Исходные данные
1. Объект – выставочный павильон
2. Вид несущих конструкций – рама
3. Шаг несущих конструкций – 4,8 м
4. Длина здания – 48 м
5. Ширина здания – 20 м
6. Высота здания – 11 м
7. Район строительства – г. Москва
8. Тепловой режим здания – холодный
9. Материал для несущих конструкций:
деревянные конструкции – ель
металлические конструкции – С38/23
1. Конструктивные особенности проектируемого здания
Для проектируемого здания – выставочный павильон с холодным режимом работы. Несущие и ограждающие конструкции здания будут эксплуатироваться внутри неотапливаемого помещения, что соответствует работе конструкций для групп Б1 – Б3. Коэффициент условий работы 1-0,9.
Вкачестве несущих конструкций выставочного павильона принимают дощатоклееную трехшарнирную гнутую раму. Опирание рамы предусмотрено на фундамент (марка бетона фундамента В10).
2. Технико-экономическое сравнение вариантов конструкций
Выбор рациональных типов конструкций производят на основании сравнений 3-х конкурентоспособных вариантов.
|
№ п/п |
Наименование |
Конструктивная схема |
Коэффициенты |
||
|
Собствен-ного веса kс.в. |
Металлоём- кости kм,% |
||||
|
1 |
Дощатоклееная гнутая рама (пролетом L=20м) |
|
8,25 |
6,5 |
|
|
Покрытие – листы волнистые из полиэфирного стеклопластика по деревянному каркасу m=17кг/м2 |
|
— |
4 |
||
|
2 |
Дощатоклееная рама из прямолинейных элементов с соединением ригеля и стойки на зубчатый шип L=20м. |
|
8,5 |
6,5 |
|
|
Панели на деревянном каркасе с нижней обшивкой из плоских листов асбестоцемента и кровлей из волнистых листов асбестоцемента без утеплителя m=65кг/м2 |
— |
7 |
|||
|
3 |
Дощатоклееная рама из прямолинейных элементов с подкосами и консолями L=20м. |
|
8,28 |
5,57 |
|
|
Клеефанерные панели под плоскую кровлю в виде трёхслойного рубероидно-изоляционного ковра (без утеплителя) m=37кг/м2 |
— |
4 |
Производят расчёт выбранных вариантов конструкций по расходу основных строительных материалов – древесины и металла.
1. Определяют собственную массу основных несущих конструкций:
Вариант №1.
Вариант №2.
Вариант №3.
2. Определяют расход металла для изготовления основных несущих конструкций:
Вариант №1.
Вариант №2.
Вариант №3.
3. Определяют расход металла для изготовления 1м2 конструкций покрытия:
Вариант №1.
Вариант №2.
Вариант №3.
4. Определяют расход древесины для изготовления основных несущих конструкций в расчёте на 1м2 плана здания:
Вариант №1.
Вариант №2.
Вариант №3.
5. Определяют расход древесины для изготовления конструкций покрытия в расчёте на 1м2 плана здания:
Вариант №1.
Вариант №2.
Вариант №3.
Результаты выполненных расчётов заносят в таблицу №2.
Таблица №2.
|
Наименование элементов |
Лес м3/м2 |
Металл кг/м2 |
Лес м3/м2 |
Металл кг/м2 |
Лес м3/м2 |
Металл кг/м2 |
|
|
Вариант №1. |
Вариант №2. |
Вариант №3. |
|||||
|
Несущие конструкции |
0,071 |
2,5 |
0,093 |
3,2 |
0,079 |
2,4 |
|
|
Конструкции покрытия |
0,033 |
0,68 |
0,121 |
4,55 |
0,071 |
1,48 |
|
|
Итого |
0,104 |
3,18 |
0,214 |
7,75 |
0,15 |
3,88 |
Для дальнейшего проектирования принимаем вариант с наименьшим расходом древесины и металла – вариант №1.
3. Расчет и конструированное покрытие здания
Проектируем покрытие в виде асбоцементных волнистых листов по многопролётным неразрезным дощато-гвоздевым прогонам. Обычно шаг прогонов бывает в пределах 1,2…1,5 м. Дощато-гвоздевые прогоны проектируются из двух досок, поставленных на ребро; по длине доски соединяются между собой гвоздями, расположенными на расстоянии 40 – 50 см друг от друга. Гвозди в стыке расстанавливаются двумя рядами, количество гвоздей определяется расчётом.
Расчёт многопролётного дощато-гвоздевого прогона.
Исходные данные:
пролёт прогона – 4,8 м;
шаг пролёта примем – 1,35 м;
место строительства – г. Москва;
нормативная снеговая нагрузка 1800 Н/м2;
угол наклона кровли б = 15°.
Нагрузку от массы прогона принимаем равной 100 Н/м. Тогда расчётная нагрузка, действующая на прогон, равна:
.
Нормативное значение нагрузки, действующей на прогон, равно:
.
Нормальная составляющая расчётной нагрузки:
.
Скатная составляющая расчётной нагрузки:
.
Нормальная составляющая от нормативной нагрузки:
.
Расчёт прогонов ведётся по двум группам предельных состояний.
Размеры поперечного сечения определяются расчётом на прочность по нормальным сечениям. Расчёт ведётся по изгибающему моменту, возникающему на третьей с края опоре. Изгибающий момент определяется по формуле:
Принятые размеры поперечного сечения прогона проверяются на изгибающий момент, действующий в первом пролёте, который определяется по формуле:
Прогоны проектируются из ели 2-го сорта. Группа конструкций Б1; коэффициент условий работы конструкций mв = 1; расчётное сопротивление древесины при изгибе равно 14 МПа.
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения прогона равен:
Зададимся толщиной одной доски 50 мм. Тогда суммарная ширина прогона будет равна 100 мм, а требуемая высота поперечного сечения:
По сортаменту пиломатериалов принимаем сечение прогона из двух досок размером 50х150 мм. Фактический момент сопротивления сечения прогона составляет 468,75 см3.
Проверим прогон принятого размера поперечного сечения на действие изгибающего момента в первом пролёте:,
что меньше расчётного сопротивления древесины при изгибе, равного 14 МПа с учётом коэффициента условия работы mв = 1.
На скалывание деревянные прогоны проверяются только при больших сосредоточенных силах, расположенных близко к опорам, а при равномерно распределённой нагрузке – при отношении пролёта к высоте поперечного сечения менее чем 5,4. В нашем случае отношение пролёта к высоте поперечного сечения равно 480 / 11 = 43,63 что > 5,4, следовательно, проверку на скалывание производить не требуется.
4. Расчет гнутой рамы
Исходные данные:
Рама постоянного очертания, пролёт l = 20 м., шаг рам 4,8 м. Уклон рамы 1:4. Район строительства – город Москва, по снеговой нагрузке – III район, по скоростному напору ветра – I район.
Геометрические размеры оси рамы.
Поперечное сечение рамы принимают прямоугольным с постоянной шириной b=26,5 см (после острожки досок ширной27,5 см) и с переменной высотой. Толщину досок принимают 19 мм (после острожки досок толщиной 25 мм). Высота сечения в карнизной части принимают в пределах (1/25-1/35) l – приняли 1/2520=0,8 м=80 см, на опоре – (0,4-0,5) h приняли 0,5ґ0,855=42,75 см, а в коньке – (0,3-0,4) h приняли 0,4ґ0,855=0,342 м =34,2 см (приняли 18ґ1,9=34,2см).
При принятых размерах сечения рамы определяют нахождение нейтральной оси относительно наружного контура. Расчетный пролет рамы. Высота в коньке H=11 м. Радиус кривизны расчетной оси в закругленной части получится r0 =rнарґ =3000-210=2790 мм. Угол наклона ригеля к горизонту. Угол дуги закругления Длина дуги полурамы
Полная длина оси полурамы 5,91+3,65+9,02=18,63 м
Таблица №3
|
№ сечения |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Xn |
0 |
0,21 |
0,755 |
2,1 |
4,79 |
7,79 |
10,79 |
|
|
Yn |
0 |
5,91 |
7,495 |
8,395 |
9,145 |
9,98 |
10,815 |
Сбор нагрузок.
Постоянные равномерно распределённые нагрузки на 1м2 горизонтальной проекции покрытия определяем с введением коэффициента перегрузки n = 1,1 и коэффициента R= S/(0,5??) = 18,4/11 = 1,7, учитывающего разницу между длиной дуги полурамы и её горизонтальной проекцией. Сбор постоянных нагрузок от веса покрытия приведён в таблице №4.
Таблица №4
|
Элементы |
Нормативная нагрузка (кН/м2) |
n |
Расчётная нагрузка (кН/м2) |
|
|
Постоянная нагрузка |
||||
|
2 листа полиэфирного волнистого стеклопластика |
0,069 |
1,1 |
0,0759 |
|
|
Рёбра каркаса и поперечные рёбра диафрагмы из досок сечением 25035мм |
0,129 |
1,1 |
0,1419 |
|
|
Итого |
0,198 0,2 |
0,21780,22 |
||
|
Временная нагрузка |
||||
|
Снеговая |
– |
– |
1,8 |
|
|
Ветровая |
0,23 |
1,2 |
0,28 |
2 листа полиэфирного волнистого стеклопластика 0,069 1,1 0,0759
Рёбра каркаса и поперечные рёбра диафрагмы из досок сечением 250ґ35 мм 0,129 1,1 0,1419
Итого 0,198 » 0,2 0,2178»0,22
Временная нагрузка
Снеговая – – 1,8
Ветровая 0,23 1,2 0,28
Статический расчёт рамы.
Определяют усилия в расчетных сечениях рамы. Для упрощения расчета определяются усилия в сечениях от единичной вертикальной нагрузки, расположенной на левой половине рамы, а затем вычисляют усилия от постоянной нагрузки на всем пролете рамы, от снеговой на всем пролете и на половине и усилия от ветровой нагрузки.
Определяют опорные реакции. От единичной вертикальной нагрузки.
Опорные реакции от ветровой нагрузки определяют, заменяя для упрощения вычислений, ветровую нагрузку, действующую нормально к скатам кровли, ее составляющим. Опорные реакции определяют из равенства нулю суммы моментов всех сил относительно шарниров рамы:
Определяют изгибающий момент от единичной вертикальной нагрузки (кН*м):
Определяют нормальные и поперечные силы при основных сочетаниях нагрузок:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
Для определения расчетных усилий в раме принимают следующие сочетания нагрузок.
Основное сочетание. Постоянные вертикальные нагрузки по всему пролету и снеговая по всему пролету или на половине пролета.
Дополнительное сочетание. Постоянные вертикальные нагрузки по всему пролету и снеговая по всему пролету или на половине пролета и ветровая. В этом случае временные нагрузки умножаются на коэффициент 0,9.
Для предотвращения работы клеевых швов на отрыв под действием раскалывающих усилий, возникающих в зоне опорного и конькового шарниров, концы полурамы стягивают болтами ? = 18 мм, поставленными нормально к её оси.
Список используемой литературы
конструкция покрытие рама
1. Под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В. Слицкоухова «Конструкции дерева и пластмасс». М. Сройиздат 1986 г.
2. И.М. Гринь «Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов» г. Киев 1988 г.
3. В.Е. Шишкин «Примеры расчёта конструкций из дерева и пластмасс» М. Стройиздат 1974 г.
4. Справочник под ред. И.М. Гриня «Проектирование и расчёт деревянных конструкций» г. Киев 1975 г.
5. СНиП II-25-80 Часть2 «Деревянные конструкции». М. Госстройиздат 1983 г.
6. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». М. Госстройиздат 1993 г.
7. СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика». М. Госстройиздат 1991 г.
8. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) М. 1986 г.
9. Лихолетов О.Д. Учебное пособие «Конструкции дерева и пластмасс» М. 1996 г.
