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 – это единственный легкодоступный самовосполняющийся строительный материал. Огромные площади нашей страны покрыты лесами особенно ценных хвойных пород. Однако использование этих лесных богатств развивалось долгие годы по неправильному пути. В наиболее доступных районах леса вырубались в обьемах, намного превышающих их естественный прирост, без принятия мер по их восстановлению. При этом много срубленного леса не вывозилось и сгнивало на месте. Это привело к истощению лесных запасов в большинстве областей нашей страны.

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. Несущая конструкция – многоугольная ферма из брусьев;

3. Колонна – клееная армированная стойка;

4. Пролет здания, ℓ=18,6м;

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

6. Длина здания - 55 м;

7. Шаг несущих конструкций, а_н=5м;

8. Тепловой режим здания – холодный;

9. Место возведения здания – г. Барнаул;

10. Конструкция кровли –трехслойная панель с металлическими обшивками;

11. Район по весу снегового покрова – I;

12. Район по давлению ветра – IV;

13. Снеговая нагрузка – S₀= 0,8 кПа;

14. Ветровая нагрузка – ω₀ =0,48 кПа;

Рисунок 1.1 – Схема здания

2. Расчет и конструирование ограждающих конструкций покрытия

2.1. Расчет настила

Запроектируем и рассчитаем сплошную трехслойную плиту, состоящую из двух металлических листов, между которыми расположен утеплитель. Плита длиной L=3,63м и шириной b=1м опирается на прогоны покрытия.

1 – металлические обшивки;

2 – пенополиуретан

Рисунок 2.1 – Трехслойная панель с металлическими профилированными обшивками

Таблица 1.1 - Нормативная и расчётная нагрузка на 1м² покрытия.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка	Коэффициент нагрузки	Расчётная нагрузка
Металлические обшивки	0,32	1,05	0,6
Пенополиуретан 60x80мм	0,096	1,3	0,1248
ИТОГО:	Gk = 0,416		Gd =0,725

Для 2 снегового района S₀=0,7кН/м² (табл.4[2]). Следовательно:

Q_k= S₀·µ₁ =0,7·1=0,7кПа,

где µ₁=1 – коэффициент, учитывающий форму покрытия (прил.3,схема 1[2]).

При G_k / S₀=0,416/0,5=0,83>0,8 коэффициент надежности для снеговой нагрузки =1,4 согласно п.5.7[2].

Тогда Q_d= Q_k· =0,5·1,4=0,7кПа.

Статическая схема плиты – однопролетная шарнирная балка пролетом

ℓ=L-0,05=3,63-0,05=3,58м.

Расчетные максимальные усилия в плите – изгибающий момент и поперечная сила:

Принимаем для обшивок алюминиевые листы со следующими параметрами: толщина t=1мм; расчетное сопротивление алюминия f=125МПа; модуль упругости Е=71000МПа; коэффициент линейного расширения k_α=23·10⁶ .

Принимаем для среднего слоя пенополиуретан плотностью 60кг/м³; расчетным сопротивлением скалыванию f_v=0,025МПа и модулем сдвига E_v=7МПа.

Требуемую высоту сечения плиты определяем из условия сопротивления утеплителя скалыванию:

h = , принимаем высоту панели h=120мм.

Геометрические характеристики сечения плиты:

Момент инерции ,

Момент сопротивления ,

Статический момент .

Проверка растягивающих и сжимающих напряжений в обшивке при изгибе:

.

Проверка скалывающих напряжений в среднем слое:

.

Проверка прогиба плиты:

- коэффициент сдвиговой податливости.

Прогиб от нормативной нагрузки:

, условие выполняется.