Разработка дощатоклееные рамы для внедрения их на производстве и строительстве быстровозводимых зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Город Братск расположился на берегах реки Ангары. Его окружает миллионы квадратных километров многовековой тайги. Породы деревьев преобладают в основном хвойных пород, а именно в большинстве представлены сосны. Лес, как строительный материал, является единственным в своем роде восполняемым строительным материалом. Дома и различные сооружения в городе в основном построены из железобетонных конструкций, частично в каменном (кирпичном исполнении, металлические конструкции встречаются реже, хотя в последнее время в связи с внедрением в производство новых технологий, стали появляться здания с металлическим каркасом обшитыми легкими панелями типа «сэндвич». Деревянные конструкции использованы в основном в одноэтажном строительстве частных домов жилого сектора, конструкции использованы цельного сечения, из натуральной древесины.

Металлические конструкции при больших своих преимуществах (технологичность, надежность, высокая несущая способность, малые размеры и вес по сравнению с железобетонными конструкциями, неограниченность в применении и ширине пролетов) все же имеют недостатки именно для города Братска: так как с каждым годом сокращаются железорудные запасы и цена конструкций неуклонно растет, то немаловажную роль играет доставка из других районов страны (в Братске нет поблизости источников), что увеличивает стоимость строящегося здания.

Железобетонные конструкции имеют большую теплопроводность, массивность, и кроме того сложившаяся экономическая ситуация в стране в период перестройки разрушила производственные мощности КБЖБ.

Деревянные конструкции обладают следующими преимуществами:

наличием большой сырьевой базы, малой теплопроводностью, малым объемным весом, стойкостью к химическим воздействиям и возгоранию.

Экономическая ситуация показывает, что строительстве в городе «заморожено» или ведется частично и малыми объемами.

Обоснованием выбора темы дипломной работы послужили вышеизложенные предпосылки.

Целью данного дипломного проекта послужило на примере строительства торгового павильона показать и разработать дощатоклееные рамы для внедрения их на производстве и строительстве быстровозводимых зданий. Приоритетом в выборе конструкций были следующие требования: конструкции должны транспортабельны (как для перевозки габаритных грузов), унифицированы - применить тот или иной тип балок в зависимости от размеров строительной площадки; ширина сечения балок подобрана с учетом сортамента наиболее распространенных досок, а также с учетом того, что склеивание досок по кромке увеличивает затраты в 2 раза. Плиты покрытий и навесные панели должны иметь малый вес, что в свою очередь уменьшает себестоимость здания и нагрузки на несущие конструкции; с точки зрения монтажа разработать универсальный и технологичный узел крепления колонны к фундамента. На основании этих факторов сделать технико-экономическое сравнение и показать наиболее экономичный вариант из сравниваемых конструкций.

В связи с этим основной целью дипломной работой является разработка базовой номенклатуры клееных деревянных балок наиболее распространенных пролетов и архитектурно обоснованных очертаний, а также клееных колонн к ним.

1. Архитектурно-строительный раздел

1.1 Общие данные

Проектируемое здание расположено по ул. Юбилейная 14, в жилом районе Энергетик г. Братска.

Относительной отметке уровня чистого пола 0.000 соответствует абсолютная отметка 446.40, грунтом основания фундаментов служат песчаник серый с тонкими прослойками алевролита, трещиноватый сг=2.7т/мі, ц=24є, Е=100 МПа.

1.2 Характеристика района и площадки строительства

Проектируемое здание магазина расположено по улице Юбилейная в городе Братске. Магазин запроектирован на относительно ровной площадке.

Основной вход ориентирован на главные пешеходные и автомобильные направления, в 150 метрах есть остановка городского транспорта. Тротуары и отмостки выполнены из асфальтобетона на основании из гравмассы.

В границу работ включено благоустройство, по которому меняются отметки

вертикальной планировки или возникает необходимость разработки и восстановления из-за проектируемых инженерных сооружений.

На территории, свободной от застройки и покрытий, устраиваются газоны с растительным слоем толщиной 0,15м и посевом многолетних трав. Посадка зелёных насаждений произведена с учётом пространственной композиции и прокладки инженерных коммуникаций.

Рядом с территорией магазина предусмотрена автомобильная стоянка на 10 легковых автомобилей.

Технологическая часть проекта магазина разработана на основании проектного задания, архитектурно-строительной части проекта.

Торговой павильон по продаже бытовой техники торговой площадью 1042 м² расположен на первом этаже здания, рассчитан на 10 рабочих мест. Продажа организована в основном по методу самообслуживания, частично применён метод прилавочной торговли. Для проведения расчетных операций с покупателями предусмотрен единый расчётный узел. Торговый зал оснащён стендами под бытовую технику, под акустические системы, демонстрационными стендами, прилавками. В магазине предусмотрена продажа следующих групп товаров: компьютерная техника, аудио-, видео-, бытовая техника, расходные материалы, сотовые телефоны. Товары в магазин доставляются в промышленной потребительской упаковке. Рядом со зданием располагаются различные промышленные магазины, автомойка.

Предусмотрены складские помещения.

Климатический подрайон - I В [1]

Средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки - 43єС. [1]

Расчетное значение веса снегового покрова - район III - 1,8 кПа. [2]

Нормативное ветровое давление - II район - 0,30 кПа. [2]

Средняя температура отопительного периода - 8,6єС. [1]

Продолжительность отопительного периода - 249 сут. [1]

Глубина сезонного промерзания - 3,5 м. [1]

Рельеф - ярко выраженный уклон в восточном направлении.

1.3 Анализ объемно-планировочного и конструктивных решений проекта

Объемно-планировочное решение здания магазина продиктовано сложностью площадки под строительство. Ярко выраженный рельеф в восточном направлении, затеснённость площадки подземными коммуникациями, ограниченность расширения ввиду плотной застройки прилегающий территории.

Размеры здания в плане - 40х36 м, высота верхней точки здания 6м, высота этажа 4,0 м.

Все помещения здания располагаются на одном этаже. Торговые залы магазина разделены дверными проемами по функциональной специфике бытовой техники. С юго-восточный стороны павильона расположен запасный выход.

На основании технического отчета об инженерно-геологических изысканиях на площадке расширения магазины приняты фундаменты мелкого заложения в виде плиты заводского изготовления размером в плане 1000х1000 и высотой 400 мм. Фундамент плитный. Полы устраиваются по грунту.

Стены здания из сэндвич-панелей, витражи алюминиевые с двухкамерными стеклопакетами. Перегородки в здании приняты из ГВЛ толщиной 100мм. Подвесные потолки типа «армстронг», реечные металлические предусмотрены только в административно-бытовых помещениях.

Покрытие полов выполнено из керамической плитки.

Стены красятся, оклеиваются керамической плиткой.

Внутренняя отделка помещений запроектирована согласно санитарным нормам, соответствует требованиям гигиены помещений, их дезинфекции.

Стены выполняются из сэндвич - панелей. В стенах здания из сэндвич - панелей, выполнены витражи алюминиевые с двухкамерными стеклопакетами. Перегородки в здании приняты из ГВЛ толщиной 100мм. Подвесные потолки типа «армстронг», реечные металлические.

Покрытие - индивидуальные сэндвич-панели. Толщиной 150мм

Полы - керамические.

Здание магазина одноэтажное.

Степень огнестойкости здания - II.

Класс функциональной пожарной опасности - Ф 3.2, Ф 3.6.

Класс конструктивной пожарной опасности С1.

Конструктивная схема здания решена с несущим каркасом в виде колонн и балок, навесные стены крепятся на всю высоту здания. Стены здания (толщина стены принята по расчету см. п. 1.3.4) - сэндвич-панели с металлическими листами обшивок и жестким утеплителем.

Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается совместной работой рам каркаса, продольных и поперечных связей.

На основании технического отчета об инженерно-геологических изысканиях на площадке строительства магазина приняты фундаменты Фм1 заводского изготовления.

Каркас решен из деревянных дощатоклееных колонн и дощатоклееных балок. Колонны, балки - деревянные дощатоклееные конструкции, выполнены из досок 1-го сорта, высотой 33 мм, склеенных между собой клеем ФРФ-50. Колонны выполнены постоянного сечения высотой 4 м, крепления с фундаментом выполнено через опорный башмак. Балки выполнены по высоте сечения.

Стены - сэндвич-панели толщиной 150 мм.

Перегородки - каркасные.

Покрытие - индивидуальные сэндвич-панели. Толщиной 150 мм.

Полы - керамическая плитка

Двери, окна - индивидуального изготовления.

1) Исходные данные:

Стенa пaнельнaя тpехслoйнaя (типа сэндвич) из пpoфилиpoвaннoгo листa и утеплителя.

Paйoн стpoительствa - Бpaтск.

Ветpoвoй paйoн - 2 (23 кПa)

Снегoвoй paйoн - 3 (180 кПA)

Гpaдусo-сутки oтoпительнoгo пеpиoдa oпpеделяются пo фopмуле:

Dd= (tint - tht) я zht, (1.1)

где tht - сpедняя темпеpaтуpa oтoпительнoгo пеpиoдa, єС

th t= - 8.6 єС

zht - пpoдoлжительнoсть oтoпительнoгo пеpиoдa, сутки

zht = 249 сутки

Dd= (21+8.6)*249= 7370 єС*сутки

Пpиведеннoе сoпpoтивление теплoпеpедaчи oгpaжденных кoнстpукций Ro^reg oпpеделяется в зaвисимoсти oт пoлученнoгo знaчения Дd и типa здaния или пoмещения

Ro^reg= a*Dd+b, (1.2)

где a и в - кoэффициенты, пpинимaемые для стен, paвными a=0,0003, в=1,2

Ro^reg=0,0003*7370 +1.2 = 3,411м² *єС/Вт

В кaчестве paсчетнoгo сoпpoгтивления теплoпеpедaче пpинимaют Ro^reg.

Из дaннoгo уpaвнения oпpеделяется тoлщинa утепляющегo слoя:

д 2= (Ro^reg - [1 + д1 + д3 + 1])* л2 (1.3)

бint л1 л3 бext

д 2=(3.411- [1 + 0,0005 + 0,0005 + 1])*0,039= 0,126 м,

8,7 58 58 23

унифициpуем +24мм = 150 мм

Пpoвеpяется услoвие Ro^inf ? Rreg, где Ro^inf - фaктическoе сoпpoтивление теплoпеpедaчи неoднopoднoй oгpaждaющей кoнстpукции, oпpеделяемoе пo фopмуле:

Ro^inf= 1 + Rk^r + 1, (1.4)

где Rk^r - теpмическoе сoпpoтивление, oгpaждaющей кoнстpукции, м² *єС/Вт oпpеделяется пo фopмуле:

Rk^r= Raт+2Rт, (1.5)

где Raт, Rт - сpедние знaчения теpмическoгo сoпpoтивления в нaпpaвлении пapaллельнoм пoтoку теплa и пеpпендикуляpнoм пoтoку теплa, м²* єС/Вт

Для oпpеделения Raт и Rт ввoдятся paсчетные схемы.

a) Кoнстpукцию paзделяют плoскoстями пapaллельными пoтoку теплa Q^// нa учaстки I и II, oпpеделяют теpмические сoпpoтивления учaсткoв RI, RII и плoщaди их пoвеpхнoсти FI, FII с paзмеpoм стены пo высoте 1 м.

FI= 0,012м²

FII= 0,58м²

Сpеднее знaчение теpмическoгo сoпpoтивления в нaпpaвлении пapaллельнoму пoтoку теплa oпpеделяется пo фopмуле:

Raт=[ FI + FII] (1.7)

б) Для oпpеделения RT кoнстpукцию paзделяют нa 3 учaсткa пеpпендикуляpных нaпpaвлению теплoвoгo пoтoкa Q^т и oпpеделяют теpмические сoпpoтивления слoев пo фopмуле:

1.4 Оценка инженерного оборудования и сетей

Проект магазина по ул. Юбилейная 14 разработан на основании архитектурно-строительных чертежей. Источником тепла служат городские тепловые сети.

Точкой подключения является существующий транзитный трубопровод, проходящий под павильоном по ул. Юбилейная. Теплоноситель в сети - вода с параметрами 90-70єС.

Трубопроводы тепловых сетей прокладываются в подпольном канале на скользящих опорах. Расстояние между скользящими опорами для труб Ш 57х5 - 2,5 м; Ш 108х4 - 4,5 м. Трубопроводы проходящие в подпольном канале и в тепловом узле изолированы холстом стекловолокнистым типа ХПС-Т-5, толщиной 40мм.

Покровный слой - стеклопластик рулонный типа РСТ-Х-Н. Антикоррозийное покрытие - масляно-битумное в 2 слоя по грунту ГФ-021.

Спуск воды из трубопроводов теплосети предусматривается в сбросной колодец с последующей откачкой передвижными насосами.

Компенсация тепловых удлинений трубопроводов осуществляется углами поворотов.

Полив территории предусматривается поливочными кранами, выведенными от внутренней водопроводной сети здания.

Канализацию магазина выполнить в существующий колодец № 90 двумя выпусками. Выпуски запроектированы из чугунных канализационных труб по ГОСТ 6942.3-80 диаметром 100 мм.

На вводе в здание расположен индивидуальный тепловой пункт, в котором предусмотрена дополнительная установка: регулятора температуры, регулятора давления, предохранительного клапана, приборов контроля и учета тепловой энергии, приборов автоматики.

В качестве нагревательных приборов приняты радиаторы биметаллические марки CF-300,CF-500, CF-800 кампании SIRА.

В здании запроектирована приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением во всех помещениях.

Проектом предусмотрено кондиционирование потолочными внутренними блоками. В местах пересечения трубками стен установить стальную гильзу Ду 70 с уклоном 0.01 в сторону слива дренажа, зазоры заполнить утеплителем. Воздуховоды крепить согласно серии 5.904-1, трубопроводы-4.904-69.

Удаление воздуха осуществляется через вентканалы с установкой шахт на кровле.

Воздуховоды выполнены из листовой стали по ГОСТ 24751-81 с толщиной согласно СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

2. Расчетно-конструктивная часть

В данном разделе выполняется расчет следующих конструкций:

1) плиты покрытия типа «сэндвич»;

2) 2-х шарнирных однопролетных рам для пролетов 4,9,12,15 и 18м;

3) дощатокленной колонны постоянного прямоугольного сечения;

4) двускатных балок переменного и постоянного сечения пролетом 4,9,12,15и 18 м;

5) опорного башмака колонны.

Вследствие легкости, простоты изготовления, низкой стоимости, малой теплопроводности и принята плита покрытия ПП-1 с жестким утеплителем. Плита покрытия типа «сэндвич» состоит из тех слоев: наружний слой - металлический профилированный лист, средний слой - утеплитель полистирольный пенопласт, внутренний слой - металлический профилированный лист. Размеры плиты приняты 6000х1000 мм.

Дощатокленные балки запроектированы из досок хвойных пород (сибирской сосны) I сорта размером после острожки 140х33 мм. Сравнение вариантов предусматривает балки следующих видов: двускатные переменного сечения длиной -12, 15, 18 м. Длины балок приняты исходя из унификации сетки колонн, наиболее распространенных вариантов поперечных размеров здания, экономичности и транспортабельности. По итогам расчета выбирается наиболее рациональное конструктивное решение балки.

Колонны проектируются под пролет балок длиной 4,9,12,15,18. Колонны выполнены из досок II сорта размером 140х33 после острожки. Высота колонн составляет 4 м. Сравнение вариантов осуществлено на основе максимального использования прочности. Исходя из этого, принимается окончательный вариант проектирования торгового павильона.

Проектируемый башмак крепления колонны к фундаменту выполняется из стали марки Вст3кп2 с опорными косынками-траверсами. Крепление осуществляется через болтовое соединие, расположенное вдоль геометрической оси колонны. Болты нормальной точности, класс прочности 5.6. Защемление колонн в фундаменты выполняется через анкерные болты. Конструкция башмака обусловлена простотой изготовления, универсальностью, обеспечению деревянной колонны долговечностью, быстротой сборки на строительной площадке.

Все конструкции разработаны для климатический условий г. Братска. Все элементы дощатокленных конструкций соединены на фенольно-резорциновом клее марки ФР-50, который образует тепло- и водостойкое соединение.

2.1 Расчет плиты покрытия

Исходные данные.

3-х слойная плита покрытия типа «сэндвич» состоит из следующих слоев:

1) верхняя обшивка - профилированный лист толщиной д= 0,06 см, высота гофры 5,7 см;

2) утеплитель пенополистирольный пенопласт марки ПСВ толщиной 150 мм согласно теплотехническому расчету;

3) нижняя обшивка - профилированный лист толщиной д=0,06 см, высота гофры - 5,7см;

Размеры плиты 6х1м.

Решение.

Поперечные швы между панелями приняты 20 мм. Длин панели lп=600- 2= 598 см. Ширина площади опирания на дощатоклееную балку 0,5(14-2)=6 см. Расчетный пролет l=598-6=592 см.

Изгибающий момент и поперечная сила:

(2.1)

(2.2)

Тогда M=9,37 кН·м; Q= 6,42 кН.

При расчете можно допустить, что средний слой не воспринимает нормальных напряжений, а воспринимает только касательные напряжения; нормальные же напрядения воспринимаются только обшивками. Исходя из этого при вычислении момента инерции и момента сопротивления сечения учитывают только обшивки.

Учет совместной работы двух материалов (верхней и нижней обшивки) осуществляется приведением всех геометрических характеристик к одному наиболее напряженному материалу.

Геометрические характеристики приведенные к материалу обшивок. Приведенный момент инерции:

, (2.3)

где==46,2 - момент инерции относительно собственной оси верхней и нижней обшивок соответственно, ;

Fв=Fн=6,6 - площади сечения верхней и нижней обшивок, ;

- расстояние от центра тяжести соответствующего элемента до нижней грани нижней обшивки,.

Тогда Jпр=46,2+7,5²·6,6+46,2+7,5²·6,6=834,9 см⁴.

Момент сопротивления приведенного момента инерции:

 (2.4)

При малой толщине гофрированного листа, в формуле (2.4) можно принять д=0.

Прочность обшивок проверяют по формуле:

- нормальные напряжения:

(2.5)

- касательные напряжения

(2.6)

где Rр и Rc - расчетные сопротивления растяжению и сжатию обшивок.

;

,

следовательно, прочность обшивки обеспечена.

Прочность среднего слоя и прочность его соединения с обшивками панелей проверяют по формуле:

(2.7)

где, Rcр=0,07 - расчетное сопротивление срезу материала среднего слоя, МПа.

Прочность среднего слоя проверяют по формулам:

,МПа(2.8)

где Rc =0,7- расчетное сопротивление сжатию материала среднего слоя, МПа

и3 - коэффициент, определяемый в зависимости от величины з по графику

следовательно, прочность обеспечена

Приведенный модуль упругости:

МПа (2.9)

где Е - модуль упругости;

м - коэффициент Пуассона материала обшивки.

=14865 МПа.

Проверку жесткости панели со сплошным средним слоем при действии нормальных, равномерно распределенных по поверхности панели нагрузок производят по формуле:

(2.10)

где kсдн - коэффициент, учитывающий влияние н прогиб податливости среднего слоя при сдвиге;

=3 см - предельный прогиб.

Значение коэффициента kcдн определяют из выражения:

(2.11)

где G=11 - модуль сдвига материала среднего слоя, МПа

.

следовательно прогиб плиты не превышает предельно допустимого.

2.2 Расчет деревянной дощатоклееной балки

В данном разделе рассчитаны следующие виды балок:

а) Сбор нагрузок. При определении нагрузки на балку ввиду малого угла наклона () можно считать, что вес на 1 горизонтальной проекции покрытия равен весу, приходящемуся на 1 поверхности покрытия. Все нагрузки, действующие на балку занесены в таблицу.

А) Постоянные

Собственный вес балки определен по формуле:

,кН/м² (2.12)

где q^н - постоянная нормативная, кН/м²;

S^н - временная нормативная, кН/м²;

кс.в. - коэффициент собственного веса.[13]

l - расчетный пролет, м.

Б) Временные:

S^н нормативная - 1,26 кН/м²;

S^н расчетная - 1,8 кН/м²

б) Конструкция балки.

Двускатная клееная дощатая балка с уклоном верхней грани i=0,05 изготовлена из сосновых досок 1 сорта размером 150х40 мм. Доска после фрезерования будет иметь размер 140х33 мм.

Высота балки в середине пролета находится в пределах:

, (2.13)

Высота балки на опоре:

. (2.14)

Высоту балки в середине пролета предварительно назначаем из условия восприятия максимального изгибающего момента по формуле (2.15):