Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

здание плита балка

Проектируемое здание - производственное здание относится ко 2-му (нормальному) уровню ответственности,

Класс эксплуатации - 2.

Температурно-влажностный режим эксплуатации - 2

Место строительства - г. Орел:

? Снеговой район III;

? Ветровой район I.

Материал основных конструкций - сосна, 2 сорта.

Основные характеристики:

? плотность с=500 кг/м?;

? расчетное сопротивление при изгибе, сжатии и смятии вдоль волокон элементов прямоугольного сечения высотой до 50 см 13 R=13 Мпа;

? скалывание вдоль волокон R_ск=1,6 МПа;

Расчетные сопротивления следует умножать на следующие коэффициенты:

? m_п=0,65;

? m_в=0,85;

? m_а=0,9;

? m_сл=1,0.

Модуль упругости древесины кедра сибирского - Е=11000 МПа



1. Компоновка конструктивной схемы здания

Проектируется производственное здание - цех производства химических веществ. Длина здания составляет 58,5 м, ширина - 24 м. Шаг основных несущих конструкций (трехшарнирных арок круглого очертания) - 4,5 м. Длина пристройки составляет 9 м, шаг расположения балок в пристройке - 4 м.



2. Расчет плиты покрытия

2.1 Исходные данные

Принимаем унифицированную ширину плиты 1500 мм, длину - с учетом зазора на возможную неточность - 4480 мм.

В качестве полок используем фанеру марки ФСФ по ГОСТ 3916-69* размером 1525х1525 (мм). Листы фанеры состыковываются по длине плиты на «ус» в трех местах. В местах стыка фанеры устанавливаем 3 поперечных ребра 25х25 (мм).

По ширине плиту устанавливаем 4 продольных ребра каркаса 4,6х18,2 (см).

Продольный стык смежных панелей выполняется с помощью прибиваемых к крайним ребрам деревянных накладок сечением 4х10 (см), образующие четверть.

Торцевые поперечные ребра каркаса устраиваем из досок 4,6х18,2 (см).

В качестве утеплителя используем пенополистирол толщиной t=100 мм, с=17 кг/м?.

Конструкция плиты состоит из:

? слоя гидроизоляции «Техноэласт», т=4 мм, с=1200 кг/м?;

? фанерных полок t=9 мм х2, с=700 кг/м?;

? поперечные ребра размерами b=25 мм, h=25 мм, l=425 мм с=500 кг/м?;

? продольных ребер каркаса, b=46 мм, h= 182 мм, l=4500 мм, с=500 кг/м?;

? утеплитель - пенополистирол, t=100 мм, с=17 кг/м?;

? крепежные бруски размерами b=40 мм, h=100 мм.



Сбор нагрузок

Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м		Расчетная нагрузка, Н/м
1. Гидроизоляция «Техноэласт»	72	1,3	93,6
2. Фанерные полки	189	1,1	207,9
3. Ребра	188,4	1,1	207,24
4. Утеплитель	21,7	1,2	26,04
5. Бруски крепежные	40	1,1	44
Постоянная	511,1	-	578,78
Снеговая:	1146,6	1,4	1605,24
Полная	1657,7	-	2184,02

Снеговая нагрузка для г. Саранск:

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия:

,

где - коэффициент, учитывающий снос снега под воздействие ветра;

- термический коэффициент;

- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к нагрузке на покрытие:



- вес снегового покрова на 1 м? горизонтальной поверхности земли.

Нормативная снеговая нагрузка:

Расчетная снеговая нагрузка:

2.2 Статический расчет

Расчетный пролет плиты:

l=4,48-0,06=4,42 (м)

Определяем значения максимальных усилий в плите.

2.3 Геометрические характеристики поперечного сечения плиты

Приведенная ширина полки:



Приведенная площадь сечения:

,

где - модули упругости древесины (кедра) и фанеры соответственно;

- площади древесины (кедра) и фанеры соответственно.

Приведенный статический момент сечения относительно нижней грани плиты:

,

где S - статические моменты древесины (кедра) и фанеры соответственно.

Расстояние от нижней грани плиты до центра тяжести сечения:



Приведенный момент инерции:

Момент сопротивления для верхней и нижней полок равен:

2.4 Проверки

Проверка прочности нижней полки:

Проверка устойчивости верхней полки:

,

где 

Проверка верхней полки на местный изгиб от действия сосредоточненной силы P=1,2 кН как на пластинку шириной 1 м, защемленную в местах приклейки к ребрам:

Напряжения скалывания в шве между шпонами фанеры верхней полки:

,

где - статический момент верхней полки относительно центра тяжести сечения:

Прогиб плиты:

Проверим надежность крепления досок нижней обшивки к каркасу гвоздями, работающими на выдергивание.

Расчетная несущая способность на выдергивание одного гвоздя, забитого в древесину поперек волокон:

,

где - расчетное сопротивление выдергиванию гвоздя на единицу поверхности соприкасания гвоздя с деревом;

- диаметр гвоздя;

- расчетная длина сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя.

Принимаем гвозди . Тогда

Забиваем по одному гвоздю в каждую доску. При ширине доски 10 см шаг расстановки гвоздей вдоль поперечного ребра принимаем равным s=9 см.

Нагрузка, приходящаяся на 1 гвоздь:

где В-расстояниев м между осями поперечных ребер каркаса панели;

q - расчетная нагрузка на полосу обшивки шириной 1 м/

Утеплитель: 0,1х17х1,2х10=20,4 Н/м

Смазка битумом: 1х1,2=1,2 Н/м

Обшивка: 0,04х500х1,1=22 Н/м

q=20,4+1,2+22=43,6 Н/м

Следовательно, гвозди на выдергивание работают со значительным запасом.

Конструкция плиты покрытия

3. Расчет клееной дощатой балки

3.1 Исходные данные

Спроектировать и рассчитать балку покрытия цеха производства мебели с температурно - влажностными условиями эксплуатации А1 в г. Орел (пролёт l = 9 м, шаг конструкции B = 4 м). Материал балок - сосна. Класс ответственности здания II.

3.2 Статический расчёт

Нагрузка от кровли:

нормативная ;

расчетная

Снеговая нагрузка:

нормативная ;

расчетная

Нагрузка от веса балки:

q^н_с.в = = 0,063 кН/м²;

q_с.в = 0,063•1,1 = 0,07 кН/м².

Полная нагрузка на 1 м:

q^н = (0,341+0,764+0,063)•4,5 = 5,256 кН/м;

q = (0,386+1,07+0,07)•4,5 = 6,867 кН/м.

Расчётный пролёт балки с учётом опирания:

l = 9 - 2•0,15 = 8,7 м.

Определяем усилия:

М = = 64,97 кН•м;

Q = = 29,87 кН.

Принимаем балку прямоугольного сечения:

h = l/9 = 8,7/9 = 0,967 м = 96,7 см.

Принимаем доску до острожки толщиной a=4 см и шириной b=15 см, после острожки а = 3,3 см, b=13,5 см, тогда:

h=3,3•30=99 см > 96,7 см.

3.3 Геометрические характеристики сечения

3.4 Проверки

Проверяем сечение по нормальным напряжениям:

m_в=0,9, m_т=1,0, m_а=0,9, m_б=0,85, m_сл=1, m_n=0,9, R_и=13 МПа (для 2-го сорта древесины кедра).

По касательным напряжениям:



где R_ск =1,5 МПа для 2-го сорта древесины кедра.

По устойчивости плоской формы деформирования:

у = ;

где ц_m = =1,3 >1 => принимаем ц_m = 1.

k_ф = 1,13,

l₀ = 225 см - расстояние между поперечными связями.

Проверка прогиба:

где - прогиб элемента постоянного сечения высотой h от действия только нормальных напряжений;

k = 1 - коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения элемента;

с = 15,4 + 3,8•в = 15,4 + 3,8•1 = 19,2 - коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига на прогиб элемента;

в = 1.



4. Расчет клееной арки кругового очертания

4.1 Исходные данные

Спроектировать и рассчитать несущие конструкции покрытия в виде клееной арки кругового очертания в г. Саранск. Пролет l = 27 м, шаг арок 5,7 м. Материал - кедр сибирский. Арки покрытия опираются на железобетонные контрфорсы стен. Класс надежности - II.

Принимаем трехшарнирную арку кругового очертания с прямоугольным поперечным сечением с опорами в виде плиточных шарниров.

4.2 Определение геометрических характеристик

Стрелу подъема принимаем равной: f=24/6=4 (м)

Радиус оси арки:

Центральный угол:

Длина дуги арки:



4.3 Статический расчет

Нагрузка от кровли:

нормативная ;

расчетная

С учетом расположения покрытия по дуге арки:

нормативная ;

расчетная

Принимаем снеговую нагрузку в двух вариантах:

При f/l=1/6

Ветровую нагрузку при пологих арках не учитываем.

Определяем нагрузку от веса арки:

Полная на 1 м арки:

Рассчитываем арку на следующие сочетания нагрузок:

а) постоянной и снеговой равномерно распределенной по всему пролету;

б) постоянной по всему пролету и снеговой равномерно распределенной на длине, равной 0,5 пролета;

в) постоянной по всему пролету и снеговой при треугольной эпюре на половине пролета.

Сочетание «а» (q + p₁):

Сочетание «б» (q +0,5 p₁):

Наибольший изгибающий момент в сечении при x = 0,75 l:



Сочетание «в» (g + p₂):

Изгибающий момент в сечении при x₁ = 0,2 l:

Изгибающий момент в сечении при x₁ = 0,75 l:

Расчетные изгибающие моменты:

при x₁ = 0,2 l и при x₁ = 0,75 l.

Для этих сечений определяем соответствующие нормальные силы.

При x₄ = 0,2 l:



где

При x₅ = 0,75 l:

Расчетные усилия:

при х₁ = 0,2 l

при x₁ = 0,75 l

В опорном шарнире:

В ключевом шарнире при полном загружении нагрузкой g+p1

N_с = H_g+p1=91,02 кН.

Qc = V_вр1 = 0,125p₁l = 0.125•3,27•24 = 11,04 кН



4.4 Конструктивный расчет арки

Принимаем арку прямоугольного сечения из кедровых досок 2-го сорта толщиной 33 мм (после острожки). Определяем необходимую высоту арки:

Принимаем .

Определяем необходимую ширину арки .

Принимаем наименьшую ширину сечения, требуемую по условиям монтажа .и получаемую из досок шириной 225 мм с учетом острожки 20 мм.

Геометрические характеристики поперечного сечения:

Гибкость в плоскости изгиба:

Проверка по сочетанию «б»:

Проверка по сочетанию «в»:

Проверка:

Устойчивость арки при сочетании «в»:

Определяем касательное напряжение по формуле:



5. Расчет опорного узла арки

Рис. 2 - Опорный узел арки

Расчетные усилия в опорном узле:

· нормальная сила при сочетании «а» N=119,49 кН

· поперечная сила при сочетании «в» Q=126,04 кН

Опорную пластину для крепления плиточного шарнира принимаем размерами .

Напряжение смятия торца арки под пластиной:

Толщина пластины из условия работы ее как двухконсольной балки:

;

;

, принимаем 

Плиточный шарнир проверяем на изгиб и смятие.

;

При ширине толщина шарнира:

, принимаем .

Смятие:

Плиточный шарнир привариваем к опорным пластинам, а последние - к гнутым профилям, обрамляющим оголовок арки. Гнутый профиль размерами h_б=400 мм, b_б=200 мм, д_б=12 мм прикрепляют к арке болтами d=20 мм.

Усилие в болте:



6. Расчет конькового узла

Накладки из брусьев принимаем сечением 125х275 мм (после острожки 115х270 мм) длиной 1000 мм. Болты диаметром 28 мм располагаем в два ряда по высоте. Расстояние е₁=280 мм, е₂=720 мм.

Рис. 3 - Коньковый узел

Взаимное смятие торцов полуарок:

,

Проверяем накладки на изгиб:

Момент сопротивления накладок:

,



Рассчитываем болты:

; ,

,

.

.



7. Расчет связей

Принимаем сечение связей 150х150 мм



8. Расчет узлов балки

Проводим расчет опорного узла балки на прочность от действия опорной реакции:

Принимаем



9. Указания по изготовлению, монтажу и эксплуатации

Приемку деревянных конструкций необходимо производить в соответствии с требованиями СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции». При приемке клееных деревянных конструкций следует также учитывать требования ГОСТ 20850-84. Конструкции имеющие или получившие при транспортировке и хранении дефекты и повреждения, устранения которых в условиях стройплощадки не допускается, запрещается монтировать до заключения проектной организации-разработчика. В заключении выносится решение о возможности применения, необходимости усиления поврежденных конструкций или замене их новыми.

Сборные несущие элементы деревянных конструкций следует поставлять предприятием-изготовителем на стройплощадку в комплекте с ограждающими конструкциями, кровельными материалами и всеми деталями, необходимыми для выполнения проектных соединений. Это должно обеспечивать возможность монтажа объекта захватками с устройством кровли. Плиты покрытий и стеновые панели должны поставляться укомплектованными типовыми крепежными элементами и материалами для заделки стыков.

При выполнении работ по складированию, перевозке, хранению и монтажу деревянных конструкций следует учитывать их специфические особенности:

– необходимость защиты от длительных атмосферных воздействий, в связи с чем при производстве работ следует предусматривать, как правило, монтаж здания по захваткам, включающий последовательное возведений несущих конструкций и кровли в короткие сроки;

– минимально возможное число операций по кантовке и перекладыванию деревянных конструкций в процессе погрузки, выгрузки и монтажа.

Несущие деревянные конструкции зданий надлежит монтировать в максимально укрупненном виде. Трехшарнирные арки лучше монтировать полуарками. В этом случае в середине пролета устанавливают передвижную башню. На ее верхней площадке помещают домкраты. Полуарку поднимают стрелой крана соответствующей грузоподъемности и устанавливают одним концом на опору, а коньковый узел укладывают на домкрат, находящийся на башне. Монтаж арок с соединениями на рабочих болтах следует производить с закрепленными опорными узлами.

После закрепления первой полуарки поднимают вторую. С верхней площадки башни монтируют коньковый узел. Одновременно производится монтаж опорного узла и пространственное раскрепление конструкции. После раскрепления арки башню передвигают под следующую конструкцию. Во избежание просадки конькового узла отметка конькового шарнира должна быть несколько выше его проектного положения.

Укрупнительную сборку деревянных конструкций с затяжкой необходимо производить только в вертикальном положении, без затяжки - в горизонтальном. Установку накладок в коньковых узлах конструкций надлежит производить после достижения плотного примыкания стыкуемых поверхностей по заданной площади. К монтажу конструкций в сборных элементах следует приступать только после подтяжки всех металлических соединений и устранения дефектов, возникающих при транспортировании и хранении. Монтаж деревянных конструкций пролетом 24 м и более должен производиться специализированной монтажной организацией.

Строповку клееных деревянных балок выполняют при помощи универсальных стропов и траверс. Для предохранения углов и ребер балки от смятия канатом в местах сгиба стропа ставят деревянные прокладки. Независимо от способа строповки балка должна принять при подъеме проектное положение. Для строповки дощатых клееных балок, арок и рам рационально применять строп с замками, что позволяет симметрично распределить усилие подъема.

Плиты покрытий состоят из несущего деревянного каркаса, обшивок, утеплителя. В данном случае плита - утеплённая, светонепроницаемая, плоская, имеет обшивку из берёзовой фанеры ФСФ по ГОСТ 3916.2-89. Каркас плит состоит из продольных и поперечных рёбер, которые изготавливаются из древесины кедра 2-го сорта. Шаг поперечных ребер не превышает 0,5 м.

Для защиты от возгорания древесины рёбер пропитана антисептиком. Фанерные обшивки окрашены водостойкой эмалью типа ПФ-115. Плиты покрытия относятся к сгораемым и могут применяться в зданиях и сооружениях III….V степени огнестойкости.

Деревянную балку изготавливают из древесины - кедр сибирский 2 сорта, влажностью 9%. Балка состоит из досок сечением 135х33 мм, соединенных между собой путем склеивания клеем ФРФ-50 ТУ 2252-024-10687966-98. Расход клея 400г/м, продолжительность склеивания 20 часов.

Для защиты боковых поверхностей от увлажнения используют перхлорвиниловую эмаль ХФ-100. Для защиты торцов балки применяют эпоксидную унифицированную шпатлевку. В балке применяется зубчатое соединение типа 1-32, расчетная прочность R=30МПа. Запрессовка элементов происходит под давлением 0,8Мпа.

Клееную деревянную арку кругового очертания изготавливают из древесины кедра 2 сорта. Исходя из удобства транспортирования и монтажа, используем трехшарнирную арку, состоящую из двух отдельных, изогнутых по длине окружности, клееных полуарок. Поперечное сечение принимаем прямоугольным, состоящем из досок сечением 135х33 мм, соединенных между собой путем склеивания клеем ФРФ-50 ТУ 2252-024-10687966-98. Расход клея 400г/м, продолжительность склеивания 20 часов.

Стрелу подъема принимаем равной 4 м, что составляет . Для защиты боковых поверхностей от увлажнения используют уретановый лак УР-293. Для защиты торцов балки применяют мастику УР-32. Гнутье досок производят в соответствии со схемой гнутья.

Деревянные конструкции могут надежно служить в течение весьма длительного времени. Их надежность и долговечность зависит от точности проектирования, изготовления, качества применяемых материалов, соблюдения правил эксплуатации. Современные способы защиты древесины повышают срок эксплуатации конструкций. Для обеспечения долговечности необходимо защищать опорные части несущих конструкций от увлажнения, для чего деревянные стойки и колонны, нижние узлы арочных и рамных конструкций следует опирать на фундаменты выше отметки пола на 15-20 см. Верхний пояс несущих конструкций должен хорошо проветриваться, для чего кровлю следует устраивать по прогонам. Панели стен необходимо относить от стоек (колонн).

Сорт и категории древесины должны соответствовать назначению элементов конструкций. В связи с этим в процессе изготовления и монтажа деревянных конструкций необходим технический надзор, а в процессе эксплуатации - контроль за нагрузками на конструкции. Технический надзор включает в себя ежегодные (лучше весной) осмотры деревянных конструкций, при которых следует обращать внимание на появление таких дефектов, как трещины в древесине и клеевых швах, искривление напряженных элементов конструкции, значительные деформации. При осмотре фанерных конструкций необходимо проверить состояние рубашки клеевых швов фанеры. В период технологической перестройки производства, реконструкции помещений, текущих ремонтов и т.п. следует оберегать конструкции от механических повреждений. В процессе эксплуатации нельзя допускать скопления снега на крышах, подвеску подъемных механизмов (тельферов и т.п.), провоз негабаритных грузов под несущими конструкциями. В результате профилактических осмотров могут быть обнаружены мелкие и крупные (аварийное состояние) дефекты конструкций. Первые устраняются в процессе текущего ремонта. Во втором случае должны быть приняты экстренные меры для предотвращения обрушения конструкции. Восстановительные меры могут быть временного и постоянного характера и в зависимости от этого осуществляются разными способами (усиление поясов накладками, тяжами, подклейка дополнительных элементов, установка подпорок и т.п.). При установке элементов усиления требуется минимальное число операций. Варианты временного и постоянного усиления конструкций зависят также от технологических процессов производства в здании. Так, усиление балочных конструкций различного рода подпорками и стойками неприемлемо, если их установка преграждает пути внутризаводского транспорта или загромождает проходы между станками.



Библиографический список

1. СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80».

2. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП II-01-07-85*».

3. Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет. Учеб. пособие для строительных вузов и факультетов./И.М. Гринь/ - 2-е изд., перераб. и доп. Киев - Донецк: 1979 - 272 с.

4. Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для студентов специальности «ПГС». /Г.Н. Зубарев/ - 1990. - 287 с.

5. Гринь И.М. Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник / И.М. Гринь, В.В. Фурсов, Д.М. Бабушкин и др.; Под ред. И.М. Гриня. - К.: Будивэльнык, - 1988. - 240 с.

6. Шишкин В.Е. Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс/ В.Е. Шишкин - М.: Стройиздат, - 1974 г. - 220 с.

7. Конструкции из дерева и пластмасс: методические указания к практическим занятиям/ ЮЗГУ; сост. А.А. Сморчков, Курск, 2012. - 71 с.

Размещено на Allbest.ru