1125

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В.Г. Миронов

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям по дисциплине «Специальные вопросы

проектирования и расчета деревянных конструкций» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 624.011.1; 674.028.9

Миронов В.Г. Специальные вопросы проектирования и расчета деревянных конструкций. Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям по дисциплине «Специальные вопросы проектирования и расчета деревянных конструкций» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / В.Г. Миронов; Нижегор. гос. архитектур. -

строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 11 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены рекомендации по изучению курса лекций по дисциплине «Специальные вопросы проектирования и расчета деревянных конструкций». Строение древесины. Особенности проектирования соединений, балок, колонн, стропильных ферм, как элементов зданий и сооружений.

Приведены основные особенности изучения лекций, изложены основные положения по освоению студентами тем первой части курса: основные особенности формирования знаний, умений и владений данным предметом; выбор породы на основе свойств древесины; основные положения проектирования и расчетов по первой и второй группам предельных состояний балок, колонн и ферм, а также соединений в деревянных конструкциях.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным занятиям по учебной дисциплине Б.3.35 «Специальные вопросы проектирования и расчета деревянных конструкций» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство.

4

7-ой семестр – лекций 17 часов; лабораторных занятий 34 часа; зачет по теоретическому курсу; таким образом, всего 51 час аудиторных занятий или 3 часа в неделю 17 недель; 8-й семестр – лекций – 8 часов; практических занятий – 16 часов; экзамен; таким образом, 24 часа аудиторных занятий в семестр или 3 часа в неделю 8 недель.

Самостоятельных занятий – 50 часов.

1. Рекомендации обучающимся по подготовке к лекциям

Цель курса – формирование у обучающихся определенного состава компетенций, которые базируются на характеристиках будущей профессиональной деятельности: приобретение будущими бакалаврами твердых теоретических знаний и практических навыков по вопросам расчета и проектирования индустриальных клееных деревянных конструкций (КДК).

Методы изучения материала - активная работа на лекциях и практических занятиях, самостоятельная работа студентов с литературными источниками, выполнение рас- четно-графической работы.

Основные виды учебных занятий - лекции, практические занятия, расчетнографическая работа, зачет, экзамен.

Учебные задачи - ознакомление студентов с методами расчета и проектирования как отдельных элементов из клееной древесины и их соединений, так целых систем каркаса зданий и сооружений. Получение навыков конструирования простых и сложных узловых соединений, их расчета на основе понимания работы каждого из элементов узлового соединения.

Лекции – форма учебного занятия, цель которого состоит в рассмотрении теоретических вопросов излагаемой дисциплины в логически выдержанной форме. Важно понять, что лекция не является копией учебника, а скорее – обобщением многочисленной литературы, авторской разработкой, которая отражает опыт преподавателя его представления о том, что студент должен знать.

Правильно законспектированный лекционный материал позволяет студенту создать устойчивый фундамент для самостоятельной подготовки, дает возможность получить и закрепить полезную информацию. Именно на лекции создаются основы для эффективной и плодотворной работы с информацией, которая нужна студенту как в профессиональной, так и в повседневной жизни.

Восприятие лекционного материала и его запись – это процесс постоянного сосредоточенного внимания, направленного на понимание рассуждений лектора, обдумывание полученных сведений, их оценку и сжатое изложение на бумаге в удобной для восприятия форме. То есть, самостоятельная работа студента на лекции заключается в осмыслении новой информации и ее краткой рациональной записи. Правильно записанная лекция позволяет глубже усвоить материал, успешно подготовиться к практическим занятиям, зачетам и экзаменам.

Для выполнения студентом сразу двух видов работы, то есть осмысленного прослушивания лекционного материала и его правильной записи нужно сосредоточиться на содержании излагаемого материала и овладеть навыком быстрого письма. Процесс конспектирования лекции можно ускорить с помощью некоторых приемов.

Во-первых, слушая лекцию, нужно из всего получаемого материала выбирать и записывать самое главное. Следует знать, что главные положения лекции преподаватель обычно выделяет интонацией или повторяет несколько раз. Именно поэтому предварительная подготовка к лекции позволит студенту уловить тот момент, когда следует пе-

5

рейти к конспектированию, а когда можно просто внимательно слушать лекцию. В связи с этим нелишне перед началом сессии еще раз бегло просмотреть учебную литературу по изучаемому предмету. Это станет первичным знакомством с тем материалом, который прозвучит на лекции, а также создаст необходимый психологический настрой.

Во-вторых, чтобы правильно и быстро конспектировать лекцию важно учитывать, что способы подачи лекционного материала могут быть разными. Преподаватель может диктовать материал, рассказывать его, не давая ничего под запись, либо проводить занятие в форме диалога со студентами. Чаще всего можно наблюдать соединение двух или трех вышеназванных способов.

Так или иначе, независимо от способа прочтения лекции студенту важно найти баланс между активным слушанием и конспектированием. Практика показывает, что удачное решение этой проблемы позволяет студенту длительное время хранить в памяти сведения, полученные им на лекции.

В-третьих, эффективность конспектирования зависит от умения владеть правильной методикой записи лекции. Конечно, способы конспектирования у каждого человека индивидуальны. Однако существуют некоторые наиболее употребляемые и целесообразные способы записи лекционного материала.

1.Запись лекции можно вести в виде тезисов – коротких, простых предложений, фиксирующих только основное содержание материала. Количество и краткость тезисов может определяться как преподавателем, так и студентом. Естественно, что такая запись лекции требует впоследствии обращения к дополнительной литературе.

2.Кроме тезисов важно записывать примеры, доказательства, даты и цифры, имена. Значительно облегчают понимание лекции те схемы и графики, которые вычерчивает на доске преподаватель. По мере возможности студенты должны переносить их в тетрадь рядом с тем текстом, к которому эти схемы и графики относятся. Следует помнить, что яркий запоминающийся пример является добавочным элементом к основному материалу лекции и не может его полностью заменить.

3.Конспект лекции целесообразно дополнить собственными мыслями, суждениями, вопросами, возникающими в ходе прослушивания содержания лекции. Те вопросы, которые возникают у студента при конспектировании лекции, не всегда следует задавать сразу при их возникновении, чтобы не нарушить ход рассуждений преподавателя. Студент может попытаться ответить на них сам в процессе подготовки к практическим занятиям либо обсудить их с преподавателем на консультации.

4.При составлении конспектов важно выработать индивидуальную систему записи материала, научиться рационально сокращать слова и отдельные словосочетания.

Качественно записанные лекции оказывают существенную помощь в овладении материалом, однако студентам для получения всесторонних и глубоких знаний обязательно требуется изучить рекомендованную учебную и научную литературу по предмету.

В целом, состояние конспекта лекции позволяет преподавателю оценить уровень информированности студента. Важно помнить, что преподаватель может проверить, как записана лекция, а также требовать использовать ее при подготовке к практическим занятиям, зачету и экзамену. Таким образом, правильно составленный конспект лекции это демонстрация компетентности и интеллектуальной зрелости студента.

По дисциплине «Специальные вопросы проектирования и расчета деревянных конструкций» тематический план лекций представлен ниже.

6

Исходя из выделенного объема лекционных часов и часов лабораторных занятий в учеб- но-методическом пособии изложены для студентов основные особенности изучения курса и ре-

комендации по освоению следующих разделов курса:

Таблица 1

Тема 1. Особенности строения древесины хвойных пород и их влияние на механические характеристики

При освоении данной темы студенту следует овладеть основными понятиями о строении и свойствах древесины как строительного конструкционного материала. Понять, что такое труб- чато-волокнисто-слоистое строение, какие свойства приносит оно в древесину и как влияет на ее работу под нагрузками. Какие микро- и макродефекты имеются в древесине хвойных пород и как они влияют на прочностные и деформативные свойства древесины, какая влага в древесине имеет место и как ее количество влияет на физические и механические свойства древесины. Важно приобрести знания о наличии у древесины реологических свойств и их влиянии на свойства материала (а, значит, и конструкций). Понять наличие и сущность целого ряда факторов, влияющих на свойства древесины в конструкциях – значит понять многие требования Строительных правил, касающихся проектирования и эксплуатации деревянных конструкций, а , значит, и смысл многих коэффициентов, использующихся в нормативных документах.

Глубокое знание строения и свойств древесины – залог понимания образования ее расчетных и нормативных сопротивлений, принятых в Нормах и Строительных правилах[1 и 2].

7

Тема 2. Прямые и обратные задачи при конструировании деревянных элементов и соединений методом предельных состояний

Методы подбора сечений и проверки существующих конструкций по первой и второй группе предельных состояний. Эмпирические коэффициенты, учитывающие особенности упру- го-вязко-пластичной работы древесины, и коэффициенты условий работы элемента в реальных условиях назначаются по правилам, обозначенным в [СП 64… ].

При освоении данной темы студенту важно понять, что в основу расчетов стальных конструкций по предельным состояниям положен принцип обеспечения заданных условий эксплуатации. Метод расчета по предельным состояниям (МПС) введен в Советском Союзе с 01.01.1955 г. и постоянно совершенствуется.

При изучении данной темы студенту полезно ознакомиться с историей вопроса, так как до 01.01.1955 г. в нашей стране и за рубежом действовал метод допускаемых напряжений (МДН) с 1826 г. Кроме того, при изучении дисциплины «Сопротивление материалов» еще часто используют терминологию метода допускаемых напряжений.

Для лучшего освоения МПС студенту рекомендуется ознакомиться с ГОСТ 54257-2010, который с 11.12.2014 г. переформатирован в ГОСТ 27751 – ( действовал с 1988 г.) , а сейчас называется как ГОСТ 27751-2014. В новом ГОСТ 27751 обозначены все основные нормативы для расчетов по предельным состояниям. При этом одними из нормативных положений обозначены

нормативные и расчетные нагрузки и воздействия, подробно изложенные в [4].

Таким образом, основные вопросы, которые студент должен освоить по основным положениям расчета строительных конструкций по предельным состояниям, следующие:

1)история развития деревянных конструкций [см. 4];

2)классификация всех нагрузок по видам [4]: постоянные нагрузки, временные; технологические, атмосферные, монтажные, аварийные;

3)классификация воздействий на здания и сооружения: температурные, сейсмические, взрывные;

4)классификация нагрузок и воздействий по скорости приложения: статические и ди-

намические;

5)по продолжительности действия нагрузок и воздействий на конструкции: постоянные, временные длительные, временные кратковременные, временные особые;

6)по численному значению нагрузок в расчетах по первому и второму предельным

состояниям;

7)ознакомиться и различать основанные термины предельных состояний: несущая способность, нормальная эксплуатация, долговечность, ситуации (установившаяся, переходная, аварийная); надежность, особое предельное состояние.

Кроме того, студент, создавая из фактических конструктивных схем каркаса здания расчетные схемы, должен обеспечить в последних условия работы, близкие к действительным.

Тема 3. Способы повышения несущей способности элементов конструкций из древесины при их расчете и конструировании

В этой части курса студент должен освоить знания и умения разрабатывать способы усиления тех частей элемента, которые не проходят проверку на прочность или устойчивость. Применение древесины повышенного сорта или другой породы с целью повышения прочности элементов, использование материалов на основе древесины, слоистых материалов. Армирование деревянных конструкций с целью повышения их прочности и жесткости.

8

Тема 4. Понятие устойчивости плоской формы изгиба и обеспечение таковой в большепролетных балочных конструкциях и распорных системах. Проектирование ребристых сводов.

При проектировании большепролетных конструкций, испытывающих одновременное воздействия сжатия и изгиба, например арочные конструкции, требуется на основе стандартных расчетов уметь правильно и грамотно использовать пространственное подкрепление их сжатой и растянутой кромок. Для этого необходимо досконально понимать, что такое расчетная длина сжатой кромки и что происходит при слишком редкой расстановке поперечных связей между арками.

Тема 5. Особенности расчета и конструирования стропильных систем из пиломатериалов в современном строительстве

Особое место в строительных конструкциях занимают конструкции из тонких пиломатериалов – досок. Обладая такими преимуществами, как относительная простота качественной сушки, легкость и хорошая транспортабельность, они существенно уступают массивным конструкциям в смысле сопротивления возгораемости, то есть огнестойкости.

Студентам важно знать области применения конструкций из досок, например в качестве стропильных систем, потому что с точки зрения экономичности и технологичности такие конструкции как конструкции на металлических зубчатых пластинах (МЗП) намного опережают конструкции построечного изготовления.

В этом разделе рассказывается о технологической последовательности проектирования, расчета и сборки конструкций на МЗП. Интересен как мировой, так и отечественный метод производства и применения конструкций из досок на МЗП.

Темы занятий в 7м и 8м семестрах:

7ой семестр - 17 часов лекций + 34 часа лабораторных занятий; 8ой семестр - 8 часов лекций + 16 часов практических занятий

7ой семестр. Лекционные занятия.

1.Введение. Реология и сопротивление древесины механическим нагрузкам. Виды сопротивлений.

2.Особенности расчета ДК по предельным состояниям. Отражение в нормах.

3.Особенности проектирования растянутых элементов ДК ( в том числе ослабления, минимальные размеры сечения, сортность, передача усилий).

4.Предельные состояния центрально-сжатого элемента постоянного сечения. Порядок проверки или подбора сечения. Проверка устойчивости. Конструктивные особенности.

5.Предельные состояния изгибаемого элемента. Расчет при плоском изгибе элементов цельного и составного сечений. Учет податливости связей.

6.Суть и смысл коэффициента устойчивости плоской формы изгиба. Расчет на устойчивость балок постоянного сечения. Оптимизация расстановки вертикальных связей в балочных покрытиях.

7.Особенности расчета балок по второй группе предельных состояний. Учет сдвигов вдоль волокон древесины от касательных напряжений при изгибе балок при определении их погиба. Нормативный подход.

8.Проектирование и расчет растянуто-изогнутых элементов. Примеры таких элементов. Виды напряжений при работе.