Введение

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

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

Древесина – относительно легкий и прочный материал, особенно в направлении вдоль ее волокон, где действуют наибольшие усилия от внешних нагрузок. Плотность сухой сосновой и еловой древесины равна всего 500 кг/м³. Это позволяет возводить деревянные конструкции пролетом до 100м и более. Древесина - микропористый материал с хорошими теплоизоляционными и санитарно-гигиеническими свойствами. Это важно для стен и покрытий жилых малоэтажных домов.

Деревянные конструкции имеют также существенные недостатки. При неправильном применении и эксплуатации, в результате длительного увлажнения они разрушаются гниением. Однако современные конструктивные и химические методы защиты от гниения обеспечивают их сохранность при многолетней эксплуатации. Деревянные конструкции являются сгораемыми. Однако современные деревянные конструкции имеют предел огнестойкости выше некоторых других. Они могут быть дополнительно защищены от возгорания специальными покрытиями.

Основным направлением развития конструкций из дерева в нашей стране является разработка, производство и применение новых клеедеревянных конструкций. Благодаря склеиванию должны использоваться пиломатериалы ограниченных размеров, сечений и длин, их сорта должны повышаться путем вырезки участков с пороками, с последующим стыкованием их зубчатыми шипами. Строгий лабораторный и технологический контроль должен обеспечивать высокое качество и надежность этих конструкций.

1 Исходные данные

1. Схема № E

2. Ригель – многоугольная ферма из брусьев;

3. Колонна – клееная армированная стойка;

4. Пролет здания, ℓ=19,6м;

5. Высота до низа стропильной конструкции, Н=9,4 м;

6. Длина здания - 60,5 м;

7. Шаг несущих конструкций, а_н=5,5м;

8. Тепловой режим здания –теплый;

9. Место возведения здания – г. Байконур;

10. Конструкция кровли –светопроницаемая панель покрытия

11. Район по весу снегового покрова – I;

12. Район по давлению ветра – III;

13. Снеговая нагрузка – S₀= 0,5 кПа;

14. Ветровая нагрузка – ω₀ =0,38 кПа;

Рисунок 1.1 – Схема здания

2 Расчет плиты покрытия

Требуется запроектировать и рассчитать светопроницаемую панель покрытия под утепленную рулонную кровлю по многоугольной ферме из брусьев пролетом ℓ=19,6м, установленных с шагом а_н = 5,5 м.

Класс условий эксплуатации –2;

Класс ответственности здания – II;

Район строительства по снегу – I;

Нагрузки на настил вычисляем в табличной форме.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчетная нагрузка
Стеклопластиковая обшивка	0,283	1,2	0,340
Утеплитель	0,113	1,2	0,226
Пароизоляция	0,013	1,2	0,026
Продольные и поперечные ребра	0,168	1,2	0,202
Постоянная нагрузка	Gk = 0,577		Gd =0,794
Снеговая нагрузка	Qk=0,385	1,6	Qd=0,616
Полная нагрузка:	Fk=0,962		Fd=1,410

Таблица 2.1 - Нагрузки на панель

В таблице 2.1:

10^-2 - переходный коэффициент для определения нагрузки в кН от массы элементов в кг;

b = 1,5 м - номинальная ширина панели;

р=500 кг/м³ - плотность древесины пихты для 2-го класса условий эксплуатации принята (таблица 6.2 [1];

n₁ = 3 - количество продольныхребер;

n₂ = 2 - количество поперечных ребер;

ρ_h = 90 кг/м³ - плотность утеплителя;

ρ_с = 1180 кг/м³ - плотность стеклопластика;

m_s = 1,0 кг/м² - масса 1 м² пароизоляции (таблица 2.3 [4]);

Для I снегового района S₀=0,5 кН/м² (табл. 4 [2]).

- коэффициент, учитывающий форму покрытия

f = - высота фермы;принимаем 3,2м

γ_f = 1,6 - коэффициент надежности для снеговой нагрузки (п. 5.7 [2] при соотношении ).

Согласно п. 5.1 [2] нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия Q_k=S_o·μ=0,5·0,77 =0,385 кПа,

Тогда Q_d=Q_k· γ_f =0,385·1,6=0,616 кПа.

Определение усилий в панели

Панель рассчитываем по схеме однопролетной свободно опертой балки.

Определяем расчетный пролет плиты : м.

Максимальный изгибающий момент:

кН∙м = 522кН∙см.

Поперечная сила на опоре:

кН.

Определение приведенных геометрических характеристик сечения

Расчетная ширина обшивки

b_d = 0,9 ∙ b = 0,9 ∙ 149 = 134,1см,

Расстояние между продольными ребрами по осям а= В/3+ =500 мм

= 5440 мм >6·а=6·500=3000 мм

Положение нейтральной оси сечения относительно нижней грани панели:

Приведенный момент инерции относительно нейтральной оси:

Приведенные моменты сопротивления:

см³; см³.

Проверка сечения панели на прочность

Напряжения растяжения в нижней обшивке по формуле :

кН/см² = 3,35МПа < МПа

Запас прочности:

% > 15%.

Проверка сечения панели на жесткость

Определяем относительный прогиб панели от нормативной нагрузки по формуле :

,

где F_k = 0,962 кН/м = 0,00962 кН/см - полная нормативная нагрузка (таблица. 2.1);

- предельный относительный прогиб для L = 5,44 м (таблица 19 [3]).

Запас жесткости:

% > 15%.

Поскольку наименьший запас прочности (из всех расчетных условий) превышает 15 %, сечение панели следовало бы изменить. Однако, тол­щина продольных и поперечных ребер, а также толщины фанерных об­шивок приняты минимально допустимыми, а высоту ребер нельзя уменьшать исходя из обеспечения вентилируемой воздушной прослойки, поэтому принятое сечение оставляем без изменения.