Проектирование клеенодощатой фермы

Введение

Целью выполнения курсовой работы является закрепление, углубление и обобщение теоретического материала, а также приобретение навыков практического применения методов расчета и конструирования.

Исходные данные

Проектируемое сооружение имеет размеры в плане 24х50,6 м, Шаг несущих конструкций - 4,6 м. Высота помещения (до низа несущих конструкций) - 8,0 м.

Здание - отапливаемое. Условия эксплуатации конструкций - А1.

Клеенодощатая ферма выполнена из лиственницы, состоит из двух полуарок, имеет сегментную форму.

Настил - клеефанерный с обшивкой вверх, рёбра его выполнены из соснового бруса, обшивка - из фанеры марки ФСФ, сорта В/ВВ толщиной 8 мм. Задание расположено в г. Санкт-Петербург относящемуся к III снеговому району, к II - ветровому.

Несущие конструкции здания - фермы, монтируются одним краном при помощи монтажной башни. Продольную устойчивость и неизменяемость каркаса здания обеспечивают постановкой в плоскости стен и (или) скатов кровли связевых систем, которые соединяют между собой несущие и ограждающие конструкции и образуют жёсткие диски. Связевые системы воспринимают внешние, в основном горизонтальные нагрузки с передачей их на фундаменты, фиксируют в проектном положении плоские несущие конструкции и предотвращают их деформации.

Статический расчет

Проведем статический расчет, подберем и проверим сечение сегментной клееной фермы пролетом 24м.

На ферму действуют нагрузки, отнесенные к горизонтальной проекции от собственной массы покрытия и фермы, от снега По верхнему поясу располагаются прогоны с шагом 2м

Вычисляем геометрические размеры и углы фермы. Высота фермы:

Радиус окружности, по которой очерчена ось верхнего пояса, будет равен:

Определяем половину центрального угла дуги верхнего пояса:

Длина всей дуги верхнего пояса:

Длина дуги одной панели верхнего пояса:

Длина хорды, стягивающей дугу панели:

Стрела выгиба одной панели верхнего пояса:

Угол как опирающийся на всей дуги верхнего пояса, а угол откуда:

Длина проекций первой и второй панелей верхнего пояса:

Расстояние:

Длина раскосов:

Определяем усилия в стержнях от нагрузки расположенной на левой половине пролета.

Вычисляем сосредоточенные нагрузки (см. рис 15.3, а):

Опорные реакции:

Таблица 1. Усилия в стержнях фермы

Примечание. Усилия в гр. 3 вычислены путем умножения усилий, полученных в гр. 6, на коэффициент

Кроме продольных усилий в панелях верхнего пояса возникают изгибающие моменты M и поперечные силы Q.

Вычисляем слагаемые изгибающего момента М в панели В:

Например, при снеговой нагрузке на половине пролета слева Подсчёт остальных значений М опускаем.

В панели Г-2

Подбираем сечения элементов. Ширину сечения верхнего пояса и элементов решетки принимаем одинаковой. Подберем ее из условия предельной гибкости для самого длинного раскоса 2-3, у которого Тогда:

откуда

Принимаем (из доски шириной 15 см за вычетом 1 см на строжку). Сечение верхнего пояса можно подобрать по , пользуясь приближенной формулой:

Для подбора сечения воспользуемся сочетанием и Тогда:

Отсюда, зная, что , определим ориентировочную высоту сечения:

Сечение пояса наберем из досок толщиной до строжки 40 мм, а после строжки 40?6=34 мм. Проверим, потребуется ли при этой толщине уменьшить расчетное сопротивление на понижающий коэффициент , как для гнутого элемента,

и, следовательно,

Число слоев в клееном поясе:

Примем 12 слоев и тогда:

Геометрические характеристики сечения пояса:

Гибкость панели верхнего пояса:

Проверим сечение сжатого - изогнутого элемента при сочетании

Проверим сечение при сочетании

Проверка по скалывающим напряжениям:

Проверка устойчивости из плоскости фермы при сжатии силой

Сечения обоих раскосов принимаем одинаковыми производя проверку только раскоса 2?3, как наиболее длинного и нагруженного. Из табл.1 Ширина сечения раскоса b = 0,14 м, а высота сечения из условия предельной гибкости

откуда число досок в сечении Принимаем четыре слоя и высоту сечения раскоса

Тогда

Проверка растянутого раскоса: Раскос прикреплен в узле болтами d = 12 мм, в два ряда. Площадь поперечного сечения за вычетом ослаблений составит:

Подбираем сечения растянутого стального нижнего пояса по

Принимаем

Расчет узлов

Проверку торца пояса на смятие производим при действии наибольшей продольной силы N = 282,1 кН. Задаемся размерами площадки смятия:

Верхний пояс крепим в узле одним конструктивным болтом диаметром 16 мм. Ввиду малой величины поперечной силы его расчета не требуется.

Кроме того, в опорном узле производят расчет толщиной стального опорного листа и сварных швов.

Центральный узел верхнего пояса. Наибольшее усилие центровой болт испытывает при односторонней нагрузке, когда в одном из раскосов (см. табл..1). Равнодействующая этих сил имеет значение

т. е. равнодействующая N направлена почти параллельно волокнам накладки. При таком небольшом значении . Примем болты d = 24 мм:

Усилие, которое может воспринимать болт при

Высота сечения накладки из условия установки болта d = 24 мм должна быть не менее

Определим число болтов, крепящих деревянные раскосы к стальным накладкам. Примем болты d = 20 мм.

Несущая способность болта на один условный срез:

Число болтов при действии

Принимаем два болта и размещаем их в один ряд.

Экономическая эффективность

Экономическая эффективность запроектированной несущей конструкции характеризуется фактическим коэффициентом собственного веса:

Мероприятия по обеспечению долговечности конструкций

Защита от увлажнения и биологического разрушения. Один из недостатков древесины - снижение механических свойств при увеличении влажности, приводящей к деформациям разбухания и биологическому разрушению - гниению. При быстром высыхании возникают деформации усушки, вызывающие растрескивание, коробление, а в клееных элементах - снижение прочности клеевых швов.

Для предотвращения увлажнения деревянных конструкций и их нормальной эксплуатации предусматривают конструктивные меры и защитную обработку, которые должны обеспечивать сохранность конструкций при складировании, транспортировке и монтаже, а также долговечность при эксплуатации. Защиту осуществляют во всех зданиях и сооружениях независимо от их назначения и срока службы.

Зазоры между поверхностями конструкции и отверстиями ограждения необходимо тщательно утеплять минеральной ватой и герметизировать пороизолом или пористой резиной на мастиках.

Опорные части оставляют открытыми внутрь помещения. Под несущую конструкцию укладывают два слоя гидроизоляционного рулонного материала. Поверхности древесины изолируют от металла мастиками.

Для предотвращения увлажнения клееных деревянных несущих и ограждающих конструкций применяют укрывистые и лакокрасочные покрытия. Первые - в основном для конструкций, подвергающихся непосредственно увлажнению осадками или при значительной относительной влажности воздуха в помещениях, а лакокрасочные - для конструкций внутри здания.

Ответственные части конструкций - места соприкасания древесины с металлом, камнем и бетоном, а также концы элементов обрабатывают покрытиями на основе тиоколовых мастик и эпоксидных смол.

Для защиты от биологического разрушения применён кремнефтористый аммоний. Тип антисептирования - поверхностная обработка.

Для защиты от поражения вредителями применяются следующие составы:

Против морских древоточцев, жуков-точильщиков и термитов применяют масла: каменноугольное, сланцевое и их смеси с пентахлорфенолом, оксидифенил и нафтенат меди в органических растворителях.

Защита от возгорания

Металлические крепёжные детали (болты, гвозди, элементы профильного металла) защищают от непосредственного воздействия огня и высоких температур на время, соответствующее ожидаемому пределу огнестойкости. Для этой цели ставят защитные деревянные накладки, утапливают в древесину головки болтов и гвоздей, которые затем защищают деревянными пробками.

Повышают пожарную безопасность деревянных конструкций конструктивными и химическими способами, а в ряде случаев комбинированием их.

Химические меры огнезащиты понижают возгораемость древесины. Это пропитка деревянных элементов антипиренами, нанесение на поверхность огнезащитных покрытий в виде штукатурок и листовых несгораемых и трудносгораемых материалов, а также невспучивающихся, вспучивающихся, неорганических и органических красок.

Обрабатывают конструкции антипиренами (водо- или ограникорастворимыми составами) путём поверхностной обмазки древесины или её глубокой пропитки. Можно применять составы, обладающие одновременно свойствами антисептика и антипирена.

Литература

1. СНиП II-25-80 Деревянные конструкции.

2. Пособие по проектированию деревянных конструкций.

3. Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. М.: Высшая школа, 1990 г.

4. Гринь И.М. и др., Проектирование и расчёт деревянных конструкций: Справочник. К.: 1988 г.

5. под ред. Карлсена Г.Г. Конструкции из дерева и пластмасс. М.: Стройиздат, 1986 г.

6. Методические указания.