Лист

350/14

Введение

Конструкции из дерева относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.

Деревянные строительные конструкции являются надежными, легкими и долговечными. На основе клееных деревянных конструкций сооружаются здания с покрытиями как малых, так и больших пролетов. Из цельных лесоматериалов строятся небольшие жилые дома, общественные и производственные здания.

Древесина – это единственный легкодоступный само-восполняющийся строительный материал. Огромные площади нашей страны покрыты лесами особенно ценных хвойных пород. Однако использование этих лесных богатств развивалось долгие годы по неправильному пути. В наиболее доступных районах леса вырубались в объемах, намного превышающих их естественный прирост, без принятия мер по их восстановлению. При этом много срубленного леса не вывозилось и сгнивало на месте. Это привело к истощению лесных запасов в большинстве областей нашей страны.

Древесина – относительно легкий и прочный материал, особенно в направлении вдоль ее волокон, где действуют наибольшие усилия от внешних нагрузок. Плотность сухой сосновой и еловой древесины равна всего 500 кг/м³. Это позволяет возводить деревянные конструкции пролетом до 100м и более. Древесина - микропористый материал с хорошими теплоизоляционными и санитарно-гигиеническими свойствами. Это важно для стен и покрытий жилых малоэтажных домов.

Древесина надежно склеивается синтетическими водостойкими клеями. Благодаря этому изготавливаются клеедеревянные элементы крупных сечений, больших длин и разных форм. Из таких элементов изготавливаются конструкции больших пролетов. Из древесины склеивается водостойкая строительная фанера, из которой изготавливаются легкие клеефанерные конструкции.

Деревянные конструкции имеют также существенные недостатки. При неправильном применении и эксплуатации, в результате длительного увлажнения они разрушаются гниением. Однако современные конструктивные и химические методы защиты от гниения обеспечивают их сохранность при многолетней эксплуатации. Деревянные конструкции являются сгораемыми. Однако современные деревянные конструкции имеют предел огнестойкости выше некоторых других. Они могут быть дополнительно защищены от возгорания специальными покрытиями.

1 Исходные данные

Задана схема поперечного сечения (рисунок 1). Пролет здания, l=15м; высота до низа стропильной конструкции, Н=6.8м; шаг несущих конструкций, а_н=3,5м; длина здания равна 11 шагам; тепловой режим здания –холодный; место возведения здания – город Житомир; конструкция кровли – трехслойная панель с металлическими профилированными обшивками.

Ригелем является сегментная деревометаллическая ферма со, колонна – клееная стойка прямоугольного сечения.

Рисунок 1- Схема поперечного сечения рамы

2. Расчет и конструирование ограждающих конструкций покрытия.

2.1 Расчет плиты покрытия

Плита длиной l =3 м и шириной b = 1м опирается на несущие элементы покрытия. На плиту нормальной к её поверхности действуют нагрузки от собственного веса и веса снега следующих величин.

Таблица 2.1 – Нормативная и расчетные нагрузки на 1м² плиты

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка	Коэффициент нагрузки	Расчётная нагрузка
Постоянная: собственный вес плиты нагрузка	0,413	1,1	0,454
Временная (снеговая) нагрузка	1,2	1,6	1,92
Полная нагрузка на 1м2 покрытия	1,613		2,374

Статическая схема плиты – однопролетная шарнирно опертая балка пролетом l_d=2.95м

Расчетные максимальные усилия в плите – изгибающий момент и поперечная сила:

Для обшивок применяются алюминиевые листы из металла марки АМг-2П со следующими размерами: толщина , высота волны, длина волны, ширина полки, угол наклона волн.

Принимаем для среднего слоя пенополиуретан марки ППУ-60 с плотностью 60кг/м³, расчетное сопротивление скалыванию f_ск = 0,025 МПа и модулем сдвига G = 7 МПа.

Требуемая приближенная высота сечения из условия расчетного сопротивления пенополиуретана скалыванию определяется по формуле :

h_o= V_d/(δ∙f_vd);

h_o = 3,5∙10^-3 /(1∙0,025) =0,14м = 14см.

Принимаем h_о = 14см, b =1м. Тогда полная высота сечения:

h= h_о+δ;

h=14+0,5=14,5см.

Толщина листа обшивки . Большая, чем 1 м, длина гофра не учитывается в небольшой запас прочности.

Геометрические характеристики сечения плиты - моменты инерции, сопротивления и статический:

Проверка растягивающих и сжимающих напряжений в обшивке при изгибе:

Учет дополнительных напряжений от температурных деформаций не требуется ввиду большого недонапряжения обшивок.

Проверка скалывающих напряжений в среднем слое:

Проверка прогиба плиты.

Коэффициент сдвиговой податливости среднего пенопластового слоя :

Прогиб от нормативной нагрузки :

Прогиб от суммы температур обшивок

Полный и относительный прогибы:

2.2 Расчет прогонов

Принимаем для консольно-балочного прогона древесину 2-го сорта. Прогон выполняется из брусьев, соединенных по длине, в местах расположения шарниров косым прирубом. Во избежание смещения под действием случайных усилий в середине косого прируба ставят болты, диаметром не менее 8мм. Прогон устанавливается на наклонные верхние кромки несущих конструкций, расстояние, между осями которого равно 4,0м. В задании принят консоль – балочный прогон, так как шаг несущих конструкций равен 3,5м, что меньше 4,5м.

Определяем собственный вес прогона в покрытии по формуле:

,

где G_k=0.413 кН/м² – нормативная постоянная нагрузка

Q_k=1,2 кН/м² – нормативная снеговая нагрузка

l=B=3,5 м – пролет прогона, м

K_св=9,07 – коэффициент собственного веса прогона для l=3,9м

Коэффициент собственного веса прогона определяем интерполяцией по зависимости К_св=8…12 при l=3…6м.

Постоянная нагрузка от покрытия на 1м² плана, включая вес прогона:

;

;

где G_d=0,454 кН/м² – расчетная постоянная нагрузка

=1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для деревянных конструкций;

Полная погонная нагрузка на прогон:

где а_d =1,5– расстояние между прогонами.

Поскольку пролет прогона l=3,5м ‹ 4,5м, принимаем конструкцию равномоментного консольно-балочного прогона.

Максимальный изгибающий момент над промежуточной опорой (рисунок 2.1а):

.

Требуемый момент сопротивления согласно формуле равен:

где f_m,d=f_m,dk_хk_mod/_n=13´0,8´0,95/0,95=10,4 МПа=1,04 кН/см²,

f_m,d =13 МПа=1,3 кН/см² – расчетное сопротивление изгибу элементов прямоугольного сечения из древесины сосны 2-го сорта;

k_х=0,8 – переходной коэффициент для пихты, учитывающий породу древесины;

k_mod=0,95 – коэффициент условий работы для 3 класса условий эксплуатации при учёте полной снеговой нагрузки;

_n=0,95 – коэффициент надежности по назначению для II класса ответственности здания .

Приняв ширину сечения прогона b=10,0 см, определяем его требуемую высоту сечения:

=16,84 см.

В соответствии с сортаментом пиломатериалов принимаем h=17,5 см.

Определяем запас прочности:

W_d=bh²610´17,5²/6=510,4 см³;

_m,d=M_d/W_d=277/510,4=0,543 кН/см²;

_m,d/f_m,d=0,543/1,04=0,522 < 1

Проверяем принятое сечение по жесткости:

,

где: F_k=3,62 кН/м=0,0362 кН/см – полная нормативная нагрузка;

Е₀=10⁴k_mod=10⁴0,95=0,9510⁴ МПа=0,9510³ кН/см² – модуль упругости древесины вдоль волокон.

_dbh³121017,5³/12=4466 см⁴;

1/163 – предельный относительный прогиб для l=3,5 м,

Шарниры в консольно-балочном прогоне осуществляем в виде косого прируба (рис. 2.1.б).

а) – расчётная схема и эпюра изгибающих моментов;

б) – шарнир в виде косого прируба;

1 – болт 8 мм, l=220мм; 2 – брус сечением 100175; 3 – квадратная шайба 40404 мм.

Рисунок 2.1. К расчёту консольно-балочного прогона.