На головну    

 Проектування покрівельних конструкцій і несучого каркаса будівлі - Будівництво

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ

Пермського державного УНІВЕРСИТЕТ

факультет "Промислове та цивільне будівництво"

Кафедра конструкцій з дерева та пластмас

Курсовий проект

ПРОЕКТУВАННЯ покрівельних конструкцій І несучий каркас БУДІВЛІ

Виконав:

Прийняв:

Перм, 2010

Зміст

1.1 Розрізний прогін

1.2 Збір навантажень

1.3 Розрахунок за першим граничним станом

1.4 Розрахунок за другим граничним станом

1.5 Розрахунок прогонів

2. Розрахунок гнутоклеєної трехшарнирной рами

2.1 Геометричні розміри по осі рами

2.2 Геометричні характеристики прийнятого перерізу криволінійної частини рами

3. Розрахунок і конструювання вузлів гнутоклеєної трехшарнирной рами

3.1 Опорний вузол

3.2 Коньковий вузол

Бібліографічний список

1. Розрахунок огороджувальних та несучих конструкцій теплою покрівлі

 1.1 Розрізний прогін

Вихідні дані:

Тип покрівлі: хвилясті листи склопластику SALUX.

Несучі конструкції: робочий настил і прогони

Район будівництва: м Москва

Крок конструкцій: 3 м

Ширина будівлі: 30 м

Ухил покрівлі: ? = 14.02о

Тип покриття: тепле. (Утеплювач - мінеральна вата NOBASIL. Рулон-5000х1000х50мм)

Розрахунок робочої обрешітки

Приймаємо робочий настил з дощок розміром 125х32 мм II сорту, згідно сортаменту пиломатеріалів (ГОСТ 8486-86Е). Крок прогонів 1.25 м.

1.2 Збір навантажень

Робочий настил призначений для укладання по прогонах.

Таблиця нормативних і розрахункових навантажень.

А) Рівномірно розподілене навантаження.

 № Найменування навантаження

 Норм. Навантаження

 кН / м 2 Коеф. надійн.

 Розр. навантаження

 кН / м 2

 1 Хвилясті листи склопластику Salux 0,02 1,2 0,024

 2 Водонепроникна мембрана TYVEK 0,0006 1,2 0,00072

 3 Захисний настил 125х25 мм з кроком 100мм 0,125х0,025х5 / 0,1 = 0,16 1,1 0,176

4

 Робоча дошка 125х32мм через 300мм b н хh н х? д / с 0,032х0,125х5 / 0,3 = 0,066 1,1 0,073

 Разом постійне навантаження

 0,2466

 0,274

5

 Тимчасова навантаження

 Сніговий район III 1,26 1,8

 Разом повне навантаження 1,51 2,07

Де bн - товщина робочого настилу

?д -об'ємна вага деревини

Розрахункове значення снігового навантаження приймається за СНиП 2.01.07-85 * для м Москви S = ??1.8кН / м2, а нормативне значення снігового навантаження: Sн = 1.8х0.7 = 1.26 кн / м2, де 0,7-розрахунковий коефіцієнт.

Б) Зосереджена сила Р = 1 кН.

Коефіцієнт надійності за навантаженням ?f = 1.2 Розрахункове значення зосередженої сили

Рр = Рнх ?f = 1.2 кН

Повне навантаження на 1 п. М. Робочого настилу збираємо з ширини 500мм, бо маємо робочий і захисний настил під кутом до робочого.

А) постійна + тимчасова

Нормативна qн = 1,51х0,5 = 0,755 кН / м

Розрахункова qр = 2,07х0,5 = 1,035 кН / м

Б) постійна

Розрахункова qрпост. = 0,274х0,5 = 0,137 кН / м

Розрахункова схема.

Розрахунок настилу ведемо як балки по 2-х пролітної схемою. Відстань між опорами дорівнює кроку прогонів L = 1.25 м.

Для сполучення навантажень:

Постійна + снігова

Постійна + зосереджена сила Р = 1.2 кН

 1.3 Розрахунок за першим граничним станом

Перевірка робочого настилу на міцність.

? = (М / W) ?Rнх mн

де М - максимальний згинальний момент, W - момент опору

Rн- розрахунковий опір деревини вигину

mн = 1,2 - коефіцієнт, що враховує короткочасність дії зосередженого навантаження -Приймає для другого сполучення навантажень.

При першому сполученні навантажень:

М = (qpL) / 8 = (1,035х1,252) / 8 = 0,2 кНхм

При другому сполученні навантажень:

М = 0,07хqpпостхL2 + 0, 207хРхL = 0,07х0,137х1,252 + 0, 207х1,2х1,25 = 0,32 кНхм

Момент опору на ширині 500мм:

W = ((bxh2) / 6) x (0,5 / (h + c)) = (0,125х0,0322) / 6х

(0,5 / (0,125 + 0,3) = 0,000025м3

c-крок робочого настилу

Розрахунок міцності виробляємо на максимальний момент з двох сполучень навантажень.

? = М / W = 0,32х10-3 / 0,000025 = 12,8 МПа?Rі = 13 МПа х1,2 = 15,6 МПа

 1.4 Розрахунок за другим граничним станом

Перевірка робочого настилу на прогин проводиться при першому сполученні навантажень.

Відносний прогин настилу:

f / L = (2.13хqнхL3) / 384EJ = (2.13х0,755х1,253) / (384х107х10- 7) =

0,008? [f / L] = 1 / 125.3 = 0,008

де J = (bxh3) / 12x (0.5 / (h + c)) = (0,125х0,0323) / 12х (0,5 /

(0,125 + 0,3) = 0,0000004 М4-момент інерції дощок на ширині 0,5 м

де K = 0,5 / (0,125 + 0,3) - число дощок, що укладаються на ширині настилу 0,5 м., Е = 10 млн кПа-модуль пружності, 1 / 125.3L-граничний відносний прогин обрешітки при кроці прогонів 1,35 м по інтерполяції значень табл. 19 СНиП 2.01.07-85 *

[F / L] = 1/120 при прольоті l?1м

[F / L] = 1/150 при прольоті l = 3м

Запас менше 25%

1.5 Розрахунок прогонів

При кроці конструкцій 3 м використовуємо розрізні прогони.

Згідно сортаменту пиломатеріалів (ГОСТ 8486-86 * Е) приймаємо прогін з бруса перерізом 175х100 мм. Крок прогонів - 1,25 м.

Збір навантажень.

 № Найменування навантаження

 Норм. Навантаження

 кН / м 2 Коеф. надійн.

 Розр. навантаження

 кН / м 2

 1 Хвилясті листи склопластику Salux 0,02 1,2 0,024

 2 Водонепроникна мембрана TYVEK 0,0006 1,2 0,00072

 3 Захисний настил 125х25 мм з кроком 100мм 0,125х0,025х5 / 0,1 = 0,16 1,1 0,176

4

 Робоча дошка 125х32мм через 300мм b н хh н х? д / с

 0,05х0,125х5 / 0,3 = 0,104

 0,032х0,125х5 / 0,3 = 0,066 1,1

 0,114

 0,073

5

 Утеплювач Rockwool Light MAT ? = 30кг / м 3 толщ.150 мм 0,3х0,15 = 0,045 1,2 0,054

6

 Пароізоляція - паронепроникний полімерний матеріал Strotex 110 Pi = 70г / м 2 0,0007 1,2 0,00084

7

 Прогін 150х100

 h n xb n xr o / c n 0,175х0,15х5 / 1,35 = 0,097 1,1

 0,1067

 0,066

 8 Подшивка з дощок 25 мм 0,025х5 = 0,125 1,1 0,1375

 Разом постійне навантаження 0,522 0,57

 9 Тимчасова навантаження - 3 сніговий район 1,26 1,8

 Разом повне навантаження 1,78 2,4

Де bн, bn- ширина перетину робочого настилу і прогону

hn- висота перерізу прогону

?о- об'ємна вага деревини

сn-крок прогонів

Тимчасова навантаження -по СНиП 2.01.07-85 *

Повне навантаження на 1 п. М. При кроці прогонів В = 1,25 м

Нормативна qн = 1,78х1,25 = 2,23 кН / м

Розрахункова qр = 2,4х1,25 = 3 кН / м

Де 1,25 -крок прогонів

Розрахункові характеристики деревини II сорту для бруса 175х100 мм:

Розрахунковий опір деревини вигину Rи = 15 мПа

Модуль пружності деревини Е = 10000000кПа

Прогін працює на косий вигин.

b = 100мм h = 175мм

Геометричні характеристики перерізу:

;

;

;.

Розрахунок за першим граничним станом. Перевірка прогону на міцність.

Розрахункове навантаження при

;.

;;

Запас по міцності становить

.

Розрахунок по другому граничному стану.

Відносний прогин прогону:

Нормативне навантаження при

;

.

;

;

2. Розрахунок гнутоклеєної трехшарнирной рами 2.1 Геометричні розміри по осі рами

Розрахунковий проліт рами складає 29,6 м;

Висота будівлі до коника f = 7,5 м;

Крок конструкцій 3 метри;

Ухил ригеля 1: 4, тобто кут нахилу ригеля a = 14 ° 02 ?; tga = 0,25; sina = 0,24; cosa = 0,97.

Висота стійки від верху фундаменту до точки перетину дотичних по осях стійки і ригеля:

.

За умовами гнуття, товщина дощок після фрезерування повинна прийматися не більше

1,6 ? 2,5 см. Приймаємо дошки товщиною після фрезерування. Радіус гнутих частини приймаємо рівним:

,

Кут в карнизної гнутих частини між осями ригеля стійки:

Максимальний згинальний момент буде в середньому перерізі гнутих частині рами, яке є бісектрисою цього кута, тоді отримаємо

;

;;

Центральний кут гнутих частині рами в градусах і радіанах буде дорівнює:

або

;

;

;;

Довжина гнутих частини:

.

Довжина стійки від опори до початку гнутих частини:

.

Довжина полурігеля:

.

Довжина напіврами:

;

Збір навантажень на раму

Навантаження від покриття (постійне навантаження) приймаємо за попередньо виконаним розрахунками огороджувальних конструкцій:

нормативна;

розрахункова.

Власна вага рами визначаємо прііз вираження

, Де

- Розрахунковий проліт рами;

- Нормативна снігове навантаження для III снігового району, яка визначається як добуток розрахункового навантаження по СНиП 2.01.07-85 * на коефіцієнт рівний 0,7; - коефіцієнт власної ваги рами.

Значення погонних навантажень, що діють на раму (при кроці 3 м)

 Найменування навантаження Нормативна навантаження, кН / м Коефіцієнт перевантаження Розрахункове навантаження, кН / м

 Власна вага покриття

 q = q н ? 3 / сosa =

 = 0,522 ? 3 / 0,97 = 1,6

 q = q р ? 3 / сosa = = 0,57 ? 3 / 0,97 = 1,76

 Власна вага рами 0,38 ? 3 = 1,14 1,1 1,25

 Разом: 2,74 3,01

 Снігова 1,26 - 3 = 3,78 1,8 - 3 = 5,4

 Всього:

 6,52

 8,4

Статичний розрахунок рами

Максимальні зусилля в гнутих частині рами виникають при дії рівномірно розподіленим нагрузкіпо прольоту. Опорні реакції:

вертикальні :;

горизонтальні :.

Максимальний згинальний момент в рамі виникає в центральному перерізі гнутих частини. Координати цієї точки визначаємо з наступних співвідношень:

;

.

Визначаємо М і N в цьому перерізі:

;

.

Підбір перерізів та перевірка напруг

У криволинейном перетині, а поздовжня сила. Розрахунковий опір стисненню і вигину для сосни II сорту при ширині (дошки шірінойдо фрезерування) відповідно до табл.3 СНиП одно.

коефіцієнт умов роботи (табл.5 СНиП II-25-80)

коефіцієнт відповідальності споруди (), отримаємо

.

Необхідну висоту сеченіяпрібліженно визначимо, перетворивши формулу перевірки перетину на міцність, за величиною згинального моменту, а наявність поздовжньої сили врахуємо введенням коефіцієнта 0,6.

.

Приймаємо з запасом висоту перерізу з 62 шарів дощок товщиною після строжки. Тоді.

Висоту перерізу ригеля в конику приймаємо з условіяіз 20 шарів дощок товщиною після строжки :.

Висоту перерізу опори рами приймаємо з умови:

2.2 Геометричні характеристики прийнятого перерізу криволінійної частини рами

;

;.

Відповідно до п.3.2 СНиП II-25-80 до розрахункових опорів приймаються такі коефіцієнти умов роботи:

(Табл.5);

по інтерполяції згідно табл.7;

(Табл.8);

Радіус кривизни в гнутих частини по нейтральної осі буде дорівнює:

Ставлення, тоді по інтерполяції значень табл.9 [1] знаходимо коефіцієнт

(Табл.9, для Rcі Rи);

(Табл.9, для Rp).

Перевірка напруги при стисненні з вигином

Згинальний момент, що діє в біссектрісном перерізі знаходиться на відстані від розрахункової осі, рівному:

.

Розрахункові опори деревини сосни II сорту: стисненню і вигину:

розтягуванню:

.

Тут 15 МПа і 9 МПа - значення відповідних розрахункових опорів, прийняті за табл.3 СНиП II-25-80. Радіус інерції перерізу:

.

При розрахунковій довжині напіврами, гнучкість дорівнює:

.

Для елементів змінного по висоті перерізу коефіцієнт j, що враховує поздовжній вигин, додатково множимо на коефіцієнт, що приймається за табл.1 прил.4 СНиП II-25-80.

,

де b - відношення висоти перерізу опори до максимальної висоті перерізу гнутих частини:

.

Коефіцієнт j визначаємо за формулою:

,

де-коефіцієнт, який приймається для дерев'яних конструкцій.

Твір

Визначаємо коефіцієнт x, що враховує додатковий момент від поздовжньої сили внаслідок прогину елемента, за формулою (30) СНиП II-25-80:

,

де- зусиллю в ключовому шарнірі.

Згинальний момент по деформованої схемою:

.

Для криволінійного ділянки при отношеніісогласно п.6.30 СНиП II-25-80 міцність перевіряємо для зовнішньої і внутрішньої кромок з введенням коеффіціентовік.

;

.

Розрахунковий момент опору з урахуванням впливу кривизни:

для внутрішньої кромки:

;

для зовнішньої кромки:

;

Напруга по стислій внутрішній кромці визначимо за формулою СНиП II-25-80:

;

Умова міцності по стисненню виконується.

;

Умова міцності по розтягуванню НЕ виконується.

Додамо ще 9 шар по 1,9 см, тоді:

;

;

;

;

Недонапряженіе становить:

;

Умова міцності по розтягуванню виконується.

Приймаємо з запасом висоту перерізу з 71 шарів дощок товщиною після строжки. Тоді.

Висоту перерізу ригеля в конику приймаємо з условіяіз 20 шарів дощок товщиною після строжки:

.

Висоту перерізу опори рами приймаємо з умови:

Перевірка стійкості плоскої форми деформування рами.

Рама закріплена з площини:

в покритті по зовнішній кромці плитами по ригелю;

по зовнішній кромці стійки стіновими панелями. Внутрішня кромка рами не закріплена.

Точку перегину моментів, тобто координати точки з нульовим моментом знаходимо з рівняння моментів, прирівнюючи його до нуля:

;

;

;

;

Вирішуючи квадратне рівняння, отримаємо:

;

;

приймаємо, тоді

.

Точка перегину епюри моментів відповідає коордінатамот осі опори і. Тоді розрахункова довжина розтягнутої зони, що має закріплення по зовнішній кромці дорівнює:

.;

Розрахункова довжина стиснутої зони, зовнішньої (розкріплення) кромки ригеля (тобто закріплень по розтягнутій кромці немає) дорівнює:

.

Таким чином, перевірку стійкості плоскої ферми деформування виробляємо для 2-х ділянок. Перевірка стійкості здійснюється за формулою (33) СНиП II-25-80:

,, Де:

- Поздовжня сила на криволінійній ділянці рами;

- Згинальний момент, який визначається з розрахунку за деформованою схемою;

- Коефіцієнт поздовжнього згину, що визначається за формулою (8) СНиП II-25-80;

- Коефіцієнт, що враховує наявність закріплень розтягнутої зони з площини

деформування (у нашому випадку n = 2, т.к на даній ділянці немає закріплень розтягнутої зони);

- Коефіцієнт, що визначається за формулою (23) СНиП II-25-80.

1) Для стисненого участканаходім максимальну висоту перерізу зі співвідношення:

.

.

Знайдемо значення коеффіціентапо формулою (23) СНиП II-25-80:

- Коефіцієнт, що залежить від форми епюри згинальних моментів на ділянці, що визначається за табл.2 прил.4 СНиП II-25-80 (в даному випадку дорівнює 1,13).

Знаходимо максимальний момент і відповідну поздовжню силу на розрахунковій довжині, при цьому горизонтальна проекція цієї довжини буде дорівнює

Максимальний момент буде в перетині з координатами: і;

,

Момент по деформируемой схемою:

,,

тоді

,.

Так як, приймаємо, де

.

Коеффіціентдляпо табл.7 СНиП II-25-80, тоді,

,

Підставами ,.

При розрахунку елементів змінного по висоті перерізу, що не мають закріплень з площини по розтягнутій кромці або при числі закріплень, коеффіціентиі- слід додатково множити, відповідно, на коеффіціентиів площині (по табл.1 і 2 Додатка 4 СНиП II-25-80):

.

Тоді

Підставимо значення в формулу:

і отримаємо:

2) Виробляємо перевірку стійкості площині форми деформування розтягнутої зони на розрахунковій довжині, де є закріплення розтягнутої зони.

Гнучкість:

;

Коефіцієнт :;

Коефіцієнт :.

При закріпленні розтягнутій кромки рами з площини, коеффіціентнеобходімо множити на коефіцієнт (формула 34 СНиП II-25-80), а- на коефіцієнт (за формулою 24 того ж СНиП).

Оскільки верхня кромка рами раскреплена прогонами і число закріплень, велічінуследует приймати рівною 1, тоді:

;

,

Де, - кількість закріплених точок розтягнутій кромки.

;

.

Тоді розрахункові значення коеффіціентовіпрімут наступний вигляд:

Підставляючи ці значення у вихідну формулу перевірки стійкості плоскої форми деформування, отримаємо:

,

тобто загальна стійкість плоскої форми деформування рами забезпечена з урахуванням наявності закріплень по зовнішньому контуру.

3. Розрахунок і конструювання вузлів гнутоклеєної трехшарнирной рами 3.1 Опорний вузол

Визначимо зусилля, що діють у вузлі:

поздовжня сила :;

поперечна сила :.

Опорна площа колони:

.

При цьому, напруга смятіясоставляет:

,

де- розрахунковий опір зім'яту, яке визначається за табл.3 СНиП II-25-80. Нижня частина колони вставляється в сталевий зварний черевик, що складається з діафрагми, що сприймає розпір, двох бічних пластин, що сприймають поперечну силу, і сталевий плити - підошви черевика. При передачі распора на башмак колона відчуває стиснення поперек волокон, значення розрахункового опору якого визначається за таблицею 3 СНиП II-25-80 і для прийнятого сорти деревини становить:

.

Необхідна висота діафрагми визначається з умови міцності колони.

.

Конструктивно приймаємо висоту діафрагми.

Розраховуємо опорну вертикальну діафрагму, що сприймає розпір, на вигин як балку, частково защемлення на опорах, з урахуванням пластичного перерозподілу моментів:

Знайдемо необхідний з умови міцності момент опору перерізу. При цьому приймемо, що для пристрою черевика застосовується сталь С235 з розрахунковим опором.

.

Тоді товщина діафрагми:

.

Приймаються товщину діафрагми. Бічні пластини і опорну плиту приймаємо тієї ж товщини в запас міцності.

Попередньо приймаємо такі розміри опорної плити:

довжина опорної плити:

,

ширина:

включаючи зазор "з" між бічними пластинами і рамою по 0,5 см.

Для кріплення башмака до фундаменту приймаємо анкерні болти діаметром 16 мм, що мають наступні геометричні характеристики:

;.

Анкерні болти працюють на зріз від дії розпору. Визначаємо срезивающіх зусилля при кількості болтів рівним 2 шт:

кН

Напруга зрізу визначимо за формулою:

,

де- розрахунковий опір зрізу сталі класу С235, рівне відповідно до табл.1 * СНиП II-23-81 *.

Умова міцності анкерних болтів виконується.

3.2 Коньковий вузол

Коньковий вузол влаштовується шляхом з'єднання двох полурам нагельного з'єднанням за допомогою сталевих накладок.

Максимальна поперечна сила в коньковом вузлі виникає при несиметричною тимчасової сніговий рівномірно-розподіленому навантаженні на половині прольоту, яка сприймається парними накладками на болтах. Поперечна сила в коньковом вузлі при несиметричною снігового навантаження:

,

де- розрахункова снігове навантаження, обчислена раніше.

Визначаємо зусилля, на болти, що приєднують накладки до поясу.

,

де- відстань між першим рядом болтів у вузлі;

- Відстань між другим рядом болтів.

За правилами розстановки нагелів відношення між цими відстанями може битьілі. Ми прийняли ставлення 1/3, щоб отримати менші значення зусиль.

Приймаємо діаметр болтів 14 мм і товщину накладок 100 мм.

Несуча здатність на один робочий шов при направленні переданого зусилля під кутом 900К волокнам знаходимо з умов:

Вигину болта:

кН

але не болеекН

де а - товщина накладки (см), d - діаметр болта (см).

ka- коеф. залежний від діаметра болтів і величини кута між напрямком зусилля і волокнами деревини накладки

Смятия крайніх елементів-накладок при куті смятия 900:

кН

Смятие середнього елемента - рами при куті смятия a = 900- 14002 = 75058

кН

де с - ширина середнього елемента рами, рівна b (см)

Мінімальна несуча здатність одного болта на один робочий шов: Тmin = 3,79 кН

Необхідна кількість болтів у найближчому до вузла ряду:

, Приймаємо 4 болти

Кількість болтів у дальньому від вузла ряду:

, Приймаємо 2 болта

Приймаємо відстань між болтами за правилами розстановки СНиП

l1? 2 * 7 * d = 14 * 1,4 = 19,6 см, приймаємо 24 см, тоді відстань

l2 = 3 * l1 = 3 * 24 = 72 см

Ширину накладки приймаємо ? 10 * d, що дорівнює 160 мм, згідно сортаменту за ГОСТ 24454-80 * (3) приймаємо ширину накладки 175 мм, тоді відстань від краю накладки до болтів S2? 3 * d = 3 * 1,4 = 4, 2 см »5 см відстань між болтами S3? 3,5 * d = 3,5 * 1,4 = 4,9 см приймаємо 7,5 см

Згинальний момент в накладках дорівнює:

кНсм

Момент інерції накладки, ослабленою отворами діаметром 1,4 см:

Момент опору накладки:

см3

Напруга в накладках:

де 2 - кількість накладок

Rи = 13 МПа -розрахункові опір деревини вигину по табл.3 СНиП. Отже, приймаємо 4 болти в першому ряду і 1 болт в крайньому ряду. Перевірку бічних накладок на вигин не виконується через очевидного запасу міцності.

За результатами проведених розрахунків будуємо конструктивну схему конькового вузла гнутоклеєної трехшарнирной рами:

Бібліографічний список

1. Методичний посібник "Приклади розрахунку розпірних конструкцій. (Гнутоклеёние рами і рами із з'єднанням ригеля і стійки на зубчастий шип)", В.І. Линьков, Е.Т. Сєрова, А.Ю. Ушаков. ПДТУ, Перм 2007р.

2. Методичні вказівки "Приклади розрахунку огороджує конструкцій",

3. В.І. Линьков, Е.Т. Сєрова, А.Ю. Ушаков ПДТУ, ПЕРМЬ, 2007р.

4. СНиП II-25-80 "Дерев'яні конструкції".

5. СНиП II-23-81 * "Сталеві конструкції".

6. СНиП 2.01.07-85 "Навантаження і впливи".

© 8ref.com - українські реферати