32

1. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Современные производственные здания проектируются по каркасному типу. Все конструкции, образующие здание, условно разделяют на несущие (балки, фермы, колонны и т.п.) и ограждающие (кровля, стеновые панели, переплеты остекления). Несущие конструкции воспринимают нагрузки, действующие на здание. Ограждающие конструкции защищают внутренние помещения здания от атмосферных воздействий. Некоторые конструкции могут являться одновременно несущими и ограждающими.

Комплекс несущих конструкций, воспринимающих нагрузки от веса ограждающих конструкций, атмосферные нагрузки, нагрузки от технологического оборудования называется каркасом здания. Вопрос о выборе материала для каркаса здания решают в проектной практике на основании технико-экономического сравнения вариантов. В настоящем учебном пособии рассматривается деревянный каркас одноэтажного однопролетного производственного здания.

Рис. 1. Рама здания с треугольной фермой

Деревянный каркас состоит из рам, установленных вдоль здания на определенном расстоянии друг от друга. Расстояние это называют шагом рам, рекомендуемое его значение 3,5–6 м. Рама состоит из двух стоек (колонн) жестко прикрепленных к бетонному фундаменту, и решетчатого ригеля (фермы) шарнирно опирающегося на стойки. Расстояние между осями колонн поперек здания называется пролетом здания.

Рис. 2. Рама здания с полигональной фермой

Пространственную жесткость, геометрическую неизменяемость каркаса, а также устойчивость отдельных его элементов обеспечивают путем установки специальных конструкций. Эти конструкции называются связями. Связи подразделяются на несколько групп:

1) горизонтальные связи, устанавливаемые в плоскостях нижнего и верхнего поясов ферм, в торцах здания.

Кроме торцов, такие связи устанавливают вдоль здания на расстоянии не превышающем 30 м,

2) вертикальные связи между фермами, располагаются в плоскостях опорных и центральных стоек, в торцах здания и далее через пролет по длине здания,

3) горизонтальная обвязка каркаса – балки, в плоскости стены, вдоль всего здания,

4) вертикальные связи в плоскости стены – система раскосов между крайними (угловыми) стойками каркаса. Кроме торцов, такие связи устанавливают вдоль здания на расстоянии не превышающем 30 м.

Жесткость здания должна быть обеспечена также соответственно надежной конструкцией кровли. Более подробно о характере работы, воспринимаемых нагрузках, конструкции связей можно узнать из [1,3]. Примерное расположение связей показано на рис. 3.

2.Конструкция покрытия здания

В зависимости от назначения здания покрытие может быть холодным или теплым. Примеры конструкций покрытий обоих типов приведены на рис. 4., рис. 5.

Рис. 3. Конструктивная схема здания

3.Расчет настила

Настил рассчитывают на прочность и прогиб на следующие сочетания нагрузок:

а) от собственного веса и веса снега,

б) от собственного веса и веса сосредоточенного груза 100 кгс (вес человека с инструментом).

Сбор нагрузок. Нагрузку отсобственного веса на 1 м² поверхности настила удобно определять в табличной форме (таблица 1). При этом нормативная нагрузка определяется на основании сведений о проектных размерах конструкции, удельном весе материала, его влажности, паспортных данных заводов изготовителей. Расчетная нагрузка определяется умножением нормативной на коэффициент надежности по нагрузке[5].

Рис. 4. Конструкция холодной кровли со стропильными ногами

Рис. 5. Конструкция теплой кровли со стропильными ногами

Таблица 1

Вид нагрузки	Норма- тивная gn,кг/м2		Расчет- ная g, кг/м2
3-слойный гидроизоляцион- ный ковер из рубероида 2. Цементная стяжка 20 мм, g=1800 кг/м3 3. Утеплитель – пенополисти- рол h=50-80мм,g=100 кг/м3 4. Пароизоляция (1 слой ру- бероида на битуме) 5. Защитный настил –(доски 16-19 мм) 6. Рабочий настил –(доски 25-40 мм)	10,0 36,0 5,0-8,0 3,0 8,0-9,5 12,5- 20,0	1,3 1,3 1,3 1,3 1,1 1,1	13,0 46,8 6,5-10,4 3,9 8,8-10,5 13,8- 22,0

Расчетная нагрузка от веса снега на 1 м² (снеговая нагрузка) поверхности кровли определяется как:

Р^*= Р₀*cos,

где Р₀ – расчетная нагрузка на 1 м²поверхности земли, устанавливаемая по [5] в зависимости от района места строительства ( таблица 2),

 - угол наклона кровли к горизонту.

Таблица 2

Снеговые районы Российской Феде- рации	1	2	3	4	5	6	7	8
Р0 , кг/м2	80	120	180	240	320	400	480	560

Нормативное значение снеговой нагрузки p*_nопределяется умножением расчетного значения на коэффициент 0,7.

При двух настилах - рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему, - или при однослойном настиле с распределительным бруском, подшитым снизу в середине пролета, сосредоточенный грузсчитают распределенным на ширину 0,5 м рабочего настила.

При сплошном настиле или при расстоянии между осями досок или брусков не более 15 см сосредоточенный груз считают распределенным на две доски или на два бруска.

При обрешетке из досок, брусков, расположенных на расстоянии более 15 см в осях, сосредоточенный груз считают приложенным к одной доске или бруску.

Расчетная нагрузка от веса человека определяется умножением нормативного значения - 1 кН (100 кгс) на коэффициент надежности по нагрузке 1,2. При двойном настиле действие сосредоточенной нагрузки распространяется на ширину 0,5 м, при сплошном одиночном настиле действие сосредоточенного груза распространяется на две доски, при обрешетке из брусков вес человека передается на один брусок.

Расчетная схема настила.Для расчета настила обычно рассматривают полосу настила шириной 1 м (можно принимать и другую произвольную ширину). В плоскости настила мысленно вырезают полосу необходимой ширины и представляют ее балкой опирающейся на стропила.

Расчет настилов производят с учетом их неразрезности, поэтому расчетную схему условно принимают в виде двухпролетной неразрезной балки с пролетами, равными расстоянию между стропильными ногами (или прогонами, в случае опирания настила на прогоны).

Проверку прочности настилов производят по обычной для поперечного изгиба формуле:

где М – изгибающий момент в рассматриваемом сечении,

W_нт- момент сопротивления расчетной полосы настила, при разреженном настиле вводят коэффициент заполнения - вычитают зазоры,

R_и- расчетное сопротивление древесины [4], приложение 3.

Проверку жесткости производят по формуле:

где k– коэффициент, зависящий от вида нагрузки,

G_n- нормативная нагрузка на элемент,

 – пролет элемента,

Е – модуль упругости древесины,

I_бр- момент инерции брутто,

- предельное значение прогиба элемента [3], в данном случае равное 1/150 от пролета настила (приложение 2).

При загружении двухпролетной балки собственным весом и снегом наибольший изгибающий момент на средней опоре составит (рис. 6.):

,

где q– расчетная погонная нагрузка от собственного веса,

Р – расчетная погонная нагрузка от веса снега,

 – расстояние между стропилами (прогонами).

Погонную нагрузку получают умножением нагрузки на 1 м² на ширину мысленно вырезанной полосы в настиле.

Рис. 6. Расчетные схемы загружения настила

Максимальный прогиб:

,

где q_n- нормативная погонная нагрузка от собственного веса,

p_n- нормативная погонная нагрузка от веса снега.

Для сплошного рабочего настила из досок толщиной (для полосы шириной 100 см):

(см³);(см⁴).

При загружении балки собственным весом и сосредоточенным грузом (весом человека) наибольшее значение момента при наиневыгоднейшем загружении будет в пролете на расстоянии 0,432от опоры (рис.6.):

,

где - расчетная сосредоточенная нагрузка от веса человека, приходящаяся на полосу настила шириной 1 м.

Проверку на прогиб для этого загружения не производят.

При расчете двойных настилов защитный настил не рассчитывают, размеры его берут по конструктивным соображениям, и его работа заключается лишь в распределении нагрузки на несколько досок или брусков рабочего (рассчитываемого) настила.

При незначительных уклонах кровли (до ) угол наклона к горизонтув расчете обычно не учитывают, и расчет ведут на вертикальные нагрузки. При больших уклонах кровли влияние угладолжно быть учтено.