конструктивной системы.

Рис. 10. Расчетная схема колонны

Сбор нагрузок

Интенсивность вертикальных нагрузок от массы покрытия конструкций и фермы определяются, используя данные таблицы 3.

Таблица 6. Сбор нагрузок на колонну

Вид нагрузки	Погонная нагрузка, кН/м		Грузовая ширина, м	Усилия, кН
Вид нагрузки	Нормативная	Расчетная	Грузовая ширина, м	Нормативные	?_f	Расчетные
Собственный вес покрытия	3.230	3.668	8.80	28.421		32.277
Собственный вес колонны				0.515	1.1	0.567
Итого постоянные:				28.936		32.843
Снеговая нагрузка	10.080	14.400	8.80	88.704

126.720

ИТОГО:

117.640 159.563

Нормативная масса колонны, длиной: Н_к = 400 cм и поперечным сечением: b_кh_к = 15х15 cм составляет: G_к = 0.515 кН; g = 500 кг/м³ – удельный вес древесины. Грузовая ширина – с учетом карнизных участков покрытия: (17.0 + 0.6)/2 = 8.80 м

Определение ветровой нагрузки по [2, форм. 6]:

w_i = g_f ω_о k c_i ℓ_к, где:

g_f = 1.4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке [2, п. 6. 11];

ω_о = 0.230 кН/м² – нормативный скоростной напор ветра для г. Н.Новгород по [2, табл. 5, прил. 5];

k = 0.65 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте до 5 м;

с_i – аэродинамический коэффициент [2, прил. 4];

ℓ_к = 6.0 м – шаг колонн по заданию.

Таблица 7. Ветровые нагрузки на колонну

Вид нагрузки	Нормативная интенсивность		С_е	К	?_f	Расчетная интенсивность, кН/м
Вид нагрузки	кН/м²	кН/м	С_е	К	?_f	Расчетная интенсивность, кН/м
Наветренное давление	0.230	0.920	0.8	0.65	1.4	0.670
Подветренное давление	0.230	0.920	0.6	0.65	1.4	0.502

Учитывая приблизительное равенство коэффициентов с_е1 и с_е2 по покрытию, влиянием горизонтальных составляющих ветровой нагрузки пренебрегаем.

Проектирование базы колонны

Предпосылки проектирование узла примыкания колонны с фундаментом:

1) сжимающая компонента усилий, возникающих от продольной силы и изгибающего момента с учетом деформационных приращений, воспринимается за счет контактного сопряжения торца колонны и фундамента;

2) растягивающая компонента тех же усилий воспринимается за счет работающих на растяжение анкерных болтов, закрепляемых в колонне посредством металлических башмаков и нагельных болтов.

Параметры напряженного состояния, вызванные действием приложенных силовых факторов определяется по методу эквивалентных сечений, принимая, что равнодействующая растягивающих напряжений от изгибающего момента располагается по координатной линии анкерных болтов, размещенной в растянутой зоне сечения.

Рис. 00. Расчетная схема анкерных болтов

Расчет нагельных болтов

Определение количества болтовых нагелей, необходимых для закрепления металлических накладок к стволу колонны:

, где:

Т_б=2.5 ∙ 2²= 10.0;

N_a _max = 10.544 kH.

Принимаем 2 анкерных болта класса AI Æ14.

Расчет листовых накладок

Требуемая площадь сечения накладок:

Принимаем накладку b_н = 50 мм, толщина накладки t_н = 0.5 мм.

А_нт = t_н [b_н – 0.5d - 0.3] = 0.5∙(5 – 2.3) = 1.350 см²

Расчет монтажных столиков

Размеры монтажного столика в плане определяется из условия размещения шайбы под анкерный болт, диаметром 14 мм: а > 4d = 56 мм. Принимаем монтажный столик, размером 80 х 100 мм. Определение напряжения смятия, возникающего по плоскости контакта между шайбами и монтажным столиком по действием анкерных усилий:

Изгибающий момент для единичной полосы монтажного столика как пластины, подкрепленной по трем сторонам, и соотношением размеров в плане:

Требуемая толщина монтажного столика

Принимаем t_см = 10 мм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» - М.: Стойиздат, 1982.

2. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» - М.: Изд. ЦНИТА, 1985.

3. СНиП II-23-81 «Металлические конструкции» - М.: Стойиздат, 1982.

4. Методические указания к курсовому проекту по конструкциям из дерева и пластмасс «Несущие деревянные конструкции с соединениями на нагельных коннекторах» - Киров: ВГУ, 2000 г.

5. Пособие по проектированию деревянных конструкций к СниП II-25-80 – М.: Стройиздат, 1986.

6. «Конструкции из дерева и пластмасс» - М.: Стройиздат, 1986.