Проектирование балочных конструкций (90

3139

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлических конструкций

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому проекту по дисциплине

«Конструкции городских зданий и сооружений» для студентов очной формы обучения направления 08.03.01 «Строительство»

профиля «Городское строительство»

К.Е. Жидков, А.С. Семенов

Липецк Липецкий государственный технический университет

2016

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлических конструкций

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому проекту по дисциплине

«Конструкции городских зданий и сооружений» для студентов очной формы обучения направления 08.03.01 «Строительство»

профиля «Городское строительство»

К.Е. Жидков, А.С. Семенов

Липецк Липецкий государственный технический университет

2016

2

УДК 624.072.2 (07)

Ж 696

Рецензент - Н.В. Капырин, канд. техн. наук, доцент

Жидков, К.Е.

Ж 696 Проектирование балочных конструкций [Текст]: методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Конструкции городских зданий и сооруже-

ний» для студентов очной формы обучения направления 08.03.01 «Строитель-

ство» профиля «Городское строительство» / К.Е. Жидков, А.С. Семенов – Ли-

пецк: Издательство Липецкого государственного технического университета, 2016. - 28с.

В методических указаниях изложены последовательность, особенности вы-

полнения курсового проекта, правила оформления, основные положения расчета и конструирования балок. Целью курсового проекта является углубленное изучение и закрепление теоретических знаний, полученных при изучении курса «Конструк-

ции городских зданий и сооружений», освоение методики проектирования и рас-

чета основных несущих конструкций из разных материалов, а также приобрете-

ние практических навыков работы с технической и нормативно-справочной лите-

ратурой.

Табл. 2. Ил. 6. Библиогр.: 8 назв.

© ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет», 2016

3

1.СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Входе работы над курсовым проектом студенты проектируют основные не-

сущих и ограждающие конструкций покрытия одноэтажного однопролетного бескранового здания в двух вариантах. Первый вариант – железобетонные кон-

струкции покрытия, второй вариант – деревянные конструкции.

Схема проектируемого здания представлена на рис. 1. В разрезе здание представляет собой однопролетную П-образную раму.

Рис. 1. Схема проектируемого здания Курсовой проект каждый студент выполняет по индивидуальному за-

данию, в котором указаны исходные данные для проектирования: пролет, шаг конструкций, размеры в плане, отметка низа стропильных конструкций, район строительства, данные о типах несущих и ограждающих конструкций.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и 4 листов чертежей формата А2 или А3.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

При проектировании конструкций из дерева и пластмасс учитывают усло-

вия изготовления, эксплуатации, транспортирования и монтажа.

4

При проектировании рекомендуется применять балки и плиты, изготовлен-

ные в заводских условиях. В качестве исключения при отсутствии необходимой материально-технической базы или небольших объемах строительства допуска-

ется применять деревянные брусчатые или бревенчатые конструкции, изготов-

ленные в условиях строительной площадки.

При выборе конструктивной схемы ограждающих и несущих конструкций необходимо стремиться к снижению трудоемкости их изготовления за счет приме-

нения простых однотипных узлов сопряжений, опорных узлов и снижения количе-

ства сборочных марок. Рекомендуемые схемы конструкций приведены в [3, 4].

Ограждающие конструкции покрытия и стен принимают шириной 1 - 1,5 м,

длинной от 3 до 6 м. Для отапливаемых зданий применяются легкие тепло-

изоляционные материалы (пенопласт, минераловатные плиты и др.).

Для повышения долговечности и обеспечения эксплуатационной при-

годности зданий необходимо предусматривать конструктивные меры по защите конструкций от биологических повреждений, возгорания, воздействия агрессив-

ной среды, увлажнения (атмосферного, капиллярного и конденсационного).

Необходимо предусмотреть систематическую просушку древесины кон-

струкций путем создания осушающего температурно-влажностного режима

(естественная и принудительная вентиляция помещения, осушающие продухи,

аэраторы). Деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо провет-

риваемыми, по возможности доступными во всех частях для осмотра, профи-

лактического ремонта, возобновления защитной обработки древесины и др. В

отапливаемых зданиях несущие конструкции следует располагать без пере-

сечения их с ограждающими конструкциями. Не допускается заделка частей де-

ревянных конструкций в каменные стены.

При непосредственном опирании несущих деревянных конструкций на эле-

менты из более теплопроводных материалов (фундаменты, каменные стены,

стальные и железобетонные колонны) следует предусматривать в месте контак-

та гидроизоляционные прокладки.

При эксплуатации конструкций в условиях, где возможно образование кон-

5

денсата, металлические детали должны отделяться от древесины гидро-

изоляционным слоем. Внутренний водоотвод в зданиях с применением дере-

вянных конструкций не допускается.

В ограждающих конструкциях стен и покрытия необходимо обеспечить аэрацию внутреннего пространства между утеплителем и наружной обшивкой

(например, путем устройства вентиляционных продухов, сообщающихся с наружным воздухом). Швы между панелями и плитами должны быть уплотнены герметиками.

При устройстве рулонной или пленочной пароизоляции в плитах и панелях стен, у которых обшивки соединены с каркасом гвоздями или шурупами, паро-

изоляция укладывается сплошным непрерывным слоем между каркасом и обшив-

кой. В ограждающих конструкциях с соединением обшивок с каркасом на клею следует применять окрасочную или обмазочную пароизоляцию.

2.1.Сбор нагрузок

Взависимости от продолжительности действия нагрузки делятся на посто-

янные и временные (длительные, кратковременные, особые). По величине - на нормативные и расчетные. При выполнении курсового проекта учитываются два основных вида нагрузок:

1. Временные атмосферные нагрузки - снеговая и ветровая. Определяются по п. 5 и п. 6 [2] в зависимости от района строительства и профиля сооружения. Дли-

тельная составляющая нагрузки определяется в соответствии с рекомендациями п. 1.7. [2].

2. Постоянные нагрузки - вес конструкций и оборудования. Нормативное значение определяют по проектным значениям геометрических параметров и удельному весу материалов, оборудования, конструкций.

В первом приближении нагрузка от собственного веса проектируемой конструкции определяется по формуле (1):

6

где рнвр , qн – временная и постоянная нормативные нагрузки;

кс.в. – коэффициент собственного веса по таблице 6.1 для балок и 4.1 для ограждающих конструкций [3]; l – пролет.

Расчетная нагрузка определяется по формуле (2):

где γf – коэффициент надежности по нагрузке [2], определяемый в зависимости от типа нагрузки.

2.2. Расчетные и нормативные характеристики материалов деревянных конструкций

Нормативные сопротивления древесины определяются с вероятностью 0,95

по величинам временных сопротивлений (пределов прочности) на основе ре-

зультатов испытаний малых чистых образцов без пороков или испытаний сорт-

ных материалов на образцах натуральных размеров.

Расчетные сопротивления древесины с учетом условий работы определяют по формуле (3):

R Rн mП mВ mТ m Д mСЛ mГН mБ mО mА mН , (3)

m

где R - расчетное сопротивление древесины [1];

Rн - нормативное сопротивление сортной древесины [1]; γm - коэффициент надежности по материалу [1];

mП - переходной коэффициент, зависящий от породы древесины [1];

mВ - коэффициент для различных условий эксплуатации конструкций [1]; mТ = 1 - для конструкций, эксплуатируемых при установившейся температу-

ре воздуха до +35°С, mт = 0,8 при температуре +50°С. Для промежуточных зна-

чений температуры коэффициент принимается по интерполяции;

7

mД = 0,8 – применяется когда напряжения от постоянных и длительных нагрузок, составляют более 80% суммарного напряжения от всех нагрузок;

mН - для конструкций, рассчитываемых с учетом воздействия кратковре-

менных (ветровой, монтажной или гололедной) нагрузок, а также нагрузок от натяжения и обрыва проводов воздушных ЛЭП и сейсмической нагрузки [1];

mБ - для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см [1];

mСЛ - для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов [1];

mГН - для гнутых элементов конструкций [1];

mО = 0,8 - для растянутых и изгибаемых элементов с ослаблением в расчет-

ном сечении;

mа = 0,9 для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением.

Модуль сдвига древесины относительно осей, направленных вдоль и поперек волокон, равен G0.9 = 500 МПа (5000 кгс/см2).

При расчете модуль упругости древесины вдоль волокон Е = 10000 МПа (100000 кгс/см2); поперек волокон Е0.9 = 400 МПа (4000 кгс/см2).

Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях,

направленных вдоль волокон, следует принимать равным γ0.9 = 0,5, а вдоль во-

локон при напряжениях, направленных поперек волокон, γ0.9 = 0,02.

Величины модулей упругости и сдвига строительной фанеры в плоскости листа Еф и Gф и коэффициент Пуассона γф при расчете по второй группе пре-

дельных состояний следует принимать по таблице 11 [1].

2.3. Ограждающие конструкции

Ограждающие конструкции в зависимости от конструктивного решения могут быть одно-, двух- и трехслойными.

Однослойные плиты используются в качестве настила под устройство хо-

8

лодных и теплых кровель. Они укладываются на прогоны, расставленные с ша-

гом 0,5 - 1,5 м. При опирании непосредственно на стропильные конструкции воз-

можно усиление плит продольными и поперечными ребрами жесткости, при этом сечение плит рассматривается как тавровое.

Трехслойные плиты состоят из нижней и верхней обшивки и сплошного или ребристого слоя.

Сплошной слой создается путем вспенивания пенопласта в полости панели или путем приклейки обшивок. В качестве ребристого слоя используют сотовые заполнители из металлической фольги, картона, пластмасс, стеклопластиковые и алюминиевые профили, древесину и т.д.

Обшивки панелей выполняются из алюминиевых сплавов (толщиной

δ = 0,8 - 1,5 мм), защищенной стали (плакированной, оцинкованной и т.п; δ = 0,5-

1,2 мм), асбестоцементных листов (δ = 6 - 10 мм), стеклопластика (δ = 1 - 2,5 мм),

фанеры (толщина для верхней обшивки не менее 8 мм, для нижней - не менее

6 мм), древесно-стружечных плит (δ от 10 мм).

Выбор конструктивного решения плит зависит от уклона стропильных кон-

струкций, назначения здания, температурно-влажностных условий, степени агрессивности среды и т.д.

Соединения элементов ограждающих конструкций между собой осу-

ществляют преимущественно на синтетических клеях (эпоксидных, резорци-

новых и т.д.). Для плит с металлическими обшивками используют клеевин-

товые или клеезаклепочные соединения.

Панели применяют для пролетов 3 - 6 м. Высота назначается в пределах (от

1/40 до 1/25). Ширина панелей принимается в соответствии со стандартными размерами материалов для обшивок согласно требованиям ГОСТ.

Расчет плит осуществляется по двум предельным состояниям:

1) по несущей способности (прочность, устойчивость сжатых обшивок,

прочность соединений);

2)по деформативности (прогиб).

Взависимости от типа панелей [3, 4] расчет имеет свои особенности. Поря-

9

док расчета (на примере клеефанерной плиты) следующий:

1. Определение геометрических характеристик панели.

Приводим исходное сечение плиты к двутавровому (в некоторых случаях к тавровому). Схема расчетного сечения плиты представлена на рис. 2.

Толщина стенки расчетного сечения будет равна сумме толщин продольных ребер панели.

Рис. 2. Схема расчетного сечения плиты

При определении приведенных геометрических характеристик расчетную ширину фанерных полок bрасч принимают равной:

-0,9 b при l > 6а;

-0,15 l ∙ b / а при l < 6а,

где l – пролет панели (длина), b – ширина панели, а – расстояние между попереч-

ными ребрами.

При несимметричном сечении с разными значениями толщины и ширины верхней и нижней обшивок находим положение центра тяжести сечения Yн

(рис. 2):