26

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Задание для проектирования

Запроектировать несущие конструкции бесчердачного утепленного покрытия здания. Размеры помещения в плане в свету: ширина 12 м, длина 50 м. Основные несущие конструкции покрытия опираются на пилястры стен из кирпичных блоков. Район строительства г. Брест. Кровля рубероидная. Утеплитель – плиты из стекловолокна. Лесоматериал – сосновые доски и бруски.

1. Выбор конструктивного решения покрытия

Основные несущие конструкции покрытия принимаем плоскими и располагаем их параллельно коротким сторонам помещения; расчетный пролет конструкции l=12 м.

При пролете конструкции l=12 м, наличии пиленого лесоматериала (досок) и заданной пологой рулонной кровле основные несущие конструкции покрытия здания следует запроектировать в виде сплошных балок. Балочные конструкции имеют по сравнению с фермами меньшую строительную высоту, что сокращает отапливаемую кубатуру здания, более просты в изготовлении и допускают применение в менее ответственных частях конструкции маломерных лесоматериалов пониженного качества.

Выбор вида сплошных конструкций зависит от способа изготовления их. При заводском изготовлении для основных несущих конструкций рекомендуется применять клееные балки как наиболее экономичные по затрате материалов; при построечном изготовлении — двутавровые дощато-гвоздевые балки с двухслойной перекрестной стенкой.

Ограждение покрытия проектируем утеплённым со сборно-щитовой несущей основой.

Такое решение ограждения-покрытия исключает необходимость устройства специальных связей для обеспечения пространственной не изменяемости плоских несущих конструкций, а также ведет к снижению трудоемкости и сроков монтажа конструкций при одновременном уменьшении расхода лесоматериалов на конструкцию ограждения и увеличении жесткости его.

Внешние габариты основных щитов (2×3 м) приняты исходя из удобства перевозки их на автомашинах без прицепа и изготовления основных заготовок щитов из шестиметровых досок без отходов.

При принятых размерах несущих щитов покрытие может быть бес прогонным с частым расположением основных несущих балок и прогонным с более редким размещением балок вдоль здания. В целях уменьшения количества основных балок и снижения расхода качественной древесины принимаем прогонное решение покрытия,

Прогоны покрытия – проектируем спаренными из досок по неразрезной многопролетной схеме, что при пологих кровлях является наиболее экономичным.

Пролеты неразрезных прогонов (шаги основных балок) целесообразно назначать одинаковыми по длине здания, за исключением крайних от торцов пролетов, величину которых следует уменьшать на 15—20% во избежание перегрузки предторцовых балок покрытия и необходимости усиления прогонов в этих пролетах.

В соответствии с заданной длиной здания, равной 50 м, и принятой шириной основных щитов ограждения b=2 м, а также сообразуясь с размещением междуоконных простенков и рекомендуемым модулем, продольного шага, принимаем шаг основных балок s=6 м; крайние предторцовые балки размещаем на расстоянии s_кp=4 м от торцовых стен. При этом в средних пролетах прогонов размещается по три основных щита покрытия; в крайних по два основных щита.

Рисунок 1 – Схема покрытия по клееным балкам

Неразрезные дощатые прогоны проектируем по равнопрогибной схеме и размещаем по скату верхнего пояса балки на взаимном расстоянии d=1,5 м (равном половине длины основного неразрезного щита).

Уклон рулонной кровли принимаем i= tgα =0,12

Схема принятой планировки конструкции покрытия показана на рисунке 1.

Несущие элементы ограждений конструкции покрытия проектируем из нижних основных (несущих) щитов и верхних кровельных щитов. Нижние основные щиты укладываются непосредственно по прогонам, а верхние кровельные щиты укладываются на нижние щиты по специальным диагональным брускам. Конструкция щитов покрытия показана на рисунке 2.

2. Проектирование щитов покрытия

Основной шит покрытия (2×3 м) проектируем в виде сплошного неразрезного двухпролетного настила из досок 15×2,5 см, остроганных с верхней стороны до постоянной толщины 2,2 см, к нижней поверхности которого подшиты раскосы и стоики из досок того же сечения. Поверх настила основных щитов, после укладки последних на прогоны, настилается сплошной слой подкладочного битума-картона, который на время монтажа может служить временной кровлей, а в условиях эксплуатации является пароизоляционной прослойкой.

Кровельные щиты укладываем на специальные двухслойные ребровые бруски сечением 2 (4×5 см), располагаемые под углом 30° к карнизу. Бруски пришиваются гвоздят; сквозь пароизоляцию и основной настил во всех пересечениях с прогонами. Высота ребер 2×4 см.

Рисунок 2 – Сборные щиты ограждающей конструкции покрытия

Ребровые диагональные бруски, пришитые гвоздями к щитам настилов, в значительной мере повышают жесткость всей ограждающей конструкции в плоскости кровли и могут обеспечить пространственную неизменяемость покрытия в целом.

При отсутствии в рассматриваемом покрытии скатных связей по верхним поясам основных балок стыки двухслойных ребровых брусков осуществляются в разбежку.

В промежутках между ребровыми брусками укладывается утеплитель, причем расстояние между брусками должно быть согласовано с шириной полосы утеплителя.

Кровельный щит покрытия (1,0×3,0 м) проектируется из сплошного настила тонких досок сечением 10×1,6 см, остроганных сверху щита па 3 мм и сплоченных между собой в шпунт и в гребень. Снизу досок настила под прямым углом к ним пришиваем четыре брусочка сечением 5×4 см. Кровельные щиты заранее оклеиваются одним слоем рубероида, укладываются на диагональные бруски и пришиваются по продольным и торцовым кромкам щита мелкими гвоздями. Стыки щитов оклеиваются на холодной мастике нащельниками из узких лент рубероида. После этого производится наклейка второго сплошного слоя рубероида.

Конструкция кровли показана на рисунке 3.

3. Расчет ограждающих конструкций покрытия

Элементы основных и кровельных щитов покрытия рассчитываются на прочность и жесткость при следующих сочетаниях расчетных нагрузок:

а) собственный вес и снег;

б) собственный вес и сосредоточенный груз.

Основные щиты, кроме этого, должны быть проверены на восприятие поперечной силы Q, возникающей в сжатом верхнем поясе основ ной несущей балки при работе его на продольный изгиб, определяемой по формуле.

Кровельный щит

Подсчитываем нормативные нагрузки кровельного щита, отнесенные к плану покрытия.

Собственный вес щита составляет (кг/м²):

Рубероидный ковер (3 слоя) 9,5

Настил щита (0,016—0,003)×500 6,5

Несущие брусочки (0,05×4/29×500) 4,0

Итого: g^н_к.щ.= 20,0 кг/м²

Снеговая нагрузка для Бреста Iб района по приложению 5, таблицы 4 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» при угле наклона кровли α =6°50',

.

Рисунок 3 – Деталь кровли покрытия

Сосредоточенный груз Р = 100 кг.

Настил рассчитываем по схеме двухпролетной неразрезной балки на действие сосредоточенного груза Р; собственным весом настила и наличием незначительного уклона кровли пренебрегаем.

При сплошном настиле и соединении досок в шпунт и в гребень

сосредоточенный груз считаем распределенным на 2 доски настила

При заданной толщине настила после острожки δ=13 см определим

расстояние с₁ между несущими брусочками кровельного щита.

Изгибающий момент от сосредоточенного груза:

Момент сопротивления двух досок:

Условие прочности настила на изгиб:

,

откуда наибольшее допустимое расстояние между брусочками:

где 1,1 коэффициент повышения расчетного сопротивления древесины при расчете на монтажную нагрузку;

m_и=0,9 – коэффициент условия эксплуатации Б-3.

В целях уменьшения размеров несущих брусочков кровельного щита конструктивно принимаем на ширине щита в 1 м 4 брусочка 5×4 см с расстоянием между осями их с₁ =29 см

Расстояние между диагональными брусками, уложенными под кровельным шитом, определяем из условия прочности несущих брусочков кровельного щита. Брусочки рассчитываем на изгиб от сосредоточенного груза Р=100 кг по двухпролетной неразрезной схеме; влиянием собственного веса в расчете пренебрегаем.

При расстоянии между диагональными брусками с' и угле наклона их к продольной оси здания β=30° расчетный изгибающий момент в брусочке кровельного щита:

Условие прочности брусочка на изгиб:

где .

Принимая расстояние между диагональными брусками равным с'=80 см.

Основной щит

Расчет настила основного щита ведем по II схеме загружения на воздействие собственного веса щита и сосредоточенного груза Р. Подсчитываем нормативные нагрузки на настил.

Собственный вес щита составляет (кг/м ):

Настил δ=2,2 см основного щита (0,022×500) 11

Раскосная подшивка шита =11/3 4

Битумокартон подкладочный 3

Итого : g^н_о.щ.=18 кг/м²

Сосредоточенный груз Р=100кг.

Учитывая наличие в щите раскоской подшивки, сосредоточенный груз считаем распределенным на 0,5 м настила щита.

Расчет двухпролетного настила основного щита ведем по схеме двухпролетной неразрезной балки.

Расчетный изгибающий момент на полосу пастила шириной 0,5м

где n_g=l,l — коэффициент перегрузки для собственного веса;

d=150 см — пролет досок настила.

Момент сопротивления полосы настила шириной 0,5 м:

Несущая способность настила на изгиб:

где 1,1—коэффициент повышения расчетного сопротивления древесины.

Проверка прогиба настила при воздействии монтажного груза не производится.

Произведем проверочный расчет настила на воздействие собственного веса всей ограждающей конструкции и снега (1 схема загружения). При этом будем пренебрегать жесткостью кровельных щитов и диагональных ребровых брусков.

Определяем собственный вес ограждающей конструкции (кг/м):

Кровельный щит 20

Диагональные бруски () 2

Плита из стекловолокна (0,1×150) 15

Основной щит 18

Итого : g^н=55 кг/м²

Снеговая нагрузка р^н_сн = 80 кг/м².

Расчетная нагрузка на 1 пог. м ширины настила:

Расчетный изгибающий момент:

Момент сопротивления и момент инерции настила шириной 100 см:

.

Несущая способность настила на изгиб:

Проверка жесткости (прогиба) настила:

где q^н=g^н+p^н_сн =0,55+0,8=l,35 кг/см — нормативная нагрузка на настил.

Дополнительная проверка основного щита в плоскости покрытия на восприятие поперечной силы Q, возникающей при работе на продольный изгиб верхнего пояса основных несущих конструкций (главных балок покрытия).

Максимальная поперечная сила, которая может быть воспринята одним рядом щитов, между балками покрытия (тремя неразрезными двухпролетными щитами)

Q=Q'+Q",

где Q'—поперечная сила, воспринимаемая каркасом щита; Q – поперечная сила, воспринимаемая досками неразрезного настила щита в его плоскости при работе на изгиб.

Поперечную силу Q', воспринимаемую шестью раскосами одного ряда щитов, определим из условия крепления раскосов к доскам настила, пренебрегая при этом работой коротких раскосов щитов (в запас прочности), и из условия прочности самих раскосов (рисунок 4).

Количество гвоздей n на половине длины одного основного раскоса при забивке по два гвоздя в каждое пересечение их с досками настила шириной b=15 см:

Несущая способность одного гвоздя d =2 мм, l=40 мм по изгибу гвоздя:

по смятию элементов:

T_a=80ad =80 - 2,5 - 0,2 = 40 кг.

Поперечная сила Q'₁, которая может быть воспринята шестью раскосами по условию крепления их гвоздями при учете использования половины несущей способности гвоздей

,

где δ - угол наклона раскосов к продольной оси прогонов;

δ =24°20', так как .

Поперечная сила Q'₂, которая может быть воспринята шестью основными раскосами щита из условия прочности на растяжение при учете ослабления их в поперечном сечении двумя гвоздями d=12 мм:

.

Поперечную силу Q" (рисунок 5), которая может быть воспринята жесткостью досок настила на изгиб, ограничиваем величиной прогиба досок, соответствующей деформации Δ гвоздевых соединений при полном использовании расчетной несущей. При заданной деформации для нагелей всех видов [Δ] =2 мм, поперечная сила Q" определится по формуле:

где l= 2d — пролет досок настила в плоскости щита, равный удвоенному рас стоянию между прогонами (рисунок 5);

—момент инерции всех досок настила трех щитов.

При этом напряжение в досках пастила на изгиб:

Суммарная поперечная сила, воспринимаемая принятой конструкцией щитов:

Q= Q'+Q"=612+858=1470кг.

Максимально возможное продольное усилие N_c в сжатом поясе основной несущей балки, раскрепленном щитовой конструкцией от потери устойчивости из плоскости балки, при n=1:

что значительно больше продольного усилия N_c=16650 кг в верхнем поясе дощато-гвоздевой балки.

Рисунок 4 – Схема работы каркаса основного щита на поперечную силу Q'

Рисунок 5 – Схема работы пастила основного щита па поперечную силу Q" в его плоскости