Введение

Современные темпы развития промышленного и гражданского строительства требуют широкого применения различных конструкционных материалов. Одним из путей улучшения структуры применяемых материалов, а также снижения металлоемкости строительства является внедрение конструкций из дерева и пластмасс. Деревянные конструкции, особенно заводского изготовления, в основном отвечают требованиям надежности и долговечности в условиях агрессивных химических воздействий и повышенной сейсмичности.

Наиболее рациональными областями применения деревянных конструкций являются здания, в атмосфере которых присутствуют слабоагрессивные газы, пыль или аэрозоли. В промышленности это предприятия по производству минеральных удобрений, электролитные цехи цветной металлургии, здания нефтяного и целлюлозно-бумажного производства. В сельском хозяйстве — это животноводческие помещения (коровники, свинарники, птичники), а также склады минеральных удобрений. Деревянные конструкции эффективны в условиях рассредоточенного строительства, так как для их перевозки и монтажа не требуются механизмы и машины повышенной грузоподъемности. В зданиях общественного значения ¾ спорт- и кинозалы, выставочные павильоны, крытые рынки при больших пролетах эффективно применение клееной древесины, где малый собственный вес конструкций играет важную роль. Интерьер таких зданий получается более выразительным.

Цель проекта — закрепить теоретические знания студентов, дать необходимые навыки проектирования зданий с несущими и ограждающими конструкциями на основе древесины, научить самостоятельной работе с технической и учебной литературой по данному предмету [5].

1. Компоновка конструктивных элементов

Разработка курсового проекта начинается с компоновочных работ, включающих в себя:

– план здания с разбивкой сетки колонн (схематический продольный и поперечный разрезы здания с указанием основных размеров);

– определение размеров ригеля;

– схемы связей (С1, С2, С3);

– схему торцевого фахверка.

Для бескрановых зданий разбивочные оси колонн совмещают с их геометрическими осями.

Каркас здания представляет собой сложную пространственную конструкцию. Её обычно расчленяют на следующие элементы:

а) основные несущие конструкции (ферма, с непосредственным опиранием на фундамент);

б) ограждающие конструкции покрытия (щиты из досок по прогонам);

в) стеновое ограждение (утепленные стеновые панели с фанерными обшивками);

г) горизонтальные и вертикальные связи.

Каркас здания должен обеспечивать передачу действующих горизонтальных и вертикальных нагрузок на фундаменты по кратчайшему пути. Здание, выполненное только из одних плоских несущих конструкций, является геометрически изменяемым. Для обеспечения пространственной жёсткости здания конструкции соединяются при помощи горизонтальных и вертикальных связей. Кроме того связи служат для обеспечения устойчивости сжатых элементов конструкции, а также для восприятия и передачи горизонтальных нагрузок, например, от ветра на торцы здания обеспечивают устойчивость конструкций во время монтажа.

Вертикальные связи плоскости стоек установлены по торцам здания через 24 м по длине. Оголовки колонн соединяются между собой обвязкой. Эти связи предотвращают возможное смещение оголовка колонн.

Горизонтальные связи покрытия установлены в плоскости верхних сжатых поясов фермы, у торцов здания через 24 метров по длине. Они обеспечивают устойчивость сжатого пояса конструкции. Шаг несущей конструкции 6 м, следовательно, связи имеют вид раскосных ферм. Раскосные связи выполняются из брусьев.

Торцевой фахверк является несущим элементом торцевой стены здания. Он воспринимает вертикальную нагрузку от собственной массы ограждающей конструкции торцевой стены и горизонтальную ветровую. Торцевой фахверк выполняется из системы стоек, ригелей (распорок) и крестовых связей. Стойки фахверка выполнены из брусьев (высотой 6м). Схема расстановки связей представлена в приложении. Крепление элементов связей осуществляется при помощи болтов или гвоздей[5].

2. ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

Ограждающие конструкции предназначены для отделения внутренних помещений здания от внешней среды, в зависимости от назначения здания. Ограждения выполняются утеплёнными, построечного изготовления. При построечном изготовлении покрытия устраивают из отдельных элементов: прогонов, настила. Выбор состава кровли производится по [3].

2.1 Настилы

Двойной перекрёстный настил состоит из двух слоёв досок. Верхний – защитный (сплошной) слой досок толщиной 22 мм и шириной 100 мм крепят к рабочему настилу гвоздями. Рабочий настил делают разряжённым. Расстояние между досками для лучшего проветривания должно быть не менее 20 мм и принимается 20мм. Доски рабочего настила приняты 22 мм согласно расчёту.

Деревянные настилы и обрешетки рассчитывают на поперечный изгиб по схеме двухпролетной балки на два сочетания нагрузок:

а) на действие равномерно распределенной нагрузки от собственного веса и снега проверяют на прочность и прогиб;

б) на действие равномерно распределенной нагрузки от собственного веса покрытия и сосредоточенного груза в одном пролете Р=1,2 кН проверяют только на прочность (таблица 1).

Таблица 1 – Величины нагрузок на настил

Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кН/м2
Постоянная нагрузка
Вес рубероидной трехслойной кровли	0,18	1,3	0,23
Вес цементно-песчаной стяжки (δ=0,02мм, γ =2000кг/м )	0,4	1,3	0,52
Вес утеплителя (мин. плита): (δ=0,18мм)	0,32	1,3	0,42
Вес пароизоляции	0,02	1,2	0,024
Вес настила	0,22	1,1	0,242
Итого	1,14	–	1,436
Временная нагрузка
Снеговая нагрузка (для III снегового района)1	1,29	1,4	1,8
Полная	2,43	–	3,23

Настил одиночный из досок древесины сосны II сорта влажностью до 12% по располагаем по прогонам, которые поставлены по скату крыши шагом 1,5м.

Уклон кровли i=0,1, tg α=0,1 α =5,71 ⁰ cos α = 0,995, sin α =0,099.

Нормативная нагрузка на 1 погонный метр:

cos α , (1)

где qⁿ – нормативная нагрузка от постоянных нагрузок от покрытия, кН/м²;

sⁿ – нормативная нагрузка от временных нагрузок, кН/м²;

α – угол уклона кровли . ( 1,14 + 1,29·0,995 )·0,995 = 2,41 кН/м.

Расчетная нагрузка на 1 погонный метр:

q_x = (g + s cos α) cos α, (2)

где q – расчетная нагрузка от постоянных нагрузок от покрытия, кН/м²;

s – расчетная нагрузка от временных нагрузок, кН/м².

q_x = ( 1,436 + 1,8·0,995 )·0,995 = 3,21 кН/м.

Первое сочетание — максимальный изгибающий момент М₁ возникает над средней опорой и определяется выражением:

М₁ , (3)

где l — расстояние между прогонами.

М₁ = =0,903кН·м.

Определяем требуемый момент сопротивления W₁ досок рабочего настила по п.4.9 формуле (17) [1]:

W₁ , (4)

где R_и = 13 МПа — расчетное сопротивление древесины (сосна II-го сорта) изгибу, по таблице 3 [1]; - коэффициент надежности здания по назначению.

см³.

Требуемая толщина досок настила, при ширине b = 100 см:

Согласно сортаменту назначаем b·h=100·22мм. Момент сопротивления 1 доски настила:

=8,2см³

Тогда В= =83,05см

Определяем шаг расстановки досок по формуле 6:

(5)

Относительный прогиб настила:

, (6)

где I = — момент инерции сечения доски рабочего настила;

I= 73,69 см⁴,

Е =10³ кН/см² — модуль упругости древесины.

- предельный прогиб настила по табл. 16 [1].

Второе сочетание нагрузок — максимальный изгибающий момент М возникает на расстоянии 0,43l от крайней опоры и определяется:

М₂ = 0,07g_xl² + 0,207Р_xl, (7)

где g_x = g·cos α = 1,436·0,995 = 1,43 кН/м – нормальная составляющая постоянной нагрузки;

Р_x = 1,2 кН – монтажная нагрузка:

Р_х = 2·Р cos α = 2·1,2·0,995 = 2,39кН,

М₂ = 0,07·1,43·1,5² + 0,207·2,39·1,5 = 0,97кН·м.

Проверка прочности рабочего настила определяется по п.4.9 формуле (17):

, (8)

где W₂ — момент сопротивления принятой толщины досок;

W₂= (9)

где n = 10 – количество досок рабочего настила;

В – общая ширина досок:

В= ,

W₂ = =80,7 см³,

m_н = 1,2 (табл. 6 [1] ) и m_n = 1,0 ( табл. 4 [1] ) — коэффициенты условий работы;

γ_n = 0,95 — коэффициент надежности здания по назначению.

кН/см².

Прочность досок рабочего настила обеспечена.