Введение

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

Деревянные строительные конструкции являются надежными, легкими и долговечными.

Достоинство древесины как материала конструкций – требуемая прочность при малой массе, достаточная долговечность, относительная простота добывания материала, технологичность изготовления конструкций, малые значения коэффициентов температурного расширения и теплопроводности, стойкость к некоторым химически агрессивным средам.

К основным недостаткам можно отнести низкую огнестойкость, низкую биологическую стойкость, сильную зависимость физико-механических свойств от температурно-влажностных условий и длительности нагрузок, значительную неоднородность.

Данные к проектированию:

1. Схема № б

2. Ригель- треугольная деревометаллическая ферма;

3. Колонна – клееная армированная стойка;

4. Пролет здания, ℓ=20,4 м;

5. Высота до несущей конструкции, Н=5,6 м;

6. Длина здания, 38,5 м;

7. Шаг несущих конструкций, а_н=4,0м;

8. Тепловой режим здания – теплый;

9. Место возведения здания – г. Полоцк;

10. Конструкция кровли – клеефанерная панель покрытия;

Рисунок 1 – Схема здания

1. Расчет ограждающих конструкций покрытия

Конструирование и расчёт клеефанерной панели. Общие сведения

Клеефанерные панели покрытия относятся к облегченным конструкциям индустриального изготовления.

Панели покрытий состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок, соединенных каркасом водостойким клеем в одно целое, и образующих коробчатое сечение. Для обшивок применяют фанеру повышенной водостойкости марки ФСФ по ГОСТ 3916, а для конструкций, не защищенных от увлажнения, - бакелизированную фанеру ФБС по ГОСТ 11539

Целесообразность применения клеефанерных панелей определяется малой массой при высокой несущей способности, что обеспечивается совмещение в фанерной обшивке ограждающих и несущих функций, как поясов панели, так и настила, который воспринимает местную нагрузку.

В качестве утеплителя применяют, как правило, несгораемые и биостойкие теплоизоляционные материалы, например пенопласт или стекломаты. При изготовлении панели на верхнюю обшивку наклеивают один слой гидроизоляционного материала, образующий кровельное покрытие, другие слои кровли приклеивают после монтажа панели.

Продольные и поперечные ребра панелей изготовляют из древесины преимущественно хвойных пород не ниже 2 – го сорта. Пиломатериал должен удовлетворять требованиям ГОСТ 2695, ГОСТ 8486, ГОСТ 9462, ГОСТ 9463, ГОСТ 11047, а также с учетом дополнительных требований, указанных в СНБ 5.05.01-2000.

В зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации влажность древесины составляет 9….15% [I, табл.6.1].

Плотность древесины принимают по приложению [I, табл.6.2].

Наружная и внутренняя обшивка панелей выполняются из строительной и бакелизированной фанеры.

К строительной фанере относится клееная фанера (ГОСТ 3916 – 86) марок ФСФ, ФК сортов не ниже В/ВВ. К бакелизированной фанере относится фанера марок ФБС и ФБСВ.

Внешние слои фанеры называются рубашками, внутренние – серединками. Марку фанеры определяют применяемые смолы (фенолоформальдегидными, карбамидными), сорта фанеры определяют качеством древесины.

Фанера марок ФСФ, ФБС и ФБСВ обладает повышенной водостойкостью.

Фанерные листы могут иметь толщину от 4,0 до 40 мм и размеры: 1250×2500, 1220×2440, 1525×3050, 1525×1525, 1525×1270, 1270×1270, 1525×1475, 1475×1475, 1830×1525, 1830×1475, 1830×1270.

Плотность строительной фанеры следует принимать равной плотности древесины шпонов, а бакелизированной – 1000 кг/м³.

В зависимости от склеиваемых элементов и условий эксплуатации синтетические клеи подразделяются на группы, устанавливаемые в соответствии с таблицей 6.13 СНБ 5.05.01-2000.

Для склеивания древесины и древесины с фанерой, древесноволокнистыми и древесностружечными плитами должны применяться клеи I – IV групп в зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации. Для склеивания фанеры с деревянными ребрами применяют водостойкие и средневодостойкие клеи по таблице В.1 приложения В СНБ 5.05.01-2000 .

Наиболее распространенными водостойкими клеями являются: алкилрезорциновые ФР–100; фенолоформальдегидные КБ–3, ДФК–1АМ, БфЖ-3016, СФХ; феноло-резорциновые ФРФ-50; резорциновые ФР-12.

В защищенных от увлажнения панелях могут быть применены средневодостойкие клеи: карбамидные КФ-5, КФ-Ж, КФ-БЖ и карбамидно-меламиновые КС-В-СК.

Прочность клеевого шва на скалывание должна быть больше прочности древесины на скалывание.

В курсовом проекте при конструировании и расчёте настилов принимаем к рассмотрению фанеру склеиваемую фенольной смолой (далее ФСФ), изготавливаемую из шпона древесины хвойных пород (в качестве древевины принимаем сосну).

Конструирование панели

Конструктивное решение: трехслойная клеефанерная панель покрытия коробчатой формы. Каркас панели – древесина (сосна II сорта); обшивка – плоские листы фанера ФСФ сорта В/ВВ. Каркас панели обшит фанерными листами (2 листа для верхней обшивки и 2 - для нижней обшивки; длина и ширина фанерного листа 2,5х1,25 м). Принимаем для верхней обшивки семислойную березовую фанеру сорта В/ВВ толщиной =8 мм. Для нижней обшивки – пятислойную, толщиной =6 мм.

Ширину панелей по верхней и нижней поверхностям принимаем равной 1250мм, что обеспечивает зазор между панелями 10мм.

В продольном направлении длина панели принимается 5000мм при зазоре между панелями 20мм.

Примечания:

1. длина и ширина панелей принимается исходя из размеров стандартных листов фанеры марки ФСФ, выпускаемой производителем;

2. в целях облегчения труда рабочих и повышения производительности, панели укладыватся по прогонам, опирающимся на верхние пояса многоугольной фермы.

Влажность внутреннего воздуха: 75%

Влажностный режим помещения: влажный (влажность внутреннего воздуха 75% при температуре внутреннего воздуха до 35С) (1, табл. 6.1).

Температурно-влажностные условия эксплуатации конструкций: внутри отапливаемых помещений при температуре до 35С, относительной влажности воздуха 75% (1, табл.6.1)

Расчетные сопротивления семислойной фанеры из древесины лиственницы марки ФСФ сорта В/ВВ (1, табл. 6.11):

f_рс,0,d = 170 кгс/см² – расчетное сопротивление сжатию в плоскости листа.

f_рt,0,d = 90 кгс/см² – расчетное сопротивление растяжению в плоскости листа.

f_рм,0,d = 180 кгс/см² – расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа.

f_рм,90,d = 110 кгс/см² – расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа (поперек волокон наружных слоев).

Е_р =70000 кгс/см² – модуль упругости.

Е_р90 =55000 кгс/см² – модуль упругости, поперек волокон наружных слоев.

Толщину утеплителя конструктивно принимаем равной 100 мм. Также принимаем, что плита покрытия между слоем утеплителя и верхней обшивкой имеет пространство вентилируемое наружным воздухом толщиной 10 мм.

На практике значение толщины утеплителя определяется теплотехническим расчетом. Принятая толщина должна соответствовать не только экономическим условиям, но и санитарно – гигиеническим нормам.

Толщину ребра панели принимаем равным 4 см, ширину доски ребра с учетом острожки равным 14,4 см. Отсюда высота панели 15,8 см.

Поперечные рёбра находятся в местах расположения стыков фанеры. Ребра устраиваются в виде вкладышей, склеенных из обрезков досок, волокна которых направлены вдоль пролёта. При сборе нагрузок принимается, что вес поперечных ребер (вкладышей) составляет 30…35 % от веса продольных ребер, что учтено в данном расчете.

Обоснование принятого решения

При проектировании панели покрытия по согласованию с заказчиком было принято решение конструирование и расчёт клеефанерной панели покрытия производить на весь пролёт l_d =5-0,05=4,95 м (статическая схема плиты – однопролетная шарнирно опертая балка). Это связано с тем, что фирма выполняющая работы по монтажу конструкций (реквизиты: СOOO “Укрбудспецстрой”, г. Одесса, ул.Промышленная, 33, директор - Ющенко В.Д. тел.

8(048) 778-23-34; гл.инженер - Кучма Г.В. тел. 8(048) 778-10-31; гл.бухгалтер – Тимошенко Ю.В. тел. 8(048) 728-93-56) обладает механизмами, способными облегчать условия труда и ускорять процесс монтажа ( новейшие стреловые краны малой грузоподъёмности – управление механизации: начальник – Янукович В.М., тел. 8(048) 779-10-32 ). Кроме того решено, что монтаж данных панелей покрытия будет осуществляться методом “с колёс”, что должно существенно сократить сроки строительства объекта. Также принятие данного решения было обосновано следующим: проектирование однопролётной плиты даёт возможность снизить вес конструкций кровли за счёт не применения дополнительных прогонов – как следствие увеличение сечения деревянных элементов фермы.

Поэтому, по совокупности рассмотренных “за” и “против”, мною – главным проектировщиком и руководящим коллективом фирмы, выполняющей монтаж конструкций, окончательно принимается решение о проектировании и конструировании плиты покрытия на весь пролёт (статическая схема плиты – однопролетная шарнирно опертая балка).

Расчёт верхней обшивки на местный изгиб

Расчетная нагрузка - сосредоточенная монтажная нагрузка Р = 100 кгс (1кН).

Стыки листов вдоль обшивки устраиваются “на ус”. При длине стыка ослабление фанеры стыком учитывается коэффициентом k_p=0,6.

Расстояние а между ребрами определим исходя из расчетного сопротивления фанеры изгибу поперек волокон для настилов при действии монтажной нагрузки.

; =117 см (1.1)

где f_pm,90,d =110 кгс/см² - расчетное сопротивление фанеры изгибу поперек шпона;

k_mod = 1,2 – коэффициент условия работы, учитывающий монтажную нагрузку.

Т.к. продольные ребра (сплошные по длине) ставятся на расстоянии не более 91 см – для верхней обшивки из фанеры лиственницы друг от друга из условия работы верхних обшивок на местный изгиб от сосредоточенной силы, то принимаем шаг продольных ребер а равным 570мм.

Таблица 1.1 - Сбор нагрузок на панель

Наименование	Норматив-ная нагрузка, кгс/м2	Коэффи-циент надёжности по нагрузке	Расчетная нагрузка,кгс/м2
Постоянная нагрузка 1. Волнистый стальной настил 2. Гидроизол кровельный прокладочный в один слой 3. Обшивки из ФСФ(0,008м+0,006м)640кгс/м3 4. Каркас из древесины (поперечные и продольные ребра) (0,132м3500кгс/м30,17) 5.Утеплитель (минераловатные плиты) 50 кг/м30,01м 6.Пароизоляционная плёнка	3,93 1,1 9 14 11,22 5 1	1,05 1,2 1,1 1,1 1,1 1,2 1,1	4,13 1,32 9,9 15,4 12,34 6 1,1
Итого:	Gк =31,4		Gd=35
Временная нагрузка 1. снеговая S	Qк =50	1,6	Qd =80
ВСЕГО:	Fк =81,4		Fd=115

Примечание.1. S=S₀ , [2, формула 5] (1.2)

S₀=50 кгс/м² , [2,табл.4]

=1 , (прилож.3 СНиП 2.01.07-85. “Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия” )

S=50 кгс/м²1=50 кгс/м²

31,4/100=0,31 0,8 = _f = 1,6 [2,п. 5.7]

2.Поперечные рёбра находятся в местах расположения стыков фанеры. Ребра устраиваются в виде вкладышей, склеенных из обрезков досок, волокна которых направлены вдоль пролёта. При сборе нагрузок принимается, что вес поперечных ребер (вкладышей) составляет 30…35 % от веса продольных ребер, что учтено в данном расчете.

3.Волнистый стальной настил укладывается по обрешетке, выполненной из бруса размером 40×30 мм. При сборе нагрузок принимается, что вес обрешетки составляет 20% от веса настила, что также учтено в данной работе.

Определение внутренних усилий

(1.3) ; (1.4)

Нагрузки, действующие на панель без учёта наклона панели:

(1.5) ; (1.6)

Статическая схема плиты – однопролетная шарнирно опертая балка пролетом l_d=5-0,05=4,95 м.

Рисунок 1.1 - Статическая схема плиты

Определение приведённых геометрических характеристик

(1.7) ; (1.8)

При определении приведённых моментов инерции и приведённых моментов сопротивления расчётную ширину обшивок следует принимать равной

при , (1.9)

где b=1250см – полная ширина сечения плиты

l=5,0 м – пролёт плиты

a=57см – расстояние между продольными рёбрами по осям

(1.10)

Приведённая к фанере верхней обшивки площадь сечения панели

, (1.11)

где _ф=0,8см – толщина верхней обшивки

^!_ф=0,6см - толщина нижней обшивки

Е_p=70000кгс/см²- модуль упругости фанеры

Е₀=100000 кгс/см²- модуль упругости древесины

d=4см – толщина ребра панели

с₀=14,4см – высота ребра панели с учётом острожки

n=3 – количество рёбер

Приведённый статический момент сечения относительно нижней плоскости:

(1.12)

Приведённый к фанере верхней обшивки момент инерции:

(1.13)

Проверка нижней обшивки на растяжение при изгибе

, (1.14)

где f_pt,0,d =90кгс/см²

k_p =0,6 – коэф-т учитывающий снижение расчётного сопротивления в стыках фанерной обшивки;

М = 44960кгссм

(1.15)

(1.16)

Проверка клеевых соединений фанеры на скалывание

(1.17)

где f_pv,0,d=6 кгс/см² – расчётное сопротивление скалыванию фанеры вдоль волокон наружных слоёв[1, табл.6.11] ,

V_d =359,25кгс

- статический

момент сдвигаемой части приведённого сечения относительно нейтральной оси

I_d,ef =13194,47см⁴

b_w= 3  4см =12см – расчётная ширина сечения, равная суммарной ширине ребер.

(1.18)

Проверка рёбер на скалывание

(1.19)

где f_v,0,d=16кгс/см² – расчётное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон [1, табл. 6.5].

V_d =359,25кгс

I_d,ef =13194,47см⁴

b_w = 3  4см =12см – расчётная ширина сечения, равная суммарной ширине рёбер.

(1.20)

Поверка прогиба панели

, где - предельный прогиб [2, табл.19] (1.21)

-относительный прогиб.

условие выполняется.

Конструкция стыков панели

При неравномерно приложенной нагрузке может произойти смещение продольных кромок панелей относительно друг друга. Для предотвращения повреждения рулонного ковра продольные кромки стыкуются в четверть и сшиваются саморезами 3.5×120мм (для предотвращения разкола бруса) (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Стык панелей воль ската

Разрыв рулонного ковра может произойти и над стыками панелей в местах их опирания на главные несущие конструкции. Над опорой происходит поворот кромок панелей и раскрытие шва:

, (1.22)

где h_оп =15,8см - высота панели на опоре

 - угол поворота опорной грани панели

(1.23)

Для предупреждения разрыва рулонного ковра опорные стыки панелей необходимо устраивать с компенсаторами в виде отрезков стеклопластиковых волнистых листов толщиной 5мм при волне 50167мм. Отрезки прибиваются гвоздями к опорным вкладышам и сверху покрываются рулонным ковром (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Стык панелей на опоре

Такие компенсаторы создают каналы, необходимые для вентиляции внутреннего пространства покрытия.

Компенсатор, работая в пределах упругости материала, должен допускать перемещения опорных частей панели, связанные с поворотом торцевых кромок панелей и раскрытием швов.

Произведём расчёт компенсатора при a_шв=0,04см .

Перемещение конца компенсатора при изгибе панели:

(1.24)

В этой формуле P r – изгибающий момент в компенсаторе при его деформировании, который выражается через напряжение:

(1.25)

Из этих выражений получим формулу для проверки нормальных напряжений в волнистом компенсаторе:

, (1.26)

где - ширина раскрытия шва

Е_ст =30000кгс/см² – модуль упругости полиэфирного стеклопластика

_ст =0,5см – толщина листа стеклопластика

r =5cм – высота волны

R_ст =150кгс/см² – расчётное сопротивление стеклопластика

(1.27)