Добавил:
kane4na@yandex.ru Полоцкий Государственный Университет (ПГУ), город Новополоцк. Что бы не забивать память на компьютере, все файлы буду скидывать сюда. Надеюсь эти файлы помогут вам для сдачи тестов и экзаменов. Учение – свет. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

КП Деревянный каркас одноэтажного производственного здания с4-12

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
06.04.2024
Размер:
489.65 Кб
Скачать

1. Конструирование и расчет панели покрытия.

1.1 Исходные данные

1.

Место строительства:

Докшицы

2.

Класс условий эксплуатации:

2

3.

Пролет здания, м:

16

4.

Шаг несущих конструкций, мм:

4100

5.

Длина здания:

10В

6.

Тип несущих конструкций:

Балка с плоской тонкой стенкой,колонна дощатоклееная

7.

Высота здания (колонны),м:

6

8.

Тип ограждающих конструкций:

Плита с нижней обшивкой

9.

Материал обшивки плит:

Фанера F50/25 E70/25

10.

Материал утеплителя:

Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта 90мм

11.

Материал кровли:

Лист стальной оцинкованный

12.

Порода и класс прочностидревесины:

Сосна, С27

 

1.2 Компоновка рабочего сечения панели

 

 

Ширину панели принимаем bпан = 1450 мм.

 

 

Толщину нижней обшивки принимаем равной hf.t = 8 мм.

 

 

Для дощатого каркаса применены черновые заготовки из пиломатериалов сечением

bw hw

= 44 150 мм.

Высота продольных ребер после острожки составит hw = hw 5.5 = 150 5.5 = 144.5 мм.

 

Расчетный пролет равен

ld = 0.99 (B 20) = 0.99 (4100 20) = 4039.2 мм.

 

 

Полная высота панели h

= hw + hf.t = 144.5 + 8 = 152.5 мм.

 

 

Каркас панелисостоит из продольных ребер (см. рис. 1.1). Шаг ребер принимаем

a = 462

мм,что

меньше 500мм.

 

 

 

Для придания каркасу жеткости продольные ребра соединены на клею с поперечными, которые расположены с шагом 950мм (по конструктивным требованиям не более 1500мм).

Рис. 1.1 - Клеефанерная плита с нижней обшивкой

1.3 Определение нагрузок на плиту покрытия

На плиту покрытия действуют нагрузки: -постоянные: кровля, собственный вес панели;

-временные: снеговая.

4

Нормативная нагрузка на 1м2 от: -кровли, определяется по табл. 1.1 [1];

-каркаса, плотность древесины согласно табл. 6.2 [2] ρw.k = 370 кг/м3

 

Vк ρw.k

102

0.13 370 102

кН

 

gк3 =

 

 

=

 

= 0.081

м2

 

 

 

 

(B 20) bпан 106

(4100 20) 1450 106

 

-обшивки, где плотность обшивки ρf.k = 600 кг/м3

gк5 = ρf.k hf.t 105

= 600 8 105 = 0.048

кН

м2

Таблица 1.1 - Нагрузки, действующие на 1 м2 покрытия

Наименование нагрузки

Нормативная, кПа

Коэффициент

Расчетная нагрузка,

надежности

кПа

Постоянная:

 

 

 

1.

Лист стальной оцинкованный,

0,045

1,35

0,06075

4,5кг/м2

 

 

 

2.

Утеплитель плиты из

 

 

 

полистирольного пенопласта

0,036

1,35

0,0486

(40кг/м3), 90мм

 

 

 

3.

Каркас деревянный (обьем

0,081

1,35

0,109

0,13м3, плотность древесины

 

 

 

370кг/м3)

 

 

 

4.

Пароизоляция 3кг/м2

0,03

1,35

0,0405

5.

Нижняя обшивка (толщиной 8мм)

0,048

1,35

0,0648

 

 

 

Итого постоянная:

0,24

 

0,324

Временная:

 

 

 

Снеговая

1,333

1,5

1,999

 

 

 

 

 

Временная нагрузка на 1 м2 от веса снегового покрова:

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяют по формуле:

 

s = μi Ce Ct sk = 0.8 1.666 = 1.333 кПа

где:

 

μi = 0.8

- коэффициент формы снеговой нагрузки согласно п.5.3 [3];

Ce = 1

- коэффициент окружающей среды, принимаемый в зависимости от условий местности в

 

соответствии с табл. 5.1 [3];

Ct = 1

- температурный коэффициент;

sk

- характеристическое значение снеговой нагрузки на грунт, принимаемое в зависимости от

 

высоты местности над уровнемморя иопределяемоедля заданной (по заданию) местности

 

по формуле:

 

5

 

 

(A − 150)

 

186 − 150

sk

= 1.45 + 0.6

 

= 1.45 + 0.6

 

= 1.666 кПа

 

100

 

100

 

 

Расчетное значение снеговой нагрузки (с учетом коэффициента надежности для временных нагрузок

γq = 1.5 ):

 

qs.d = γq s =

1.5 1.333 = 1.999 кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейно распределенная нагрузка равна:

 

− 3

 

 

 

 

 

 

− 3

 

кН

 

 

 

кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qd = qd1 bпан 10− 3 =

0.324 1450 10− 3 = 0.47

 

 

qk = qk1 bпан 10

=

0.24 1450 10

 

= 0.348

 

 

 

м

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− 3

 

 

 

 

 

 

− 3

 

кН

 

 

 

 

 

кН

 

 

 

 

 

 

 

qs.d = qs.d bпан 10− 3

= 1.999 1450 10− 3 = 2.899

qs.k = s bпан 10

=

1.333 1450 10

 

= 1.933

 

 

м

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нагрузка, действующа на плиту, равна:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- расчетное значение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fd.n

= qd + qs.d cos(α)

= 0.4698 + 2.899 cos(6 deg) = 3.353

 

кН

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

- нормативное значение:

= qk + qs.k cos(α)

 

0.348 + 1.933 cos(6 deg) = 2.27

кН

 

 

 

 

 

fk.n

=

 

 

 

 

 

м

 

 

 

Нормальная составляющая полной нагрузки, действующая на плиту, равна:

fd

= fd.n cos(α)

=

3.353 cos(6 deg) = 3.335

кН

 

м

fk

= fk.n cos(α)

=

2.27 cos(6 deg) = 2.258

 

кН

 

м

 

 

 

fd = 3.335

кН

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ld = 4039.2 мм

 

 

 

 

 

Рис. 1.3 -Расчетная схема плиты

 

Расчетные усилия в сечениях плиты:

 

 

 

 

 

 

 

 

- изгибающий момент:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fd ld2 10− 6

3.335 4039.22 10− 6

 

 

Md =

 

 

 

=

 

 

= 6.801

кНм

 

 

 

8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- поперечная сила:

 

 

fd

− 3

 

− 3

 

 

 

 

ld 10

 

3.335 4039.2 10

 

 

Vd =

 

 

=

 

 

= 6.735

кН

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

6

1.4 Расчетные характеристики материалов.

Определение расчетных сопротивлений материалов плиты

Для фанеры (согласно табл. 6.5 [2]):

- характеристическое значение сопротивления растяжению вдоль волокон:

ff.t.k = 36 МПа

- характеристическое значение сопротивления сжатию вдоль волокон :

ff.c.0.k = 36 МПа

- характеристическое значение сопротивления скалыванию вдоль волокон:

ff.v.k = 9.5 МПа

- характеристическое значение сопротивления изгибу поперек волокон:

ff.m.k = 24 МПа

- модуль упругости, табл. 6.5[2]:

Ef.mean = 5500 МПа

С учетомкоэффициентов kmod

ff.t.d

ff.c.0.d

ff.v.d

ff.m.d

, ksys , γM :

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

=

ff.t.k kmod ksys

 

 

 

= 36 0.8

 

 

= 28.8

МПа

γM

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

= 28.8 МПа

=

ff.c.0.k kmod ksys

 

 

 

 

= 36 0.8

 

γM

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

МПа

= ff.v.k kmod ksys

 

 

 

 

 

= 9.5 0.8

 

 

= 7.6

 

γM

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

МПа

=

ff.m.k kmod ksys

 

 

 

= 24 0.8

 

 

 

= 19.2

γM

 

1

 

Расчетные характеристики древесины:

Для изготовления каркаса плиты применена древесина породы сосна, класс прочности С27 . Расчетные характеристики установлены на основании характеристических значений (табл. 6.2 [2] с учетом корэффициентов kmod , ksys , γM, kh (п.5.6.2 [2)].

Расчетное сопротивление изгибу:

fw.m.d

= fw.m.k kmod ksys

 

kh

=

27 0.8

1.007

 

= 21.762

МПа

γM

 

 

 

 

1

 

Расчетное сопротивление растяжению вдоль волокон:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fw.t.0.d

= fw.t.0.k kmod ksys

 

kh

=

16 0.8

 

1.007

= 12.896

МПа

γM

 

 

1

 

Расчетное сопротивление сжатию вдоль волокон:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fw.c.0.d

= fw.c.0.k kmod ksys

kh

 

=

22 0.8

 

1.007

 

= 17.732

МПа

γM

 

1

 

 

Расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон:

fw.v.d = fw.v.k kmod ksys

kh

= 2.8 0.8

1.007

= 2.257 МПа

γM

 

1

Деформационные характеристики: Ew.mean = 11000

МПа, Gw.mean = 720 МПа.

1.5 Определение геометрических характеристик расчетного сечения плиты

Рис. 1.4 - Геометрические характеристики сечения

Определим геометрические характеристики сечения, приведенные к фанере. Коэффициент приведения к фанере и ширина верхней нижней обшивок (п.10.4.3 [2]):

nf

=

Ew.mean

=

11000

= 2

bf.t = bпан = 1450 мм

Ef.mean

5500

 

 

 

 

 

Площадь приведенного сечения:

-нижней растянутой обшивки:

Af.t = hf.t bf.t = 8 1450 = 11600 мм2

- ребра:

Суммарная приведенная площадь:

Aw = bw hw =

176 144.5 = 25432 мм2

Af.d.ef = Af.t + Aw nf

= 11600 + 25432 2 = 62464 мм2

Статические моментыобшивкии каркаса относительно верхней грани плиты:

St.f.t = Af.t (hw + 0.5 hf.t)

=

11600 (144.5 + 0.5 8) = 1722600 мм3

Sw = Aw (hw 0.5)

=

25432 144.5 0.5 = 1837462 мм3

8

Суммарный приведенный статический момент относительно верхней грани плиты:

Sf.d.ef = St.f.t + Sw nf

= 1722600 + 1837462 2 = 5397524 мм3

Положение нейтральной оси сечения конструкции:

 

Sf.d.ef

5397524

 

мм

zp =

 

=

 

= 86.41

 

 

 

Af.d.ef

62464

 

 

Моменты инерции сечения относительно нейтральной оси:

 

 

b

f.t

h

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

f.t

2

 

1450

8

3

 

+ 11600 152.5

 

 

8

 

2

I

=

 

 

 

f.t

 

 

+ A

f.t

h z

p

 

 

 

=

 

 

86.41

= 44781591.551 мм4

 

12

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

f.t.inf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

b

w

h

w

3

 

 

 

 

h

w

 

 

 

2

 

176

144.5

3

+ 25432

144.5

86.41

2

 

 

I

 

=

 

 

 

 

 

+ A

w

 

 

z

 

=

 

 

 

= 49351580.79 мм4

 

 

 

 

12

 

 

2

 

 

 

12

 

 

 

 

 

f.w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Суммарный момент инерции сечения относительно нейтральной оси:

I

= I

n

f

+ I

= 49351580.79 2 + 44781591.551 = 143484753.13 мм4

f.d.ef

f.w

 

f.t.inf

 

Момент сопротивления в крайних волокнах:

- для наиболее сжатых волокон:

 

If.d.ef

143484753.13

 

3

Wc.f.d.ef =

 

=

 

= 1660507.97

мм

 

86.41

 

zp

 

 

- для наиболее растянутых волокон (нижней обшивки):

 

 

I

 

143484753.13

3

Wt.f.d.ef

=

f.d.ef

=

= 2171056.02 мм

h zp

152.5 86.41

 

 

 

 

Определим геометрические характеристики сечения, приведенные к древесине: Коэффициент приведения сечения к древесине:

n0 = Ef.mean = 5500 = 0.5

Ew.mean 11000

Суммарная приведенная площадь:

A0.d.ef = Af.t n0 + Aw = 11600 0.5 + 25432 = 31232 мм2

Статические моменты каркаса и обшивок относительно нижней грани плиты:

 

 

 

hf.t

 

8

 

3

Sf.t.

= Af.t

 

 

= 11600

 

 

= 46400 мм

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

9

 

 

 

 

hw

 

 

 

 

 

144.5

 

 

 

 

3

S

w

= A

w

 

 

+ h

f.t

 

= 25432

 

 

+ 8

 

= 2040918

мм

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарный приведенный статический момент:

S0.d.ef = Sf.tn0 + Sw =

46400 0.5 + 2040918 = 2064118 мм3

Положение нейтральной оси сечения конструкции:

z0 = S0.d.ef = 2064118 = 66.09 мм A0.d.ef 31232

Моменты инерции относительно нейтральной оси:

 

 

bwhw3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hw

 

2

 

176 144.5 3

 

 

144.5

 

2

 

4

I

=

 

 

 

+ A

w

z

0

 

 

 

 

+ h

 

=

 

 

 

 

+ 25432

66.09 −

 

 

 

 

 

+ 8

 

= 49351580.79

мм

 

 

 

 

 

2

 

 

12

 

 

 

2

 

 

0.w

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f.t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

f.t

h

 

3

 

 

 

 

 

 

h

f.t

2

 

1450 8

3

 

 

 

 

8

 

2

 

 

 

 

 

 

 

I

=

 

 

 

 

f.t

+ A

f.t

z

 

 

=

 

 

+ 11600 66.09 −

 

 

= 44781591.551 мм4

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.f.t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2

 

12

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Суммарный момент инерции сечения относительно нейтральной оси:

I

=

I

n

0

+ I

= 44781591.551 0.5 + 49351580.79 = 71742376.565 мм4

0.d.ef

 

0.f.t

 

0.w

 

Момент сопротивления в крайних сжатых волокнах ребер каркаса:

Wc.0.d.ef

=

I0.d.ef

=

71742376.565

= 830253.985 мм3

h − z0

 

 

 

 

152.5 − 66.09

Момент сопротивления в крайних растянутых волокнах реберкаркаса:

Wt.0.d.ef =

I0.d.ef

=

71742376.565

= 1235024.437 мм3

z0 − hf.t

 

 

 

66.09 − 8

1.6 Расчет элементов плиты по первой группе предельных состояний

Проверка на скалывание клеевого шва обшивки.

Согласно п. 10.4.10 [2]:

τmean.d = fw.v.d

при bw < 8hf.t

8hf.t 0.8

 

τmean.d = fw.v.d

 

 

 

при bw > 8hf.t

b

w

 

 

 

 

В данном случае:

τmean.d = 2.257 = 2.257 МПа

Статический момент сдвигаемой фанерной обшивки относительно нейтральной оси:

10

 

 

 

 

 

 

 

 

hf.t

 

 

 

8

 

3

S

sd

=

A

f.t

h − z

p

 

 

= 11600

 

152.5 − 86.41 −

 

 

= 720242.188

мм

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Фактические касательные напряжения:

τv.mean =

Vd Ssd

103 =

6.735 720242.188

103 = 0.192 < τmean.d = 2.257 МПа

Ief.inst bw

143484753.13 176

 

 

 

Условие выполняется.

Проверка нижней растянутой обшивки.

Согласно п. 10.4.5010.4.6 [2]:

σf.inst.t.d

 

Md

106

6.801

10

6

 

=

 

 

(h − y1 ) =

 

 

 

(152.5 − 86.41 ) = 3.133 МПа

 

 

143484753.13

 

 

Ief.inst

 

σf.inst.t.d = 3.133 < ff.t.d = 28.8 МПа

Условие выполняется.

Проверка максимальных напряжений в изгибаемых ребрах плиты (п.10.4.8-10.4.9[2]). Расстояние от нейтральной оси (приведенного к деревесине сечения) до наиболее сжатых волокон реберплиты:

y1 = h − z0 = 152.5 − 66.09 = 86.41 мм

Расстояние от нейтральной оси (приведенного к деревесине сечения) до наиболее растянутых волокон реберплиты:

y2 = z0 − hf.t = 66.09 − 8 = 58.09 мм

Фактические нормальные сжимающие напряжения:

σw.inst.c.d =

Md 106

y1

Ew.mean

 

=

6.801 106

86.41

11000

= 8.192 МПа

I

E

f.mean

143484753.13

5500

 

ef.inst

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σw.inst.c.d = 8.192

< fw.c.0.d = 17.732

МПа

 

Фактические нормальные растягивающие напряжения:

σw.inst.t.d =

Md 106

y2

Ew.mean

 

=

6.801 106

58.09

11000

= 5.507 МПа

I

 

E

f.mean

143484753.13

5500

 

ef.inst

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σw.inst.t.d

 

= 5.507

< fw.t.0.d = 12.896

МПа

 

Условия выполняются.

Проверка прочности продольных ребер каркаса на скалывание при изгибе на уровне нейтральной оси.

Статический момент сдвигаемой частиприведенного сечения относительно нейтральной оси:

 

 

bw (z0

− hf.t)2

176 (66.09 − 8)

2

3

 

St.d =

 

 

 

 

=

 

 

 

= 296949.835

мм

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τw.d =

Vd St.d

 

103

=

6.735 296949.835

103 =

0.158 < fw.v.d

= 2.257 МПа

 

 

71742376.565 176

 

I0.d.ef bw

 

 

 

 

 

11

12

Условие выполняется.

1.7 Расчет плиты по второй группе предельных состояний

1

Отношение допустимого прогиба плиты к пролету не должно превышать Ulim =

175

Данное отношение определено для ребристых плит с листовыми ошивками по табл. 8.1[2]. Начальныйпрогиб плиты покрытия определяем по формуле согласно п.8.1.6[2] (при kb = 0.7):

 

5

 

 

qs.k (cos(α))

2

ld

3

 

5

 

(2.2576 1.933 cos(6 deg)2) 4039.23

 

 

fk

 

 

 

 

Uinst

=

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

= 0.0003

 

Ew.mean Ief.inst kb

 

384

 

 

384

 

 

 

 

11000 143484753.1302 0.7

Коэффициент деформации определяется согласно п.5.4.7.4[2]:

kdef = 2

kf.def kw.def

= 2 0.8 = 1.789

Деформация ползучести (определяется от временной нагрузки, п.5.4.7.2 [2]):

U

=

5

 

 

qs.k (cos(α))2 ld

3

k

def

=

5

 

1.933 cos(6 deg )2 4039.2 3

1.7889 = 0.0027

 

 

 

 

 

 

creep

384

 

 

Ew.mean Ief.inst kb

 

 

384

 

11000 143484753.1302

0.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полное значение прогиба плиты:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ufin = Uinst + Ucreep

= 0.0003 + 0.0027 = 0.0029

 

 

Проверка условия второй группы предельных состояний:

 

 

Условие выполняется.

 

Ufin = 0.0029

< Ulim = 0.0057