3. Компоновочная часть технического проекта
Разработка курсового проекта начинается с компоновочных работ. При этом берут за основу технологическое задание в котором указывается расположение и габариты оборудования или высота здания, число и грузоподъёмность кранов, условия эксплуатации и район строительства.
Назначение здания определяет архитектурные и эксплуатационные требования к нему. Повышенные эстетические требования должны предъявляться к общественным зданиям; для производственных помещений важно максимальное использование габаритов полезного объёма.
В курсовом проекте наряду с индустриальными ДК и ДКК использованы конструкции построечного изготовления. В качестве местного материала возможно применение брёвен и обзольных брусьев, (для ферм с различным очертанием верхнего пояса и решётчатых стоек).
Высота здания, определяемая техническими требованиями, указана в задании. В нашем случае за высоту здания Н принята нижняя отметка ригеля (рис.1). Отметка пола является условной нулевой.
Высотой основных несущих конструкций ригеля hp следует предварительно задаться по схеме, приведённой в табл.1. Так, для балок hp=( 1/8÷1/12)l , для треугольных на врубках и металлодеревянных ферм hp=( 1/4÷1/6)l , для металлодеревянных односкатных, двухскатных, полигональных и сегментных ферм hp=(1/6÷1/7)l.
Рис.1. Схема поперечной рамы однопролётного одноэтажного здания
Ригель опирается через обвязочный брус (hв=150 ÷ 200мм) на основные стоики каркаса, которые, в свою очередь, опирается на фундамент, выступающий над отметкой пола минимум на высоту hф=150 мм.
Размеры сечения стойки в плоскости рамы задаются ориентировочно, в зависимости от её высоты и конструктивного исполнения.
Ширина сплошных клееных или клеефанерных стоек принимается (1/8÷1/12) hс, для решётчатых (1/5÷1/8)hс. Высота стойки hс может быть предварительно определена из выражения:
hс = Н – hв - hф.
Если задана высота помещения, то высота стойки и все остальные размеры будут определяться аналогичным образом. При наличии подвесного потолка по нижним поясам ферм габарит помещения уменьшается на hn = (250÷350) мм.
С учётом сказанного определяется полезная высота здания (мм)
h = Н – hn – а – 100,
где: Н – отметки низа ригеля ( по заданию);
hn – высота подвесного потолка;
а – зазор, учитывающий возможный прогиб конструкции ригеля,
а = (200÷300)мм.
100 – габаритный зазор по технике безопасности, мм.
В зданиях с крановым оборудованием определяет высоту верхней (hв) и нижней (hн) частей колонны. Если не задана отметка головки кранового рельса,
hв= hn.б + Нкр + а + 100 - hδ;
hн= Н - hв - hф ,
где: hn.б – высота подкрановой балки с рельсом, ориентировочно принимается равной (1/8÷1/10)В;
В – шаг стоек; Нкр – высота крана (принимается по стандарту).
Пролёт крана Lкр определяется по формуле:
Lкр= l - 2λ ,
где: l – расстояние между разбивочными осями здания, проходящими по геометрической оси верхней части колонны;
λ - расстояние между разбивочной осью здания и осью подкрановой балки, принимаемое равным 500, 750 или 1000 мм.
Поперечник здания со всеми геометрическими размерами вычерчивается в пояснительной записке. Для рам, арок, пространственных систем, опирающихся непосредственно на фундаменты, компоновка поперечника заключается в конструктивном решении опирания и определении основных геометрических размеров элементов несущих конструкций.
Сопряжение ригелей со стойками однопролётных одноэтажных зданий может быть жёсткими или шарнирным (в действительности – упругоподатливое). Различают двухшарнирные и трехшарнирные рамы. Если рама двухшарнирная, стойки, как правило, защемлены в фундаменте и шарнирно прикреплены к ригелю, если рама трехшарнирная, стойки шарнирно прикреплены к фундаменту и жёстко соединены с ригелем (рис. 2).
Рис. 2. Основные расчётные схемы поперечных несущих конструкций:
а – двухшарнирные рамы; б - трехшарнирные рамы; в - трехшарнирные арки.
Размещение колонн в плане принимают с учётом технологических, конструктивных и экономических соображений. В курсовом проекте шаг основных несущих конструкций задан от 3,5 до 6 м. При проектировании конструкций из цельной древесины их шаг не должен, как правило, превышать 4,5 м ввиду ограниченных размеров поперечного сечения лесоматериалов. Однако для лёгких крыш при небольших снеговых нагрузках возможно применение указанных конструкций для пролётов до 5÷6 м. На плане здания необходимо нанести разбивочную сетку колонн и несущих элементов покрытия и указать общую длину и ширину здания. У торцов здания колонны обычно смещаются на 500 мм. Привязка колонн к цифровым осям должна быть центральной, привязана к буквенным осям может быть нулевой, центральной или по оси подкрановой ветви сквозной стойки. Температурных швов в каркасных деревянных зданиях не делают.
Ограждающую часть покрытия устраивают с прогонами или без прогонов. Прогоны предназначены для восприятия нагрузки от кровли и передачи ее на несущие конструкции. Обычно применяют прогоны консольно-балочные и неразрезные (реже разрезные). При использовании консольно-балочных прогонов шаг несущих конструкций не должен превышать 4,5 м (длина лесоматериала – 6,5 м; стыки расположены два через пролёт). В неразрезных прогонах, спаренных из двух досок на ребро с расположением стыков в разбежку шаг несущих конструкций может быть от 3,5 до 6 м.
В обоих случаях шаг несущих конструкций в пролётах, примыкающих к торцам здания, уменьшают на 20% во избежание их перегрузки. Это должно быть учтено при разбивке сетки колонн.
При беспрогонном решении крыши с использованием несущих клеефанерных или других панелей и щитов их шаг принимается равным шагу несущих конструкций, который является постоянным по всей длине здания.
В качестве ограждающих конструкций, представляющих собой основанием для мягкой или другой кровли, используется двойной настил из досок или клеефанерные панели заводского изготовления. Толщина ограждающих конструкций (кровельных и стеновых) определяется теплотехническим расчётом или типовым решением для данного района. При наличии подвесного потолка кровля устраивается, как правило, холодной. В этом случае в качестве ограждающих конструкций покрытия могут использоваться асбестоцементные волнистые листы как обычного, так и усиленного профиля, укладываемые по обрешётке.
В зависимости от уклона верхнего пояса ригеля или других несущих конструкций при проектировании кровли необходимо придерживаться рекомендуемого минимального уклона для кровельных материалов, указанных в табл. 4 (37).
Конструкции стенового ограждения могут опираться на элементы продольного и торцевого фахверка или примыкать к ним. Для стен каркасных зданий рекомендуется применять готовые стеновые панели.
При выполнении компоновочных работ необходимо согласовывать размеры и расположения элементов относительно друг друга. Например, ширину плит покрытия согласуют с длиной ската в целях устройства свесов кровли на 30-50 см для обеспечения наружного водоотвода. Пример раскладки стеновых панелей и остекления показан на рис. 3.
Таблица 4
Тип кровли |
Минимальный уклон |
Вес на единицу площади, Н |
Рубероидно-пергаминовые кровли: двухслойные трёхслойные четырёхслойные пятислойные
Асбестоцементные плиты и шифер (этернит) Волнистые асбестоцементные плиты (Черепица) Кровельная листовая сталь, δ=(0,38÷0,82)мм
Волнистый стеклопластик, δ=(1,5÷2,5)мм |
1/7 1/14 1/20 1/100, но не более 1/4
1/2 1/3 1/5
1/100 |
60 90 120 150
120-180 140-220 50(при δ=0,5мм)
40(при δ=2 мм) |
Рис. 3. Конструктивная схема поперечника здания
В деревянных каркасных зданиях различают:
связи по покрытию (горизонтальные и вертикальные);
вертикальные связи между стойками.
Связи нужны для обеспечения пространственной неизменяемости и устойчивости сжатых элементов каркаса, восприятия и передачи на фундаменты горизонтальных (ветровых и крановые) воздействий, создания условий пространственной работы каркаса, обеспечение выверки конструкций и условий качественного монтажа.
Элементы связей в покрытиях с деревянными конструкциями бывают двух типов: горизонтальные (скатные) и вертикальные.
Горизонтальные и скатные связи располагают попарно в плоскости верхнего пояса ферм или балок, связывают между собой две рядом стоящие конструкции ригеля. Скатные связи ставят обязательно в торцах здания и по его длине с шагом не более 20÷25 м друг от друга. Их конструируют в виде горизонтальных связевых ферм с треугольной или крестовой решёткой. Поясами их являются верхние пояса или все сечение пролётных несущих конструкций, решёткой – доски, бруски или профильные стальные элементы.
Если ограждающие элементы покрытия образуют в плоскости верхнего пояса строительных конструкций жёсткий в своей плоскости диск, то установка скатных связевых ферм не требуется. К таким элементам ограждения относятся:
двойной настил с перекрёстным расположением досок;
щиты и панели при опирании на прогоны, которые заанкерены в торцах здания в каменные стены.
При действии горизонтальных сил в плоскости нижнего пояса строительных конструкций (от ветра и кранов) горизонтальные связи следует ставить и в плоскости нижнего пояса.
Эти связи, как правило, имеют крестовую решётку и ставятся по периметру наружных стен. В поперечном направлении горизонтальные связевые фермы устанавливаются там же, где и скатные. При наличии подвесного потолка горизонтальные связи не требуются, их функцию выполняет жёсткий диск самого потолка.
Вертикальные (иногда наклонные) связи жёсткости связывают несущие конструкции попарно в продольном направлении и устраиваются в арочных и рамных конструкциях, если не обеспечиваются устойчивость сжатой кромки; в фермах для
обеспечения плоской формы изгиба последних; при наличии горизонтальных усилий, действующих на нижний пояс конструкции; в опорных зонах поперечных связевых ферм.
Вертикальные связи могут быть крестовые и полураскосные, также в виде сплошной диафрагмы. Основным типом продольных вертикальных связей ферм являются жёсткие элементы (доски, бруски), соединяющие попарно вдоль здания соседние несущие конструкции. Связи устанавливают в плоскости стоек или раскосов ферм. Расстояние между этими связями вдоль ригеля должно быть не более 400 радиусов инерции сечения металлического растянутого пояса и не более 200 радиусов деревянного растянутого пояса.
При этом высоту сечения элементов связей принимают из условия расстановки креплений (болты, гвозди) в узлах, а меньший размер принимают по предельной гибкости.
Так как гибкость
то наименьший
размер сечения элемента:
где l0 – расчётная длина элемента, равная расстоянию между узлами;
τ – радиус инерции поперечного сечения.
В плоскости опор несущих конструкций постановка вертикальных связей обязательна, если не предусматривается надёжное крепление ригеля к продольным каменным стенам.
Вертикальные связи между колоннами в плоскости продольных стен предназначены для обеспечения жёсткости каркаса в продольном направлении, а также для раскрепления стоек от потери устойчивости из плоскости рамы. Эти связи устанавливают в первых от торцов здания пролётах и далее через 20÷25 м по длине здания (вместе со скатными связями).
Конструкция связей должна быть увязана с продольными ригелями и вспомогательными стойками продольного фахверка. Связи выполняются в виде подкосов из досок или брусьев и воспринимают только сжимающие усилия при активном давлении ветра на торец здания.
Торцовый фахверк выполняется в виде самостоятельных стоек и распорок. Сечения торцовых стоек назначаются в пределах 1/10 ÷ 1/15 их высоты и зависят от конструктивного оформления (решётчатая, клееная и др.). Основные стойки фахверка торца должны иметь собственный фундамент, а верх стойки должен передавать горизонтальную нагрузку на прогоны, кровельные плиты или горизонтальную ветровую ферму. (В курсовом проекте разрешается подбирать сечения элементов ветровой фермы по предельной гибкости λ≤200).
Расчёт торцевых стоек производят как сжато-изогнутых стержней с шарнирным закреплением концов. Устойчивость их в плоскости торцевой стены обеспечивается постановкой горизонтальных ригелей.
Жёсткость и неизменяемость торцевого фахверка достигается постановкой работающих на сжатие подкосов между торцевыми стойками или металлических крестовых связей. Основные торцевые стойки фахверка необходимо проверить по предельной гибкости λ≤120, а связевые элементы по гибкости λ≤200.