Проектирование прирельсового склада

Введение

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

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

Древесина и конструкции на ее основе обладают большой стойкостью по отношению к агрессивным средам и поэтому во многих случаях целесообразно их применение в зданиях с агрессивными средами. Сравнительная легкость древесины с учетом ее достаточно большой прочности и жесткости позволяет перекрывать значительные пролеты.

Долговечность деревянных конструкций, защищенных от загнивания только конструктивными мерами, достигает сотен лет. В настоящее время помимо конструктивных мер для защиты деревянных конструкций не только от гниения и древоточцев, но одновременно и от возгорания применяют обработку химическими составами, что повышает надежность при многолетней эксплуатации.

Проекты, предназначенные к внедрению в строительство, должны полностью удовлетворять современным, функциональным и эстетическим требованиям и обеспечивать экономичность строительства, благодаря широкому применению прогрессивных объемно-планировочных и конструктивных решений, а также максимальному использованию типовых методов возведения зданий. Всем этим условиям отвечают проекты зданий, выполненные из деревянных конструкций.

Курсовая работа разработана с учетом современных требований государственных стандартов и нормативной документации.

1. Архитектурно-планировочное и конструктивное решение

Согласно схеме 2 задания на проектирование объектом проектирования служит прирельсовый склад. Склад предназначен для хранения и перевалки штучных грузов. Здание не отапливаемое. Торцевые стены глухие. Рампа железобетонная.

Район строительства – г. Красноярск. Пролет здания составляет 28м. Высота здания до низа несущих конструкций покрытия – 8,4м. Шаг несущих конструкций – 5м. Длина здания составляет 70м.

Применяемые материалы: древесина – лиственница, сталь – С235, клей – ФР-100, стеновое ограждение – сэндвич панели (внутренняя и наружная обшивка из оцинкованного профилированного листа), ограждающая конструкция покрытия – профилированный лист.

2. Технико-экономическое сравнение вариантов

При выборе варианта и типа конструкции следует учитывать назначение здания, тип кровли, объемно-планировочные параметры здания, величину нагрузок, условия эксплуатации, архитектурные и другие требования.

В качестве критерия сравнительной экономической эффективности рассматриваемых вариантов покрытия следует принимать минимум собственной массы и стоимости покрытия.

Длительному сравнению и анализу подвергаются 3 выбранных несущих конструкций, представленных ниже. Варианты сравниваются по ориентировочному расходу и стоимости материалов, определяемых по монтажной массе несущих конструкций. Собственная масса конструкций на 1 м² горизонтальной проекции покрытия определяется по формуле:

q^н - постоянная равномерно распределенная нормативная нагрузка, кгс/м²(кН/ м²)

p^н - суммарная временная распределенная нормативная нагрузка, кгс/м²(кН/ м²)

l - пролет конструкции, м

k _см - коэффициент нагрузки от собственной массы, зависящий от типа конструкции.

Расход древесины на конструкцию, м²/м²

γ = 800 –объемный вес лиственницы , кг/м³

Расход материала на конструкцию определяется по формуле:

k _м - коэффициент расхода металла на конструкцию в процентах от монтажной массы.

Вариант 1

Клееная балка из прямолинейных элементов. Пролет 6…24м, k _см = 4…6, k _м = 0…1. Для пролета L=28м принимаем k _см = 6, k _м =1.

Вариант 2

Клееная двускатная балка. Пролет 6…24м, k _см = 4…5, k _м = 0…1. Для пролета L=28м принимаем k _см = 5, k _м =1.

Вариант 3

Клееная армированная балка. Пролет 12…24м, k _см = 3,5…4,5, k _м = 10…25. Для пролета L=28м принимаем k _см = 4,5, k _м =23.

Кровля холодная из профилированных листов (q_1n=10 кгc/м²).

Прогоны q_2n=6,3 кг/м².

Полная постоянная нагрузка составляет q_1n+ q_2n=10+6,3=16,3 кгc/м².

Временная нормативная нагрузка (снеговая) для III снегового района составляет s_n=126 кгc/м².Определяем собственную массу несущих конструкций:

Вариант 1.    

Вариант 2.    

Вариант 3.    

Определяем расход металла на конструкцию:

Вариант 1.    

Вариант 2.    

Вариант 3.    

Определяем расход древесины на конструкцию:

Вариант 1.    

Вариант 2.    

Вариант 3.    

Сравнение вариантов по расходу материалов и стоимости приведено в табл.1.

Таблица 1. Таблица сравнения вариантов

* - стоимость конструкций приведена в ценах 1991г.

По результатам сравнения вариантов наиболее выгодным является вариант 3, который и принимаем в качестве основного.

3. Расчет профнастила

Согласно ГОСТ 24045-94 по табличным значениям принимаем профнастил Н57-750-0,6 со следующими характеристиками: А = 6,6 см ²

При сжатых узких полках:             При сжатых широких полках:       

I_x = 46,2 cм ⁴ I_x = 46,2 cм ⁴

W_x,min = 12,0 cм ³ W_x,min = 13,8 cм ³

Масса 1 м ² = 7,5 кг

Применяемая сталь С-235 с расчетным сопротивлением изгибу Ry=2250 кг/м² и расчетным сопротивлением сдвигу Rs=1300 кг/м².

Сбор нагрузок

1) Постоянная:

Нагрузки на 1м² покрытия представлены в табл.2.

Таблица 2. Нагрузка на 1 м² покрытия

Нагрузка от покрытия:

2) Снеговая:

Расчетное значение снеговой нагрузки S_р = 180 кг/м²

Полная расчетная погонная нагрузка:

,

где В=1м – условная ширина грузовой площади.

Расчетную схему принимаем в виде 2-х пролетной балки с пролетом равным 2,8м.

Расчет проводим по двум схемам нагружения.

1-ая схема (см. рис.1):

Постоянная + временная (снеговая)

.

Рис.1. Первая расчетная схема.

Максимальный изгибающий момент над средней опорой равен:

Найдем максимальное напряжение при сжатых узких полках:

Условие прочности соблюдается.

Максимальная поперечная сила на опоре равна из расчета в ПК Лира 9.2: Q_max = 569 кг

Поперечная сила, приходящаяся на одну стенку гофра:

Где 12 – количество стенок гофров на условной ширине листа равной 1м. Проверяем прочность сечения:

Условие прочности соблюдается.

Проверяем прогиб:     

Условие жесткости обеспечено.

Проверяем местную устойчивость стенки:

Принимаем

k₀ = 3.09

Записываем условие:

Местная устойчивость стенки обеспечена.

2-ая схема (см. рис.2):

Постоянная + временная от сосредоточенного груза, равного N=100×γ_f=100×1,2=120 кгс. Расчет по этой схеме производим только на прочность.

Рис.2. Вторая расчетная схема.

Максимальный изгибающий момент:

М_max2 =172 кгс×м < М_max1 = 318,4 кгс×м, следовательно, все условия удовлетворяются.

Окончательно принимаем профнастил Н57-750-0,6.

Рис.3. Общий вид профилированного листа.

4. Расчет прогона

Прогоны проектируются равномоментными по консольно-балочной схеме. Расчет консольно-балочных прогонов производим по схеме многопролетной статически неопределимой балки с пролетом L=5м, равным шагу балок покрытия. Шаг прогонов В=2.8м.

Кровля имеет уклон i = 1:10. α = 6˚, соs α = 0,99, sin α = 0,104.

Высоту сечения прогона принимаем:

Ширину сечения прогона принимаем:

Принимаем b=100мм.

Найдем нагрузку от собственного веса прогона:

Нагрузка от покрытия:

Нагрузка от собственного веса:

Снеговая нагрузка:

Нормальная составляющая нагрузки q_x:

Максимальный изгибающий момент составляет:

Предельное сопротивление для древесины 2-ого сорта составляет:

Момент сопротивления:

Принимаем сечение из бруса 140´190 мм с характеристиками:

Прогиб прогона:                                

Соединение прогонов между собой выполняется в виде косого прируба с креплением болтом диаметром 20 мм.

5. Расчет и конструирование армированной клеедеревянной балки

Материал балки – древесина 2-го сорта.

Постоянная нагрузка:

Нормативная:

- вес покрытия 113,3 кгс/м², вес прогона 6,17 кгс/м², собственный вес балки 20,51 кгс/м².

Расчетная:

- вес профнастила 144,9 кгс/м², вес прогона 6,79 кгс/м², собственный вес балки 23 кгс/м². Коэффициент надежности по нагрузки принят γ_f=1,1 согласно СНиП 2.01.07-85*.

Временная (снеговая):

Нормативная – 126 кгс/м²;

Расчетная – 180 кгс/м².

Уклон кровли i = 1:10. Следовательно, α =6˚, cos α = 0,99, sin α = 0,104.

Нагрузка на балку, приведенная к горизонтальной плоскости, составляет

Нормативная:

q^н =(q_пⁿ/ cos α+ sⁿ)×В×cos α=((113,3+6,17+20,51)/

0,99+126)×5×0,99=1323,6 кгс/м.

Расчетная:

q =(q_п^p/ cos α+ s^p)×В× cos α = ((144,9 + 6,79 + 23)/0,99 + 180)×5×0,99 = 1764,4 кгс/м.

Расчетная схема балки покрытия представляет однопролетную статически определимую балку пролетом равным 28м, загруженную равномерно распределенной нагрузкой (см. рис.2). Согласно расчетной схеме максимальный момент и поперечная сила, определенные по программе «Лира» составляют М сред = 164,971 тс×м, Qоп = 24,7 тс. Расчетное сечение находится в середине балки

Рис.4. Расчетная схема балки покрытия с эпюрами моментов и поперечной силы.

Определяем высоту балки в середине пролета

h_ср = l/20 = 28/20 ≈ 1,4 м.

Определяем высоту балки на консоли

h_оп = h_ср /2 ≈ 0,7 м.

Наименьшая ширина балки прямоугольного поперечного сечения

b = h/6 = 140/6 ≈ 23 см

Опорное сечение балки из условия прочности при скалывании должно удовлетворять условию:

В соответствии с сортаментом досок по высоте ставим 42 доски толщиной 33 мм. Высота балки с h = 42*3,3 = 139 cм. Ширина балки b = 23 см. Все размеры даны с учетом острожки древесины.

Отношение

h/b = 139/23 = 6,04 ≈ 6.

Коэффициент продольного армирования µ=0,01 – 0,035. Принимаем µ=0,015. n=Ea/Eдр=21 – коэффициент приведения для арматуры класса А-II.

Расчетные сопротивления для древесины 2-го сорта равны:

Ru= Rс =150 кгс/см²; Rск=15 кгс/см², Rр=90 кг/см².

Требуемая площадь арматуры в нижнем поясе балки:

Fa=Fдр×µ = 70×23×0,01=31,97

Принимаем 3Ø40 А-II (Аs=37,68 см²).

µ_р= Fa/ Fдр=37,68/139×23=0,011.

Геометрические характеристики:

Рабочая высота сечения:

h₀=hср – а = 139 – 23 ≈116см.

Приведенная площадь сечения:

Fпр = bh₀(1+nµ)=23×116×(1+21×0,011)=3284 см².

Высота растянутой зоны:

Высота сжатой зоны:

Приведенный момент инерции:

I_пр = (bh³/12) × ((1+4nμ)/(1+nμ))= (23 * 139³ / 12) * ((1+4 * 21 * 0.011) / (1+21 * 0.011)) = 8045221 см⁴

Приведенные моменты сопротивления сжатой и растянутой зоны:

W_пр^с = I_пр / hс = 8045221 / 68,88 =116800,5 см³

W_пр^р = I_пр / hр = 8045221 / 47,12 =170739 см³

Приведенный статический момент относительно древесины:

Приведенный статический момент относительно арматуры:

Расчетная поверхность сдвига клеевого шва арматура-древесина:

D=0,9(n_ст+2)×Øарм+10мм =0,9×(3+2) ×40+10 ≈ 190мм=19см.

Расчет балки выполняется по двум группам предельных состояний.

Проверяем прочность расчетного сечения:

1) по древесине:

σ_Д= М/W^с_пр =164971×10²/116800,5 =1 41,24кгс/см² < R_иm_пm_вm_бm_сл=150×1,2×1×0,8×1=144 кгс/см², условие выполняется.

2) по арматуре:

М×n×К_т/W^р_пр.х=164,971×10⁵×21×1,34 / 170739=2718 кгс/см²а/γ_n=2800 кгс/см².

К_т=1+0,67×q_вр/q_п =1+0,67×180/354,69=1,34

Проверяем прочность опорных сечений:

3) по древесине на действие касательных напряжений:

Q_оп×S_пр/(J_пр×b)=24700×54567/(8045221×23)=7,28 кгс/см² < R_ск/γ_n=15 кгс/см².

4) по клеевому шву арматура-древесина:

Q_оп×S ^а_пр× К_т / (J_пр×D_расч)=24700×37285×1,34 / (8045221×19) =8,07 кгс < R_ск/γ_n=15 кгс.

Проверяем прогиб балки:

f = 3,2см < l/300 = 2800/300=9,3 см – условие выполняется

Проверяем возможность размещения стержней по ширине сечения:

m_ст× (d_а+0,5)+( m_ст+1) ×d_a=3× (4+0,5)+(3+1) ×4=29,5 см > b=23см.

Поскольку разместить стержни в отдельных пазах невозможно, принимаем групповое армирование.

Общая масса балки покрытия:

М = М_др+М_арм =650×0,23×34×(1,39+0,7)/2+9,8×34×3= 6,311 т.

6. Расчет досчато-клееной колонны однопролетного здания

Исходные данные

Здание прирельсового склада производственного назначения, неотапливаемое. Здание по степени ответственности II класса. Здание строится в г. Красноярск (III снеговой район, III ветровой район) в открытой местности. Пролет здания 28м, шаг колонн 5м, длина здания 70м. Высота до низа несущих конструкций покрытия 8,4м.

Покрытие здания из профилированных листов по прогонам консольно-балочного типа и по армированной дощато-клееной двускатной балке.

Колонны проектируем из древесины 3-го сорта. Порода древесины – лиственница.

Рис. 5. Поперечный разрез здания (расчетная схема рамы).

Предварительный подбор сечения колонн

Предельная гибкость для колонн равна 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда при λ = 100 и распорках, располагаемых по верху колонн,

λ_X= 2,2×H/r_X = 2,2×H/(0,289·h_k) ;

h_k = 2,2×H/(0,289×100) = H/13;

λ_Y = H/r_Y = H/(0,289×b_k) ;

b_k = H/(0,289×100) = H/29;

При высоте здания Н = 8,4 м получим

h_k = H/13 = 8,4/13 = 0.65 м;

b_k = H/29 = 8,4/29 = 0,29 м;

Принимаем, что для изготовления колонн используют доски толщиной 40 мм. Расчетная ширина досок b_р=290мм > b_max=225мм. Поэтому предусматриваем склеивание досок шириной b=120мм и b=170мм (с учетом острожки) с расположение стыков кромок досок по высоте.

После фрезерования (острожки) толщина досок составит 40—7 = 33 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет h = 20·33 = 660 мм; b_k = 290 мм.

Определение нагрузок на колонну

Расчетная схема рамы приведена на рис. 3. Определим действующие на колонну расчетные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Подсчет нагрузок горизонтальной проекции дан в табл. 3.

Таблица 2. Подсчет нагрузок на однопролетную раму