Расчет деревянных конструкций покрытия здания. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Конструкции городских зданий и сооружений» для

1. ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены для студентов очной формы обу-

чения направления 270800.62 «Строительство» профиль «Городское строитель-

ство». В методических указаниях изложен состав курсового проекта, объем, об-

щие правила оформления и основные положения расчета и подбора сечений.

Целью курсового проекта является углубление изучение и закрепление теоретических знаний, полученных при изучении курса «Конструкции городских зданий и сооружений», освоение методики проектирования и расчета основных несущих и ограждающих конструкций, а также приобретение практических навыков работы с технической и нормативно-справочной литературой.

2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект заключается в проектировании и расчете основных несу-

щих и ограждающих конструкций покрытия одноэтажного двухпролетного бес-

кранового здания.

Для проектирования применяются конструкции из дерева и пластмасс.

Поперечная рама представляет собой однопролетную П-образную раму здания без мостовых кранов с пристройкой (рис. 1).

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 3-4 листов чертежей формата А1 или А2.

Раздел 1 заключается в выборе основных конструктивно-планировочных решений здания.

3

При выборе конструктивной схемы ограждающих и несущих конструкций необходимо стремиться к снижению трудоемкости изготовления конструкций за счет применения простых однотипных узлов сопряжений, опорных узлов и снижения количества сборочных марок. Рекомендуемые схемы конструкций приве-

дены в [3, 4].

Ограждающие конструкции покрытия и стен в зависимости от вида материала обшивок и конструктивного решения плиты принимают шириной 1-1,5 м, длинной 3 и 6 м. Для отапливаемых зданий применяются легкие теплоизоляционные материалы (пенопласт, минераловатные плиты и др.).

Для повышения долговечности и обеспечения эксплуатационной пригодности зданий необходимо предусматривать конструктивные меры по защите конструкций от биологических повреждений, возгорания и воздействия агрессивной среды.

В необходимых случаях применяют дополнительные химические меры защиты (пропитка антипиренами и антисептиками).

Конструктивные меры носят обязательный характер [1] и предусматривают предохранение древесины конструкций от увлажнения (атмосферного, капиллярного и конденсационного); систематическую просушку древесины конструкций путем создания осушающего температурно-влажностного режима (естественная и принудительная вентиляция помещения, осушающие продухи, аэраторы).

Деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными во всех частях для осмотра, профилактического ремонта, возобновления защитной обработки древесины и др. В отапливаемых зданиях несущие конструкции следует располагать без пересечения их с ограждающими конструкциями. Не допускается заделка частей деревянных конструкций в каменные стены.

При непосредственном опирании несущих деревянных конструкций на элементы из более теплопроводных материалов (фундаменты, каменные стены, стальные и железобетонные колонны) следует предусматривать в месте контакта гидроизоляционные прокладки.

5

При эксплуатации конструкций в условиях, где возможно образование конденсата, металлические детали должны отделяться от древесины гидро-

изоляционным слоем. Внутренний водоотвод в зданиях с применением дере-

вянных конструкций, как правило, не применяется.

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 па-

нелях стен, у которых обшивки соединены с каркасом гвоздями или шурупами,

пароизоляция укладывается сплошным непрерывным слоем между каркасом и обшивкой. В ограждающих конструкциях с соединением обшивок с каркасом на клею следует применять окрасочную или обмазочную пароизоляцию.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ И ОГРАЖДАЮЩИХ

КОНСТРУКЦИЙ

4.1.Нормативные и расчетные нагрузки

Взависимости от продолжительности действия нагрузки делятся на по-

стоянные и временные (длительные, кратковременные, особые). По величине -

на нормативные и расчетные.

При выполнении курсового проекта учитываются два основных вида нагрузок:

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

Длительная составляющая нагрузки определяется в соответствии с рекоменда-

циями п. 1.7. [2].

6

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 кон-

струкции определяется приближенно по аналогичным конструктивным решени-

ям [3, 4].

4.2. Расчетные и нормативные характеристики материалов

Нормативные сопротивления древесины определяются с вероятностью

0,95 по величинам временных сопротивлений (пределов прочности) на основе результатов испытаний малых чистых образцов без пороков или испытаний сортных материалов на образцах натуральных размеров.

Расчетные сопротивления с учетом режимов загружения принимаются с вероятностью не ниже 0,99 и определяются по формуле:

R Rн ,m

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

Расчетные сопротивления древесины с учетом условий работы определяют по формуле:

где R - расчетное сопротивление сосны (кроме веймутовой), ели, листвен-

ницы европейской и японской [1], которое в необходимых случаях умножается на коэффициенты:

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 - для конструкций, в которых напряжения в элементах, возникаю-

щие от постоянных и временных длительных нагрузок, превышающих 80% сум-

марного 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 [1];

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

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

mГН - для гнутых элементов конструкций [1];

mО =0,8 - для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном се-

чении;

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 воло-

кон 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 предель-

ных состояний следует принимать по таблице 11 [1].

8

4.3. Ограждающие конструкции

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

Однослойные плиты используются в качестве настила под устройство хо-

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 ме-

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

Выбор конструктивного решения плит зависит от уклона стропильных конструкций, 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.

9

Расчет плит осуществляется по двум предельным состояниям:

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

2)по деформативности (прогиб).

В зависимости от типа панелей [3, 4] расчет имеет свои особенности. Порядок расчета (на примере клеефанерной плиты) следующий.

1. Определение геометрических характеристик панели.

Приводим исходное сечение плиты к двутавровому (в некоторых случаях к тавровому). Толщина стенки расчетного сечения будет равна сумме толщин продольных ребер панели.

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

При l > 6а……………………...0.9 b;. При l < 6а………………………0.15 l b/а,

где l – пролет панели (длина), b – ширина панели, а – расстояние между поперечными ребрами.

При несимметричном сечении с разными значениями толщины и ширины верхней и нижней обшивок находим положение центра тяжести сечения (Ун):

Ун = FS , где ΣS – сумма статических моментов инерции стенки и поясов

относительно выбранной оси (например, ось, проходящая по нижней грани сечения),

S = Sф + Sдр ( Едр ) – приведенный статический момент инерции (характери-

Еф

стики древесины приводятся к характеристикам фанеры).

Относительно центра тяжести находим приведенный момент инерции се-

чения : I = Iф + Iдр ( Едр ), где

Еф

Iф, Sф – момент инерции и статический момент инерции фанерных обши-

вок;

Iдр, Sдр момент инерции и статический момент инерции деревянных ребер;

10