Деревянное каркасное здание

- момент инерции поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

b_d – расчётная ширина сечения элемента;

V_d – расчётная поперечная сила;

k_mod=1,05 – коэффициент условий работы;

γ_n=0,95 – коэффициент безопасности по назначению.

Проверка на скалывание в опорном сечении

Статический момент S_оп:

Момент инерции опорного сечения:

Площадь опорного сечения:

Для шарнирно-опёртых элементов  при симметричных эпюрах изгибающих моментов синусоидального, параболического  и близкого к ним очертания, а  также консольных элементов коэффициент  km,c определяется по формуле 7.22 [1]:

Т.к. эпюра изгибающих моментов не соответствует очертанию, указанному выше, коэффициент k_m,c следует умножать на поправочный коэффициент k_e, определяемый по формуле:

где:  - коэффициент, учитывающий очертание эпюры изгибающих моментов, определяется по таблице 7.6 [1] (в нашем случае треугольная эпюра моментов);

Т.о. значение коэффициента k_m,c будет состовлять:

При расчёте на прочность  по касательным напряжениям сжато-изгибаемых элементов расчётную поперечную силу V_d следует умножать на коэффициент 1/k_m,c:

Проверяем напряжение в опорном  сечении:

Прочность на скалывание в  опорном сечении обеспечена.

Проверка на скалывание в коньковом сечении

Статический момент S_к:

Момент инерции конькового сечения:

Площадь конькового сечения:

Т.к. при высоте сечения 1188 мм коэффициент k_m,c равен 0,9563, а при высоте сечения 653 мм равен 0,9576 (т.е. отличается незначительно), то в коньковом сечении можно принять коэффициент k_m,c равным опорому 0,9576.

При расчёте на прочность  по касательным напряжениям сжато-изгибаемых элементов расчётную поперечную силу V_d следует умножать на коэффициент 1/k_m,c:

Проверяем напряжение в опорном  сечении:

Прочность на скалывание в  коньковом сечении обеспечена.

 

3.8 Проверка устойчивости плоской формы деформирования

Расчет на устойчивость плоской  формы деформирования сжато-изгибаемых элементов сплошного сечения  следует производить по формуле

  (7.24)

где   — площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке l_m;

W_sup — максимальный момент сопротивления брутто на участке l_m;

n = 2 — для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования на участке l_m и n = 1 — для элементов, имеющих такие закрепления;

k_с — коэффициент продольного изгиба, определяемый по формуле (7.7) для любой гибкости участка элемента расчетной длиной l_m из плоскости деформирования;

k_m,c — коэффициент, определяемый по формуле (7.22);

k_inst — коэффициент, определяемый по формуле (7.19).

Поставим распорку на расстоянии 3,5 м от карнизного узла. Тогда длина  участка lm=hcт+lrm=3,4+3,6=7м.

Коэффициент продольного  изгиба следует определять по формуле (7.7) [1]:

где:  - для древесины;

- гибкость рамы на участке lm, определяемая по формуле:

где:  - длина рамы на участке lm;

- средний радиус инерции полурамы;

В элементах переменного  по высоте сечения коэффициент k_c следует умножать на коэффициент k_g,n, принимаемый по табл.7.1 [1]:

Следовательно:

Для шарнирно-опёртых элементов  при симметричных эпюрах изгибающих моментов синусоидального, параболического  и близкого к ним очертания, а  также консольных элементов коэффициент  km,c определяется по формуле 7.22 [1]:

Т.к. эпюра изгибающих моментов не соответствует очертанию, указанному выше, коэффициент k_m,c следует умножать на поправочный коэффициент k_e, определяемый по формуле:

где:  - коэффициент, учитывающий очертание эпюры изгибающих моментов, определяется по таблице 7.6 [1] (в нашем случае треугольная эпюра моментов);

Т.о. значение коэффициента k_m,c будет составлять:

Коэффициент для изгибаемых элементов прямоугольного поперечного сечения, шарнирно закрепленных от смещения из плоскости изгиба и закрепленных от поворота вокруг продольной оси в опорных сечениях, следует определять по формуле

  (7.19)

где  = — расстояние между точками закрепления сжатой кромки от смещения из плоскости изгиба;

b — ширина поперечного сечения;

h — максимальная высота поперечного сечения на участке l_m;

k_f — коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_m, определяемый по таблице 7.4.

При подкреплении из плоскости изгиба в промежуточных  точках растянутой кромки элемента на участке l_m коэффициент k_inst следует умножать на коэффициент k_r,m, определяемый по формуле (7.25).

Проверяем устойчивость плоской  формы деформирования:

Устойчивость плоской  формы деформирования обеспечена.

 

 

3.9 Расчёт и конструирование узлов

Опорный узел

Рис.3.4 Опорный узел рамы

1. Высота опорного листа:

h=H/(b*fcm.90.d*kmod)=107.7/(165*3*1.05)=0.207 м

 Принимаем сечение пластины 240x16 мм

Крепим фасонки толщиной 8 мм

2. Изгибающий момент в пластине:

Мп=H*lp/8=107.7*165/8=2.22

3. Проверяем прочность пластины:

Σ=M/W=2.22/10.24*1000=217 МПа<Ry=235 МПа

4. Момент от распора рамы:

M=H*h/2=107.7*24/2=12.92 кн*м

5. Площадь и момент сопротивления опорной  пластины:

A=b*l=300*700=2100 см²

6. Определяем краевые напряжения под подошвой:

σ=N/A+M/W=1.12 МПа

σ=N/A-M/W=0.066 МПа

Принимаем бетон класса С6/12.Т.к. отрывающего усилия не возникает  анкерные болты рассчитываются только на срез.

7. Прочность на срез:

τ=N/(A*n_s)=107.7/(2*3.14)=171 Мпа < 190 МПа

Болты диаметром 20 мм класса точности 5.6

 

Коньковый узел

Рис.3.5 Коньковый узел рамы

1. Поперечная сила действующая в коньке от односторонней снеговой нагрузки:

Q=s*l/8=8.64*21/8=22.356 кН

2. Усилие возникающее в первом ряду болтов:

N1=Q*l1/2*l2=22.356*47/(2*35)=15.01 кН

3. Усилие возникающее в втором ряду болтов:

N2=2N1-Q=2*15.01-22.356=7.66 кН

4. Усилие действующее в одном отдельном болте:

Тср=N1/n=15.01/2=7.5 кН

5. Находим требуемый диаметр болтов:

Принимаем болты диаметром 20 мм.

 

 

4. Расчёт колонны фахверка

Рис.4.1 Расчётная схема колонны фахверка

Стеновые панели в соответствии с конструктивным решением здания приняты  самонесущими. Значит нагрузка от них  передаётся на фундамент. Нагрузку от покрытия воспринимает рама. Т.о. колонна  фахверка воспринимает лишь ветровую нагрузку. Следовательно подбор поперечного сечения ведём по предельной гибкости:

По предельной гибкости выбираем сечение колонны фахверка из цельного бруса bxh=175x175 мм.

Расчётная ветровая нагрузка составит:

Проверяем стойку фахверка как балку на изгиб от действия момента, возникающего в результате действия ветровой нагрузки:

Заключение

Выполненные расчеты и  выбранные конструктивные решения  позволяют сделать следующее  заключение:

1. Произведен сбор нагрузок, действующих на одноэтажное деревянное здания.
2. Произведен расчет конструкций крыши — клеефанерной панели с дощатым каркасом под листовую кровлю из профилированного настила..
3. Сечения элементов рамы подобраны в строгом соответствии с существующими нормативными документами, с учетом требований по экономии материала.
4. Сечение колонны с прокладками  подобрано таким образом, чтобы обеспечить устойчивость, максимально использовать несущую способность материала.
5. Все конструктивные решения приняты с учетом сортамента пиломатериалов и из условия соблюдения требований, предъявляемых к точности изготовления деталей.
6. Выполнение всех расчетов деревянных конструкций произведено в соответствии с ТКП 45-5.05-146-2009 Деревянные конструкции.
7. Выполнение всех расчетов металлических конструкций произведено в соответствии со СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.
8. Сбор нагрузок на конструкции произведён в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.

В данном проекте представлен  расчет и конструирование основных составляющих каркаса деревянного  технического здания. В то же время, не все элементы рассмотрены в  рамках этого учебного проекта. Потому, в реальных условиях возможно использование  результатов проекта лишь как  части действительного проекта  здания. Основные технико-экономические  показатели здания приведены на листе  1 графической части проекта.

 

Литература

1. ТКП 45-5.05-146-2009 «Деревянные конструкции»
2. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов / Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; Под ред. Г. Г. Карлсена. и Ю. В. Слицкоухова — 5-е изд. перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1986.
3. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов / Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; Под ред. Г. Г. Карлсена. и Ю. В. Слицкоухова — 6-е изд. перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1991.
4. СНБ 5.05.01-2000 Деревянные конструкции.
5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.
6. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.
7. Головач В. Н., Саяпин В. В., Фомичев В. Ф. Методические указания по расчету и конструированию узловых соединений по курсу “Конструкции из дерева и пластмасс для студентов специальности 29.03 – “Промышленное и гражданское строительство”. — Мн.: БГПА, 1993.
8. Головач В. Н., Саяпин В. В., Фомичев В. Ф. Связи деревянных каркасных зданицй. Методические указания к разделу курсового проекта по курсу “Конструкции из дерева и пластмасс для студентов специальности 1202 – “Промышленное и гражданское строительство”. — Мн.: БПИ, 1981.
9. К.-Г. Гётц, Д. Хоор. Атлас деревянных конструкций / Пер. с нем. – М.: Стройиздат, 1985. – 271 с.
10. Телеш Е.А. и др. Нормоконтроль курсовых и дипломных проектов: Справочно-метод. пособие для студентов строит. специальности — Мн.: БГПА, 1995.—162 с.
11. Иванов В.А. Методические указания к графической части курсового проекта по курсу “Конструкции из дерева и пластмасс” для студентов специальности 1202 – “Промышленное и гражданское строительство”. — Мн.: БПИ, 1986.