Конструкции из дерева и пластмасс

Оглавление

Введение

Общие данные

1. Выбор конструктивной схемы покрытия

2. Статический расчет фермы

3. Расчет элементов фермы

4. Краткие указания по изготовлению и монтажу Проверка прочности фермы при монтажных положениях

5. Показатели расхода материалов

Список литературы

Введение

Курсовой проект является самостоятельной работой студента и имеет своей целью систематизацию, закрепление и расширение теоретических и практических знаний студентов по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс», а также практическое применение навыков по информатике при решении инженерных задач.

Курсовой проект состоит из графической части и пояснительной записки. Исходными данными для выполнения являются задание, выданное руководителем курсового проекта.

Принятые в проекте решения должны быть обоснованы технико-экономическими расчетами с оценкой возможных вариантов.

Проект должен разрабатываться с учетом требований охраны труда, техники безопасности, производственной Санитарии, пожарной безопасности и охраны окружающей среды.

Общие данные

Цель проекта – запроектировать ферму покрытие здания ремонтной мастерской размером в плане 24х64 м.

Район строительства – г. Свердловск.

Материал конструкций: сосновые доски II и III категорий влажностью не более 15%, стальные элементы из стали ВСт.3пс.

Клей марок КБ-3 или СП-2. Кровля рулонная.

Световой фонарь продольный из стеклопластиковых панелей, зенитного типа. Изготовление несущих конструкций заводское.

1. Выбор конструктивной схемы покрытия

При заданных условиях проектирования рациональным решением несущих конструкций являются сегментные фермы с клееными и металлическими нижними поясами. Блоки и верхних поясов, принятые одинакового размера, склеиваются из досок толщиной 35 мм из пиломатериалов II и III категорий.

Расстояние между фермами – 6,0 м. В целях обеспечения равнопрочности по изгибу не разрезных прогонов и равномерного распределения нагрузки между фермами расстояние от крайних ферм до торцовых стен принимается 5,0 м (см. лист 1).

Фонарь зенитного типа с наклонным остеклением из стеклопластиковых панелей имеет значительно меньшие размеры и вес по сравнению с другими типами фонарей. Учитывая боковое остекление здания, принимаем ширину фонаря 3,0 м. Поперечные рамы фонаря расположены через 6 м и опираются на верхние пояса ферм покрытия. Торцовые стенки фонаря расположены на предторцовых фермах.

Кровля рулонная по асфальтовой стяжке.

Необходимая устойчивость верхних поясов из плоскости ферм обеспечивается двойным жестким настилом.

Покрытие теплое с плитным утеплителем из двух слоев фибролита. Конструкция покрытия показана листе 2.

Прогоны неразрезные, расположенные через 1,25 м, составлены из двух досок на ребро со стыками вразбежку. Фермы попарно связаны между собою вертикальными связями из досок в плоскости крайних раскосов.

Определение общих размеров фермы.

Расчетный пролет фермы l=24,0 м; расчетная высота фермы h=l /6=4,0 м; строительный подъем l /200=12см. Радиус кривизны пояса

м.

Длина дуги по оси верхнего пояса

м,

где - центральный угол дуги, определяется из выражения

откуда

Верхний пояс составляем из четырех блоков одинаковой длины

м,

т.е. меньше стандартной длины досок. Длина панелей нижнего пояса м.

Центральный угол дуги

.

Длина хорды

см.

Размер стрелки

см.

Тогда м. Длина раскоса

м.

Длина раскоса

м.

Угол наклона касательной к дуге верхнего пояса на опоре

;

то же, в узле Б

.

Угол наклона раскоса БД к горизонту в узле Д при

.

У

гол наклона раскоса ДВ к горизонту .

2. Статический расчет фермы

Нагрузки. При определении собственного веса крыши (табл. 1) принимаем рабочий настил виде обрешетки из брусков 40х40 мм, расположенных через 150 мм, неразрезные прогоны из двух досок 70х200 мм.

Таблица 1. Нагрузки от собственного веса крыши в _кг/м²

Принимаем вес покрытия равномерно распределенным по площади горизонтальной проекции. Вес крыши, отнесенный к 1 м² плана, определяем путем умножения полученного веса на коэффициент

Следовательно нормативная нагрузка от крыши на 1 м² плана равна g^н_кр=100.7*1.07=108 кг/м², расчетная g_кр=116.4*1.07=124 кг/м².

Снеговая нормативная нагрузка на горизонтальную проекцию покрытия (3-й район) Р^н_сн=100 кг/м²; расчетная Р_сн=100*1.4=140 кг/м².

Настил и прогоны рассчитываются с учетом увеличения снегового отложения с заветренной стороны фонаря (см. [6], п.5.5). Ферму рассчитываем на полную и одностороннюю снеговую нагрузку. Ветровая нагрузка, ввиду ее малого влияния на ферму, не учитывается. Нагрузка от веса зенитного фонаря принята согласно примеру 2,в. Вертикальное давление Р на каждом скате от веса фонаря (589 кг) и от веса стеновой панели (500 кг) считаем приложенным в одной точке Р=589+500=1089 кг. Снеговая нагрузка на ферму определяется (рис. 4) с использованием коэффициентов перехода по [6], (табл.6)

Расчетное давление снега по 1 варианту

кг/м²; кг/м²;

по 2 варианту

кг/м²; кг/м².

Средняя величина снеговой нагрузки по 1 варианту

кг/м²,

по 2 варианту

кг/м².

Рис. 4. Схема снеговой нагрузки. 1-первый вариант; 2-второй вариант загружения.

Отсюда видно, что общее количество снега на покрытии в обоих вариантах почти одинаково. Однако, учитывая большую концентрацию нагрузки в середине пролета, принимаем для расчета 2 вариант загружения (рис. 5).

Средняя нормативная постоянная нагрузка от крыши и фонаря

кг/м².

Собственный вес фермы определяем по формуле:

кг/м².

Расчетная нагрузка от собственного веса

кг/м².

Расчетная нагрузка на узлы фермы (рис. 6) следующая:

Рис. 5. Схемы загружения верхнего пояса: а-постоянная нагрузка; б-временная нагрузка.

на узел А: постоянная кг,

снеговая кг.

на узел Б: постоянная кг;

снеговая кг;

на узел В: постоянная кг.

снеговая кг.

Рис. 6. Определение усилий в элементах фермы: а-загружения и диаграмма усилий от постоянной нагрузки; б-схема загружения снегом и диаграммы усилий; 1-от полного загружения снегом; 2-от одностороннего загружения снегом.

Аналогично определяется узловая нагрузка от снега на второй половине фермы кг.

Продольные усилия в стержнях фермы определяем построением трех диаграмм усилий: от постоянной нагрузки, от полного загружения снегом по II варианту и от загружения одной половины снегом, также по II варианту снеговой нагрузки.

Усилия при различных загружениях фермы и расчетные усилия в стержнях приведены в табл. 2.

Таблица 2. Усилия в стержнях фермы в кг

3. Расчет элементов фермы

Элементы верхнего пояса рассчитываем на сжатие с изгибом вследствие кривизны пояса и наличия на нем местной нагрузки.

Панель АБ. Местная погонная нагрузка в середине панели вызывает изгибающий момент, определяемый как для простой балки с пролетом, равным горизонтальной проекции панели l₁=5.68 м (рис.11.7.).

кгм,

где кг/м – нагрузка от веса кровли, отнесенная к горизонтальной проекции покрытия, от снега по 2 варианту загружения и от собственного веса фермы. Местным увеличением снеговой нагрузки возле узла Б пренебрегаем, что идет в запас прочности.

Продольное сжимающее усилие вследствие кривизны пояса вызывает отрицательный изгибающий момент

кгм,

где кг – расчетное усилие в поясе при полном загружении снегом;

м;

- центральный угол всего верхнего пояса;

м – длина хорды одного блока пояса.

Изгибающий момент в поясе

кгм.

Рис7. К определению изгибающих моментов в верхнем поясе.

При одностороннем загружении фермы снегом справа изгибающий момент в левой панели пояса от постоянной нагрузки будет равен

кгм,

где кг/м – нагрузка от веса крыши и от веса фермы.

Момент от продольной силы

кгм,

где кг – осевая сила в панели АБ при одностороннем загружении фермы снегом справа (табл. 2).

Изгибающий момент

кгм

Панель БВ (см. рис. 7).

Изгибающий момент от местной нагрузки в середине панели при полном загружении снегом

кгм, где кг/м – нагрузка на пояс от собственного веса и снега. Собственным весом фермы на под фонарном участке пренебрегаем.

Изгибающий момент

кгм.

При загружении снегом слева изгибающий момент от поперечных нагрузок сохраняется тот же кгм.

Момент от продольной силы

кгм.

Изгибающий момент

кгм.

Момент в середине панели БВ при загружении снегом справа от поперечных нагрузок

где кг/м – постоянная нагрузка на поясе:

от продольной силы

кгм,

где кг – продольное усилие при загружении снегом справа (см. табл. 11.2).

Изгибающий момент

кгм.

Момент от поперечной нагрузки под стойкой фонари, в точке Г при снеге справа (см. рис 11.7)

кгм.

Момент от продольной силы

кгм.

где м – стрелка дуги в точке Г, определенная графически.

Рис. 8. Поперечные сечения элементов ферм: а-верхнего пояса; б-раскоса ДВ; в-раскоса БД

Изгибающий момент М=3610-3780=-170 кгм.

Момент под фонарной стойкой от постоянной нагрузки и при загружении снегом слева. Момент от поперечных сил кг

Момент от продольной силы кгм. Изгибающий момент М=4950-4720=230 кгм.

Расчетные усилия рассмотренных случаев загружения сводим в таблицу (табл. 3). расчетными являются 1-й и 4-й случаи загружения.

Задаемся сечением пояса из 13 досок 180Х35 мм – 180Х455 мм (доски толщиной 40 мм с острожкой с двух сторон, рис.8).

Таблица 3. Усилия в сечениях верхнего пояса

Отношение

Площадь поперечного сечения пояса

см².

Момент сопротивления см³.

Момент инерции см⁴.

Радиус инерции см.

Расчетная длина пояса при расчете на продольное сжатиеравна длине дуги с центральным углом

м. Гибкость .

Напряжение в поясе при первом случае загружения

кг/см²

где ; 1.15 – коэффициент для определения W_расч клееных элементов.

Напряжение в поясе при 4-м случае загружения

кг/см²,

где .

Нижний пояс. кг. Требуемая площадь сечения стального пояса

см².

Принимаем 2 уголка 100Х63Х6 общей площадью см². Гибкость пояса в вертикальной плоскости

,

не превышает предельно допустимую для растянутых элементов при статических нагрузках.

Проверка напряжения в поясе с учетом собственного веса по формуле

кг/см²,

где кг/см – изгибающий момент от собственного веса уголка при расстоянии между узлами фермы 8.00 м; см³ – минимальный момент сопротивления одного уголка.

Раскос ДВ: кг, м.

Площадь поперечного сечения раскоса, склеенного из 4-х досок 180Х35 мм, см².

Гибкость

Проверка на устойчивость кг/см², где

Опорный узел (см. лист 3). Усилия кг, кг. Узел осуществляем в виде сварного башмака, воспринимающего давление верхнего пояса лобовым упором. Нижний пояс крепится к башмаку сварными швами. Длина швов для прикрепления одного уголка нижнего пояса

см = 256мм

где - коэффициент, учитывающий ручной метод сварки

- толщина углового шва.

Принимаем длину шва по обушку мм, по перу мм

Длина швов для прикрепления упорного швеллера к фасонкам

см.

Фактическая длина швов по внутренней стороне стенки и по наружным сторонам полок равна см.

Проверяем упорный швеллер №30 на изгиб давлением торца верхнего пояса

кгсм; кг/см².

Смятие торца пояса

кг/см².

Участок стенки швеллера, усиленный листом мм и ребром мм между ребром и полкой (см. рис. 9) рассматриваем как плиту 30Х9 см, опертую по периметру с равномерно распределенной нагрузкой

кг/см².

изгибающий момент в полосе шириной 1 см кгсм.

Напряжение изгиба в усиливающем листе, пренебрегая сопротивлением стенки швеллера,

кг/см².

Ребро жесткости проверяем на изгиб, включая в расчетное сечение прилегающий участок стенки швеллера шириной см. Определяем центр тяжести сечения: площадь положение центра тяжести см. Момент инерции сечения см⁴. Момент кгсм. Напряжение кг/см².

Определяем толщину опорной плиты. Реактивное давление основания на опорный лист

кг/см²,

где кг – максимальная реакция опоры (см. табл. 11.2);

см² – площадь опирания плиты. Момент, изгибающий консольный участок плиты,

кгсм

Момент в середине части плиты, считая края плиты защемленными

кгсм

Необходимая толщина плиты

см.

Принимаем мм.

Промежуточный узел Б верхнего пояса центральным болтом мм, имеющим 4 среза. Сопротивление двух срезов со стороны деревянных накладок принимаем условно с коэффициентом 0.5. Тогда расчетное число срезов болта будет равно .

Усилие на один срез болта кг.

Несущая способность одного среза болта:

по смятию древесины кг;

по изгибу болта кг, где - коэффициент, учитывающий наклон усилия к волокнам древесины под углом .

Стальные накладки прикрепляются глухарями мм, мм, по 2 с каждой стороны. Несущая способность 4-х глухарей по смятию древесины – 80