Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС 1 страница




 

Практикум к выполнению курсовой работы для студентов направления

подготовки 08.03.01 «Строительство»
очной и заочной форм обучения

 

 

Кострома
КГСХА
2014

 

 

УДК [624.011.1 + 624.011.78] (075.8)

ББК 38.5

К 65

 

Составитель: доцент кафедры строительных конструкций ФГОУ ВПО Костромская ГСХА И.С. Борисова.

 

Рецензент: к.т.н., доцент кафедры строительных конструкций ФГОУ ВПО Костромская ГСХА Т.М. Гуревич.

Рекомендовано к изданию методической комиссией
архитектурно-строительного факультета
ФГБОУ ВПО Костромская ГСХА, протокол № 5 от 17 сентября 2014 года.

 

 

 

Конструкции из дерева и пластмасс: практикум к выполнению

курсовой работы для студентов направления подготовки 08.03.01

«Строительство» очной и заочной форм обучения / сост. И.С. Борисова.

Кострома: КГСХА, 2014. — 82 с.

 

Издание содержит примеры расчета элементов деревянных конструкций -
настилов, прогонов, плит покрытия, балок, ферм, арок, рам. Численные решения всех проектных задач сопровождаются иллюстрациями. После каждого примера составлен краткий алгоритм расчета, в приложениях приведены необходимые для расчетов параметры и характеристики. Практикум по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс» предназначен для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство»
очной и заочной форм обучения

.

 

Содержание

 

Введение. 4

Пример 1. Одиночный дощатый настил. 4

Пример 2. Неразрезной спаренный прогон из досок. 8

Пример 3. Утепленная клеефанерная плита покрытия. 12

Пример 4. Двускатная клеедеревянная балка. 17

Пример 5. Треугольная клеедеревянная ферма с разрезным верхним поясом. 21

Пример 6. Треугольная распорная система с затяжкой. 32

Пример 7. Сегментная клеедеревянная арка с затяжкой. 41

Пример 8. Стрельчатая клеедеревянная арка. 48

Пример 9. Гнутоклеенная трехшарнирная рама. 60

Пример 10. Ломаноклеенная рама (карнизный узел) 72

Список использованных источников. 75

Приложения. 77

 

 


Введение

Несущие деревянные конструкции: балки, фермы, арки, своды, купола и др. — широко применяются в гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданиях: малых, средних и больших пролетов. Специфической областью применения древесины считаются цехи и хранилища продукции химической промышленности, в атмосфере которых содержатся газы и пары, разрушающие металл и бетон. В районах, где лес является местным материалом, рационально строительство малоэтажных каркасных и щитовых деревянных домов. Они могут успешно конкурировать с привозимыми из далека материалами и конструкциями, перевозка которых не только дорога, но и длительна.

Современные средства защиты древесины от гниения позволяют существенно продлить срок службы деревянных конструкций. Обработка древесины антипиренами делает ее огнестойкой и гарантирует сохранность от возгорания до 30 лет. Новый конструкционный материал — облагороженная клеенная древесина обладает такими качествами, как прочность, индустриальность, долговечность, огнестойкость.

 

Пример 1. Одиночный дощатый настил

Задание. Запроектировать дощатый настил сельскохозяйственного производственного здания в Московской области.

Исходные данные. Здание II класса ответственности, коэффициент надежности по назначению gn = 0,95, отапливаемое, с температурно-влажностными условиями эксплуатации по группе А1. Район строительства по снеговой нагрузке — III.

Настил одиночный из досок древесины лиственницы влажностью до 12 % по ГОСТ 24454-80 *Е, располагаем по прогонам, которые устанавливаем по скату крыши с шагом 1,5 м. Утеплитель — фибролитовые плиты толщиной 100 мм, плотностью 500 кг/м3 (ГОСТ 8928-81), укладываем на слой пароизоляции из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм. Кровлю принимаем из рулонных материалов (рубероид) трехслойный с уклоном 0,1 по цементной стяжке толщиной 20 мм, плотностью 2000 кг/м3. Угол наклона кровли a = 5о43’; cos a = 0,995.

Конструктивная схема настила. Настил рассчитываем как двухпролетную балку. Пролеты настила равны 1,5 м, т.е. расстоянию между осями прогонов (рис. 1, б).

Нагрузки. Согласно п. 6.14 [1], расчет выполняется на два сочетания нагрузок:

1) на равномерно распределенную постоянную и снеговую нагрузки (1 и 2 группы предельных состояний) (рис. 1, в);

2) на собственный вес и монтажную нагрузку Р = 1кН (1 группа предельных состояний) (рис. 1, г).

Величины нагрузок на настил приведены в табл. 1.

Таблица 1

Нагрузки

Наименование нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м2 Коэффициент надежности по нагрузке, gf Расчетная нагрузка, кН/м2
Вес рубероидной трехслойной кровли Вес цементной стяжки Вес фибролита Вес пароизоляции Вес настила 0,1 0,36 0,4 0,02 0,143 1,3 1,3 1,2 1,3 1,1 0,13 0,47 0,48 0,026 0,157
Постоянная q 1,023 1,263
Временная снеговая so 1,0 1,4 1,4

 

 

Рис. 1. Дощато-гвоздевые настилы:

а) щит двойного перекрестного настила; б) щит однослойного настила;
в) расчетная схема настила при первом сочетании нагрузок; г) тоже при втором сочетании; 1 — защитный настил; 2 — гвозди; 3 — прогон;
4 — доски рабочего настила;5 — подкос

Нормальная составляющая действующей нагрузки на полосу настила шириной 1 м равна:

qxн = (qн + sн cos a ) cos a = (1,023 + 1,0 · 0,995) · 0,995 = 2,01 кН/м;

qх = (1,263 + 1,4 · 0,995) · 0,995 = 2,64 кН/м,

где qxн, qх — нормативная и расчетная нагрузки.

Максимальный изгибающий момент на средней опоре

М1 = 0,125 · qх · l 2 = 0,125 · 2,64 · 1,52 = 0,743 кНм.

Напряжение sи = .

Момент сопротивления Wтр = см3,

где согласно источнику [1, п. 3.1]:

Rи = R · mn = 13 · 1,2 = 15,6 мПа = 1,56 кН/см2.

Учитывая класс ответственности здания gn, получаем

Rи = кН/см2;

mn = 1,2; gn = 0,95.

Толщина досок d = = = 1,65 см при ширине полосы настила 100 см.

Согласно сортаменту назначаем d = 22 мм (приложение 1).

Проверяем относительный прогиб настила по формуле:

,

здесь I = см; Е = 103 кН/см2; — предельный прогиб настила.

При расчете настила на второе сочетание расчетных нагрузок монтажную нагрузку передаем на две доски шириной по 15 см, т.е. 0,15 · 2 = 0,3 м.

Расчетное значение монтажной нагрузки

Р = 1 · 1,2 · 0,995 = 1,2 кН.

Нагрузка от собственного веса настила согласно табл. 1

q = 1,263 · 0.3 · 0,995 = 0,377 кН/м.

Максимальный изгибающий момент в пролете под монтажной нагрузкой находим по формуле:

М2 = 0,07 · ql2 + 0,207 · Рl = 0,07 · 0,377 · 1,52 + 0,207 · 1,2 · 1,5 = 0,432 кНм.

Напряжение изгиба при принятом сечении настила

sи = кН/см2 = 17,9 мПа < мПа.

здесь W = ,

где mП — коэффициент породы [1, табл. 4]; mн — коэффициент, учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки [1, табл. 6].

Алгоритм расчета дощатого настила

Исходные данные. Нагрузки — qхн, qx, P, q; геометрические размеры — l, b; характеристики материала — Е,Rи, .

1. М 1 = 0,125 · qx · l 2.

2. Wтр = .

3. d = (назначается по сортаменту).

4. I = .

5. .

6. M2 = 0,07 q · l 2 + 0,207 · Pl.

7. W = .

8. sи = .

Пример 2. Неразрезной спаренный прогон из досок

Исходные данные. Здание II класса ответственности, коэффициент надежности по назначению gn =0,95, отапливаемое, с температурно-влажностным режимом эксплуатации по группе А1. Район строительства по снеговой нагрузке — III.

Парные дощатые прогоны пролетом 4 м располагаем с шагом 1,5 м; лесоматериал — сосна. Данные по вышележащей нагрузке и конструкции кровли см. в примере 1.

Конструктивная схема прогона. Прогон рассчитываем как многопролетную неразрезную шарнирно опертую балку. Пролеты прогона принимаем равными по всей длине шагу несущих конструкций по 4 м (рис. 2). Нагрузка от покрытия приведена в табл.1 и составляет на 1 погонный метр прогона, кН/м:

qн = 1,023 · 1,5 = 1,53; q = 1,263 · 1,5 = 1,89.

Предварительно задаем значения собственного веса прогона, кН/м:

qсвн = 0,1; qсв = 0,11.

Снеговая нагрузка согласно табл. 1, кН/м:

sн = 1,0 · 1,5 = 1,5; s = 1,4 · 1,5 = 2,1.

Нормальная составляющая действующей нагрузки на грузовую полосу шириной 1,5 м, кН/м:

qxн = (1,53 + 0,1 + 1,5 · 0,995) · 0,995 = 3,11.

qх = (1,89 + 0,11 + 2,1 · 0,995) · 0,995 = 4,07.

Расчетный изгибающий опорный момент определяем по формуле:

М = кНм

По сортаменту пиломатериалов хвойных пород задаем сечением из двух досок размером 40´175 мм при W = 408 см3.

Напряжение изгиба:

sи = кН/см2 = 13,3 мПа < мПа.

Крайние пролеты прогона усиливаем третьей доской того же сечения.

Относительный прогиб в крайнем пролете прогона:

,

где I — момент инерции сечения прогона в крайнем пролете, равный

I = см4.

Рис. 2. Многопролетный спаренный прогон из досок:

а) общий вид; б) расчетная схема; в) гвоздевой стык прогона; 1 — прогон;
2 — несущая конструкция покрытия; 3 — гвозди

 

 

Произведем расчет гвоздевого стыка прогонов. Принимаем гвозди диаметром 4 мм и длиной 100 мм. На рис. 2, в показано размещение стыков досок парных дощатых прогонов. По длине доски соединяем гвоздями в шахматном порядке через 500 мм.

Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины

S1 = 15 d = 15 · 0,4 = 6 см.

Толщина элементов прогона

а = 4 см; а1 = 4 – 1,5 · 0,4 = 3,4 см;

Хгв = 0,21 · l – 15 d = 0,21 · 400 – 15 · 0,4 = 78 см.

Расчетную несущую способность гвоздя в несимметричном односрезном соединении определяем по формулам [1, табл. 17]:

Тс = 0,35 · с · d = 0,35 · 4 · 0,4 = 0,56 кН; Та = kн · a1 · d = 0,38 · 3,4 · 0,4 = 0,52 кН;

Ти = 2,5 · d2 + 0,01 · a12 = 2,5 · 0,42 + 0,01 · 3,42 = 0,52 кН,

где kн = 0,38 при (см. приложение 7).

Количество гвоздей nгв в конце каждой доски на полустыке равно:

nгв = шт.

Алгоритм расчета неразрезного спаренного прогона

Исходные данные. Нагрузки — qx, qхн; геометрические характеристики — l, d, lгв, b, h; характеристики материалов — Rи, Е, knн.

1. М = .

2. W = .

3. .

4. I = .

5. .

6. Tc = 0,35 · c · d.

7. Ta = kн · a1 · d.

8. a1 = b – 1,5 d.

9. Xгв = 0,21 · l – 15 d.

10. Tи = 2,5 · d2 + 0,01 a12.

11. Т мин = определяем (Тс, Та, Ти).

12. nгв = .

 

Пример 3. Утепленная клеефанерная плита покрытия

Задание. Запроектировать утепленную клеефанерную плиту покрытия склада в Московской области.

Исходные данные. Здание II класса ответственности, коэффициент надежности по назначению gn = 0,95, отапливаемое, с температурно-влажностными условиями эксплуатации по группе А1. Район строительства по снеговой нагрузке — III. Кровля рубероидная трехслойная. Шаг несущих конструкций — 6 м.

Материалы плиты. Древесина ребер — сосна 2-го сорта по ГОСТ 8486-86*Е; обшивки из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ по ГОСТ 3916.1-89; клей марки ФРФ (ТУ 6-05-281-14-77*); утеплитель — минераловатные плиты толщиной 8 см на синтетическом связующем по ГОСТ 9573-82* с полностью 75 кг/м3; пароизоляция — полиэтиленовая пленка толщиной 0,2 мм.

Конструктивная схема плиты. Размеры плиты в плане назначаем 5980х1490 мм. Направление волокон наружных слоев фанеры верхней и нижней обшивок принимаем продольными. Деревянный каркас плиты образуем четырьмя продольными ребрами из досок, жестко склеенных с фанерными обшивками. Обшивки предварительно состыкованы по длине.

Под стыками обшивок и в торцах плиты предусматриваем поперечные ребра. Верхняя обшивка имеет толщину 9 мм, нижняя — 6 мм (рис. 3). Плиту рассчитываем как свободно лежащую на двух опорах однопролетную балку. Продольные ребра после фрезерования верхних кромок принимаем равными 167х40 мм влажностью (10±2) %. Относительная высота плиты:

.

Сбор нагрузок и статистический расчет

Нагрузки на плиту приведены в табл. 2.

Расчетный пролет плиты с учетом длины опорного участка не менее 5,5 см
[1, п. 6.7] составит:

l = 5,98 – 0,06 = 5,92 м.

Максимальный изгибающий момент в середине пролета плиты:

кНм.

Максимальная поперечная сила:

кН.

Рис. 3. Клеефанерные ребристые плиты покрытия:

а) план плиты 1,5´6 м; б) поперечное и расчетное сечения плит коробочного типа; в) то же с одной нижней обшивкой; 1 — фанерная обшивка;
2 — продольные несущие ребра; 3 — поперечные ребра; 4 — утеплитель; 5 — пароизоляция; 6 — вентиляционный продух в торцах

 

 

Геометрические характеристики поперечного сечения

Расстояние между продольными ребрами по осям:

а = 44 + 4 = 48 см; l = 592 > 6 а = 6 · 48 = 288 см.

Согласно источнику [1, п. 4.25], расчетная ширина верхней и нижней фанерных обшивок:

bврасч. = 0,9 · bв = 0,9 · 147 = 132,3 см; bнрасч = 0,9 bн = 0,9 · 149 = 134,1 см.

Таблица 2

Нагрузки

Наименование нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м Коэффициент надежности по нагрузке, gf Расчетная нагрузка, кН/м
Вес рубероидной кровли 0,15 1,3 0,20
Вес фанерной обшивки 0,16 1,1 0,18
Вес продольных и поперечных ребер 0,16 1,1 0,17
Вес утеплителя 0,08 1,2 0,10
Вес пароизоляции 0,02 1,3 0,03
Постоянная q 0,57 - 0,68
Временная снеговая s = 1…1,5 1,5 1,4 2,40
Полная 2,07 - 3,08

 

Геометрические характеристики клеефанерной плиты приводим к фанерной обшивке, учитывая отношение: .

Приведенная площадь сечения:

Fпр = 132,3 · 0,9 + 134,1 · 0,6 + 4 · 4 · 16,7 · 1,11 = 119,1 + 80,5 + 296,6 = 496 см2.

Приведенный статистический момент сечения относительно нижней грани плиты:

Sпр = 80,5 · 0,3 + 119,1 · 17,75 + 296,6 · (8,35 + 0,6) = 4796 см3.

Расстояние от нижней плоскости плиты до центра тяжести сечения:

см,

h – yo = 18,2 – 9,66 = 8,54 см.

Приведенный момент инерции плиты без учета собственного момента инерции обшивок

Iпр = см4.

Здесь ур = уо – [0,5 hp + dн ] = 9,66 – 8,95 = 0,71 см — расстояние от центра тяжести плиты до центра продольных ребер (см. рис. 3).

Моменты сопротивления:

см3.

см3.

 

Проверка плиты на прочность

Напряжение в нижней растянутой обшивке:

кН/см2 = 6 мПа < мПа.

Устойчивость верхней сжатой обшивки .

При отношении расстояния С1 между продольными ребрами в свету к толщине обшивки dф:

,

Напряжение в сжатой обшивке:

кН/см2 = 10 мПа < мПа.

Усилие в верхней обшивке при местном изгибе определяем как в балке, заделанной по концам (у ребер). Изгибающий момент в обшивке:

кН·см.

Момент сопротивления обшивки шириной 100 см:

см3.

Напряжение от изгиба верхней обшивки сосредоточенной силой:

кН/см2 = 4,9 мПа < мПа.

Напряжение скалывания клеевых швов между слоями фанеры (в пределах ширины продольных ребер) проверяем по формуле:

кН/см2 = 0,25 мПа < мПа,

где приведенный статистический момент верхней фанерной обшивки относительно центра тяжести сечения равен:

см3.

Проверка плиты на прогиб. Относительный прогиб плиты при qн =2,07 кН/м = = 0,021 кН/см и Еф =9000 мПа = 900 кН/см2 вычисляем по формуле:

.

Алгоритм расчета клеефанерной плиты покрытия

Исходные данные. Нагрузки — q, qн, Р; геометрические характеристики — l, b, bp, hp, dв, dн, а, np; характеристики материалов — Е, Еф, Rфр, Rфск, mф.

1. .

2. .

3. .

4. n = .

5. .

6. .

7. .

8. .

9. .

10. .

11. .

12.

13.

14. , если .

15. , если .

16. .

17.

18. .

19.

20. .

21. .

 

Пример 4. Двускатная клеедеревянная балка

Задание. Запроектировать двускатную клеедеревянную балку покрытия производственного сельскохозяйственного здания в Московской области.

Исходные данные. Здание II класса ответственности, коэффициент надежности по назначению gn = 0,95, отапливаемое, с температурно-влажностными условиями эксплуатации по группе А1. Пролет балки — 12 м. Шаг балок — 6 м. Уклон I = 1:12.

Материалы балки. В крайних зонах сечения — сосновые доски 2-го сорта влажностью до 12%; клей марки ФРФ-50.

Конструктивная схема. Принимаем двускатную балку прямоугольного сечения (рис. 4) пролетом в осях 11,7 м (с учетом опирания по 15 см).

Рис. 4. Общий вид и расчетная схема двускатной клеедеревянной балки

Высота балки в середине пролета h = l/12 = 1170/12 = 97,5 см. Балка по высоте склеивается из отфрезерованных досок сечением d · b = 3,3 · 13,5 см.

Тогда h = 3,3 · 30 = 99 см.

При заданном уклоне кровли I =1:12 высота балки на опоре равна:

hоп = hl /(2 · 12) = 99 — 1170/ (2 · 12) = 50,25 см, что больше

0,4 h = 39,6 см.

 

Сочетание нагрузок и статистический расчет

Рассматриваем загружение балки постоянной и временными нагрузками от снега в двух вариантах, исходя из геометрии конструкции (табл. 3) согласно [4].

Таблица 3

Нагрузки

Наименование нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м Коэффициент надежности по нагрузке, gf Расчетная нагрузка, кН/м
Клеефанерная плита покрытия:      
Собственный вес плиты
Без утеплителя и кровли 1,36 1,1 1,50
Вес рубероидной кровли 0,60 1,3 0,78
Вес утеплителя 0,32 1,2 0,38
Собственный вес балки 0,55 1,1 0,61
Постоянная q 2,83 3,27
Временная снеговая s = 0,8 · 0,6 4,8 1,4 7,68
Полная 7,63 10,95

Нагрузка от веса балки определена по формуле:

кН/м,

где kcв — коэффициент собственного веса балки.

Балку рассчитываем на наиболее невыгодные сочетания нагрузок — постоянная и временная нагрузки по всему пролету.

Расстояние от левой опоры до расчетного сечения определяем по формуле:

см = 2,97 м.

Изгибающий момент в расчетном сечении

кНм = 14196 кН·см.






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных