Проектирование телятника

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Пермский государственный технический университет

Строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту на тему "Телятник"

Выполнил гр. ПГС₀₆

Куприянов А.К.

Руководитель

Осетрин А.В.

г. Пермь 2009

1. Расчет плиты покрытия

1.1 Исходные данные

Условия эксплуатации нормальные.

Уклон кровли 1:4.

Кровля из волнистых асбестоцементных листов.

Шаг несущих конструкций – 3,0м.

Каркас плиты из древесины ели 2-го сорта.

Нижняя обшивка из водостойкой березовой фанеры марки ФСФ

Утеплитель – пенопласт ФРП-1.

Район строительства – г. Челябинск.

1.2 Компоновка плиты

Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,0м. Ширина плиты принимается равной ширине стандартного листа фанеры (1525*1525). С учетом обрезки кромок для их выравнивания ширина плиты – 1,5м. Направление волокон наружных слоев фанеры следует располагать вдоль плиты. Толщина фанеры – 8мм.

Высота плиты Толщину ребер принимаем 50мм. По сортаменту принимаем доски 50*150мм. Фанера приклеивается к нижней стороне деревянного каркаса, поэтому фрезеруются только кромки досок. После острожки кромок размеры ребер 50*145мм. Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 150см. Поперечные ребра принимаются того же сечения, что и продольные и ставятся в местах стыков фанерных листов. Фанерные листы стыкуются на "ус". Учитывая размеры стандартных листов фанеры ставим в плите три поперечных ребра. Пароизоляция – окрасочная по наружной стороне обшивки. Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза.

1.3.Теплотехнический расчет плиты

Место строительства: г. Челябинск

Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,95: t_ext=-34°С; Средняя температура наружного воздуха отопительного периода: t_ht=-5,5°С;

Продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой ≤8°С: z_ht=233 суток;

Расчетная средняя температура внутреннего воздуха: t_int=12-15°С;

Зона влажности: 3 (сухая);

Влажностный режим помещений: влажный (75%);

Условия эксплуатации: Б (нормальный);

Расчетные формулы, а также значения величин и коэффициентов приняты по СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий".

Принимаем толщину утеплителя 120 мм.

1.4 Сбор нагрузок на плиту покрытия

Полные погонные нагрузки:

Нормативная

Расчетная

1.5 Статический расчет

Ширина площадки опирания на верхний пояс несущей конструкции – 6см, тогда расчетный пролет плиты равен

Плита рассчитывается как балка на двух опорах.

Расчетный изгибающий момент:

Расчетная поперечная сила:

При уклонах кровли 1:4 расчет плиты допускается вести без учета явления косого изгиба.

1.5.1 Геометрические характеристики сечения

Расчет клееных элементов из фанеры и древесины выполняется по методу приведенного сечения в соответствии с п.4.25 СНиП II-25-80.

Расчетная ширина фанерной обшивки при

Геометрические характеристики плиты приводим к фанере с помощью коэффициента приведения:

Приведенная площадь поперечного сечения плиты

Приведенный статический момент поперечного сечения плиты относительно нижней плоскости обшивки

Расстояние от нижней грани до нейтральной оси поперечного сечения плиты

Расстояние от нейтральной оси до верхней грани продольных ребер

Расстояние от нейтральной оси плиты до центра тяжести продольных ребер

Приведенный момент инерции плиты относительно нейтральной оси

1.6 Конструктивный расчет

1.6.1. Проверка напряжений

Максимальные напряжения в растянутой фанерной обшивке:

где  -коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки при соединении на "ус" для фанеры марки ФСФ (п.4.24 СНиП II-25-80).

 -коэффициент надежности по назначению.

Максимальные растягивающие напряжения в ребре деревянного каркаса , где коэффициент  приводит геометрические характеристики к наиболее напряженному материалу – древесине, т.е.

,

Максимальные сжимающие напряжения в ребре деревянного каркаса

Проверка скалывающих напряжений по клеевому шву между фанерной обшивкой и продольными ребрами каркаса:, где  -статический момент фанерной обшивки относительно нейтральной оси

Прочность клеевого шва между фанерой и древесиной (фанера приклеивается на клее ФРФ – 50) принимается равной прочности фанеры на скалывание вдоль волокон наружных слоев 80 Н/см² (табл.10 СНиП II-25-80).

1.6.2 Проверка жесткости плиты

Относительный прогиб плиты:

(при высоте ребра 120 мм )

Скомпонованное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

2. Расчет фермы

2.1 Сбор нагрузок

Определяем расчетные погонные нагрузки:

Верхний пояс фермы клееный из сосновых досок 2-го сорта. Нижний пояс из парных уголков. По верхнему поясу фермы укладываются панели покрытия шириной 148 см.

Условия эксплуатации конструкций А2 ()

2.2 Расчет верхнего пояса фермы

Сечение опорной панели верхнего пояса конструируем составным.

Сечение верхнего пояса подбираем по усилиям в опорной панели.

Принимаем сечение – брус

Опорный узел проектируем так, чтобы он не выходил за габариты сечения колонны. Усилие в опорной панели верхнего пояса передается центрально. Верхний пояс фермы неразрезной.

Расчетный изгибающий момент от внеузловой распределенной нагрузки в середине опорной панели определяется как в двухпролетной балке.

Момент сопротивления сечения

Гибкость элемента:

 - коэффициент продольного изгиба

Проверяем прочность сечения:

Прочность подобранного сечения не обеспечена. Увеличиваем размеры сечения. Принимаем брус 150x200 мм. ;

Прочность сечения верхнего пояса обеспечена. Назначаем сечение верхнего пояса – брус 150x200 мм.

2.3 Расчет нижнего пояса фермы

Нижний пояс фермы проектируем из парных уголков. Нижний пояс фермы растянут. Усилие в крайних элементах

принимаем 2∟50x5, F=9,6 см²

2.4 Расчет раскосов

Раскосы 2 и 3 выполняем из цельного бруса древесины 2-го сорта, сечением

Проверяем раскос на устойчивость:

уменьшим сечение раскоса

Проверяем раскос на устойчивость:

Определим напряжение смятия торца раскоса:

Растянутые раскосы 10 и 11 проектируем из арматурной стали класса А-III в виде одиночного тяжа. Требуемая площадь сечения тяжа:

 ǿ16 мм (с учетом гибкости стержня)

Наконечники к раскосам принимаем ǿ20 мм.

2.5 Расчет узлов фермы

2.5.1 Опорный узел

Требуемая площадь смятия в опорном узле под пластиной, передающей усилие от нижнего пояса на верхний пояс:

Ширина пластины равна ширине верхнего пояса и равна 150 мм, тогда высота пластины:  конструктивно примем

Давление на 1 см² пластины составляет:

Максимальный изгибающий момент в пластине на 1 смее ширины:

Требуемый момент сопротивления пластины:

Принимаем пластину толщиной 20 мм момент сопротивления, которой

Сварку упорной пластины с боковыми пластинами башмака производим сплошным двухсторонним швом с катетом шва 6 мм.

Требуемая площадь смятия опорной плоскости:

Требуемая ширина площадки смятия:

2.5.2 Узлы крепления раскосов к верхнему поясу

Для крепления раскосов в узлах устанавливается металлический башмак, к которому крепятся раскосы. Площадь опирания башмака проектируем из условия смятия верхнего пояса.

Несущая способность соединения смятию под углом  определяется из условия смятия древесины. (п. 5.2. СНиП)

Прочность на смятие обеспечена принимаем металлический башмак см.

Расчет болта:

принимаем болт повышенной точности d_б=30 мм.

Раскосы крепятся к узлам с помощью стальных накладок сечением . Металлический башмак крепится к верхнему поясу с помощью глухарей.

Проверяем стальные накладки на сжатие по устойчивости в плоскости перпендикулярной плоскости планки:

прочность обеспечена.

Несущая способность по изгибу односрезного глухаря:

Требуемое количество болтов: принимаем 6 болтов на каждой полунакладке.

2.5.3. Узлы крепления раскосов к нижнему поясу

Раскосы крепятся на узловой болт, устанавливаемый в отверстие фасонки нижнего пояса.

 В узлах элементы нижнего пояса соединяются планками из листовой стали. Закрепляются планки к поясу швами длиной 10 см (как в опорном узле). Элементы нижнего пояса соединяются по лине планками на расстояние l₀.

2.5.4 Коньковый узел

Коньковый узел выполнен простым лобовым упором перекрытым парными накладками.

Принимаем диаметр болтов соединяющих верхний пояс фермы через накладки равным 24 мм.

Согласно п.5.18.СНиП для стальных нагелей принимаются расстояния между болтами.

S₁ вдоль волокон = 7d=

S₂ поперек волокон = 3,5d=

S₃ от кромки элемента=3d=

Количество болтов в одном ряду:

Т – наименьшая несущая способность (т. 17 СНиП)

n_ш – число расчетных швов одного нагеля.

1)несущая способность на смятие древесины среднего элемента под углом:

с – толщина среднего элемента.

 - коэффициент по т. 14. СНиП

2) несущая способность на смятие древесины крайнего элемента под углом:

3) несущая способность болта на изгиб:

размер накладки

Проверим верхний пояс на растяжение:

прочность верхнего пояса в месте соединения обеспечена.

3 Подбор балки покрытия

Балку проектируем дощатоклееную прямоугольного сечения с шарнирным опиранием на колонны.

3. Расчет колонны

3.1Определение ветровой нагрузки

Ветровую нагрузку учитывают как сумму двух составляющих: средней и пульсационной.

W_m – средняя составляющая давления

W_i – пульсационная составляющая может учитываться при расчете мачт; башен; транспортных эстакад; дымовых труб; высотных зданий, высотой более 40м; одноэтажных производственных зданий, высотой более 36м, и при отношении высоты к длине здания более 1,5, в местностях типа А и В.

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки :

g_f – коэффициент надежности по нагрузке®1,4

w₀ – нормативное значение ветрового значения, принимается в зависимости от ветрового района (Челябинск –2-ой ветровой район ®w₀=0,3 кН/м²)

с_е – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания (с наветренной поверхности = 0,8; с подветренной = 0,6)

k – коэффициент, учитывающий изменения ветрового давления по высоте (зависит от типа местности).

Высота колонны 4,2 м, k=0,5/

Расчетная погонная ветровая нагрузка на раму  (кН/пог.м) на участке h₁ передается в виде равномерно распределенной:

с наветренной стороны

с подветренной стороны

В_к – шаг поперечных рам, м.

Ветровая нагрузка на покрытие в расчете не учитывается, так как является разгружающей при угле наклона кровли 14º.

3.2 Подбор сечения колонны

Колонну проектируем дощатоклеенную прямоугольного сечения с шарнирным опиранием на фундамент.

В первом приближении примем:

Защемление колонны в пяте осуществляется с помощью анкерных креплений к оголовку, верхняя отметка которого должна возвышаться над уровнем чистого пола не менее 15 см.

Находим геометрические характеристики сечения:

сечение больше уменьшать нельзя, прочность колонны обеспечена с большим коэффициентом запаса.

В целях рационального решения узла сопряжения фермы с колонной примем конструктивно сечение колонны 190198 (6 слоев =33мм).

3.3 Проверка клеевого шва колонны

Вдоль здания колонны раскрепляем вертикальными связями и распорками, устанавливаемыми по середине высоты колонны.

требуется проверка колонны на устойчивость.

устойчивость колонны обеспечена.

Клеевой шов проверяем по касательным напряжениям.

прочность клеевого шва по касательным напряжениям обеспечена с большим запасом прочности.

3.4 Расчет опорной пяты

Для крепления анкерных болтов по бокам колонны сделаны вырезы на глубину трех досок =9,9 см.

Напряжения на поверхности фундамента:

Для фундамента конструктивно примем бетон В15 с R_b=8,5МПа.

Вычисляем размеры участков эпюры напряжений:

Усилия в болтах:

Площадь поперечного сечения болтов:

принимаем диаметр болтов =12 мм.

Траверсу для крепления анкерных болтов рассчитываем как балку.

Из условия размещения анкерных болтов диаметром 12 мм, принимаем равнополочный уголок

Напряжение:

Проверка прочности клеевого шва в анкерном креплении колонны:

 - коэффициент при расчете на скалывание сжатых элементов = 0,125

е = y – плечо сил скалывания

Напряжение в клеевом шве:

условие прочности клеевого шва под пятой колонны выполняется прочность колонны обеспечена.

4. Рекомендации по обеспечению долговечности и защиты от возгорания деревянных конструкций

4.1Обеспечение долговечности КДК

Для изготовления конструкций рекомендуется использовать сухой пиломатериал с влажностью W= 12%.

В период транспортировки защищать конструкции от увлажнения используя специальный укрывочный материал и соблюдая правила хранения и транспортировки конструкций.

Опорный узел колонны устраивается на 300 мм выше уровня чистого пола.

При проектировании учесть обеспечение свободного доступа к опорным узлам конструкций для осмотра и проветривания.

4.2 Защита КДК от возгорания

Проектируемое здание имеет значительную протяженность (88м), поэтому рекомендуется по длине здания устроить брандмауэрную стену с высотой на 600 мм выступающей над плоскостью кровли.

Соединительные стальные детали снижают предел огнестойкости деревянных конструкций, поэтому нужно их обрабатывать огнезащитными составами.

Несущие КДК обладают хорошей био- и огнестойкостью, поэтому для них применяют только локальную защиту торцов и опорных частей тиоколывыми мастиками (УМ-30м, УТ-32) и поверхностную окраску пентофталевой эмалью ПФ-115 при помощи краскопульта или кистями за 2 раза. Для раскосов фермы, продольных и поперечных ребер плит покрытия применять пропитку в горячехолодных ваннах в течении 2-4 часов.

5. Технико – экономические показатели

5.1 Расход основных материалов

Расход материалов на изготовление КДК

1.ферма

2. колонна

Расход древесины в деле:

V_qi – объем одной конструкции

П_i – количество несущих конструкций

S – площадь здания в осях

1.

2.

Расход стали:

G_стi – расход стали на одну конструкцию.

1.

Фактическая собственная масса несущей конструкции

q_i – масса одной конструкции

1.

2.

Фактический коэффициент собственной массы конструкции

1.

Список используемой литературы

1. СНиП 2.01.07-85^* Нагрузки и воздействия: М., 1987.

2. СНиП 2-25-80 Деревянные конструкции: М., 1983.

3. СНиП II-23-81^* Стальные конструкции: М., 1990.

4. СНиП II-3-79^* Строительная теплотехника: М.,1986.

5. СНиП 23-01-99 Строительная климатология: М.,2000.

6. СНиП2.03.01-84^* Бетонные и железобетонные конструкции: М., 1989.

7. Пособие по проектированию деревянных конструкций к СНиП II-25-80: М.,1986.

8. А..В. Калугин Деревянные конструкции: Пермь., 2001

9. И. М. Гринь Строительные конструкции из дерева и пластмасс: Стройиздат., 1979

10. В. Е. Шишкин Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс: Стройиздат., 1974.

11.  Л. И. Кормаков Проектирование клееных деревянных конструкций: Будивельник., 1983.

12.  А. В. Калугин Проектирование и расчет ограждающих конструкций: Пермь., 1990.