Покрытие производственного здания

Министерство науки  и образования РФ

Государственное образовательное учреждение высшего образования

Ростовский Государственный Строительный Университет

Кафедра металлических, деревянных и пластмассовых конструкций

Пояснительная записка

к курсовому проекту

“Покрытие производственного здания”

Выполнил:  ст. гр. ЭУН-518

   Малахова И.А.

Проверил: Масленников Д. А.

Ростов-на-Дону

2011 г.

     Запроектировать деревянные конструкции покрытия промздания при следующих условиях: пролет – 9 м, длина здания –72 м, район строительства –I снеговой, I ветровой,  древесина – II сорта хвойных пород, покрытие холодное, кровля мягкая по сплошному настилу.

      В качестве несущих конструкций покрытия принимаем дощатые фермы с узловыми соединениями на металлических зубчатых пластинах (МЗП), непосредственно к которым прибивают прогоны  под кровлю. Стены проектируем кирпичными.

1. Расчет обрешетки под кровлю.

     Верхние пояса ферм, к которым прибиваются обрешетины, имеют уклон 10°. Расстояние между осями брусков обрешетки равно 25 см. Нагрузки приведены в таблице.

Таблица 1.Нагрузки на прогоны кровли.

     Расчет обрешетки: Распределенная нагрузка

qyH = qH cos α = 0.243*0.985=0.24 кН/м

qxH = qH sin α = 0.04 кН/м

qy = q cos α =0.367*0.985=0.36 кН/м

qx = q sin α = 0.08 кН/м

Так как плоскость действия нагрузки не совпадает с главными плоскостями сечения бруска, то рассчитываем бруски на косой изгиб. Составляющие изгибающего момента относительно главных осей брусков:

Мх = ql2/8 =0,36*2,92/8=0,38 кН/м

Му = 0,08 кН/м

Задаемся шириной сечения обрешетки 50 х 100 мм.

  Моменты сопротивления инерции прогона:

     Wx = 5 ∙ 102/6 = 83 см3;                                        Wy = 10 ∙ 52/6 = 41 см3;

      Ix = 5 ∙ 103/12 = 416 см4;                                      Iy = 10 ∙ 53/12 = 104 см4,

       Наибольшее напряжение

σ = Мх/Wх + Мy/Wy =0,38/(83 ∙ 10-6) + 0,08/(41 ∙ 10-6) = 6.5 МПа < Rиmвmн = 14 ∙ 1,2= 16,8 МПа

Здесь mн - коэффициент условий работы, учитывающий кратковременность действия монтажной нагрузки

mв=1

         Определяем прогиб бруска при первом сочетании нагрузок:

        ƒy = 5 qy н L4 ∙ а /(384 EI) = 5 ∙ 0.24 ∙ 2.94 ∙ 10-3 /(384 ∙ 104 ∙ 416 ∙ 10-8) =

= 1/186<1/150

2. Расчет фермы.

2.1 Определение общих размеров фермы.

       По заданию расчетный пролет стропильной фермы l = 9 м. (рис. 1).

       Принимаем высоту фермы h = 0.79 м.

α =10о         sin α = 0,173;    cos α = 0,9848.

2.2 Статический расчет фермы.

     2.2.1 Нагрузки.

            Расчетная погонная нагрузка на 1 пог. м горизонтальной проекции верхнего пояса фермы: q= Q*5*2

Q – опорная реакция

Q=0,367*3/2=0,55 кН

q=5,5 кН/м

Узловая нагрузка в средних узлах стропильной фермы:

Р = q (a + b)/2 = 5.5( 3+1/5)/2 = 12,36 кН,

Нагрузка на узле 4

Р = qb= 5.5*1.5 = 8,25 кН

где a – длина панели фермы.

          Нагрузка на крайних узлах:

P = q*a/2 = 5.5*3/2 = 8,25 кН.

          Опорная реакция фермы от полной нагрузки равна

A = 16,5 кН.

2.2.2 Определение усилий в стержнях стропильной фермы.

                                                                                                                                      Таблица 2.

Усилия в стержнях фермы при различных сочетаниях нагрузок

2.3  Подбор сечений элементов фермы.

        2.3.1 Верхний пояс.

Принимаем ориентировочно ширину сечения 100 мм.

Изгибающий момент:

             М = ql2/2 = 6,19 кН∙м,

  F = 10h;

              W = 10 h2/6

λ = 120, φ=0,208

Напряжение в элементе [2, формула 28]:

σ = NО /F + Мд /W=95,020/0,208*10*h +6,19/1.67h2 <=13,

Находим hmin=8,2, принимаем 10 см

λ = l/r = 1,523 /(0,289 ∙ 10) = 52,7< 120

Принимаем брус сечением 10х10 см.

      2.3.2 Нижний пояс.

N=93,576 кН, l=3м

Задаемся сечением – 50х100 мм. Напряжения в нем

                      σ = N1-3/F = 93,576 /50 = 1,87 < Rp= 7 МПа.

    2.3.3 Сжатые элементы решетки.

Раскос 2-5. Усилие N=23.258, l=1.613м

      Сечение принимаем ориентировочно 50х100 мм.

              λmax = 163/(0,289 ∙ 5) = 111,62 < [ λ ] = 120

λmax > 70 [2, формула 9]

             φ = 3000/λ2max = 3000/111,62 2 = 0,240 [2, формула 8] ;

σ = N/(φF) = 111,62 /(0,240 ∙ 5*10) = 9.3 МПа  < Rc = 13 МПа.

      2.3.4 Растянутые элементы решетки. 

N4-5  =  -17,124 кН.

Сечение растянутых элементов  решетки принимаем ориентировочно 5х10 мм.

σ = Nmax/F = 17,124 /50 = 0.34 МПа < Rp = 7 МПа.

2.4 Расчет узлов

      2.4.1 Узел 1 (опорный).

Требуемая площадь соединения на верхнем поясе при 1-3 = 93,57 кН,

β = 0°, γ1 = 10°, R = 0,8 МПа [Табл.4 прил.2] и η = 0,8

Fтр =93,57/(2 ∙ 0.8 ∙ 0,8) = 73,1 см2,

где:  R здесь и ниже принимается по прил. 2 [1]; 

          η – коэффициент, которым учитывается эксцентриситет от внецентренного   приложения усилий  к МЗП [4, табл.4].

       Требуемая площадь соединения на нижнем поясе при 1-2 = 95,02 кН,  β = 0°,     γ1 = 10°, R = 0,8 МПа и η = 0,8

Fтр = 95,02/(2 ∙ 0.8 ∙ 0,8) = 74,23 см2.

        Требуемая длина среза МЗП при Qср = 95,02 кН, γср = 10° и Rср = 70 кН/м,

lср = 95,02/(2 ∙ 70) = 67,9 см.

Требуемая площадь сечения = 74,23 см2, принимаем пластину размерами 100х400 мм и размещаем таким образом, чтобы рабочая площадь соединений была не меньше требуемой.

      2.4.2 Узел 2.

Требуемая площадь соединения на поясе при β = 20° и R = 0,7 МПа

Fвп = 23,26/(2*0.7) = 16,61 см2.

Требуемая площадь соединения на раскосе при β = 0° и R = 0,8 МПа

       Fраскос = 23,26/(2 ∙0.8) = 14,54 см2

Требуемая площадь сечения = 16,61 см2, принимаем пластину размерами 180х45 мм и размещаем таким образом, чтобы рабочая площадь соединений на раскосе и на поясе была не меньше требуемой.

     2.4.3 Узел 5.

Соединение элементов узла одной пластиной явно нерационально, поэтому каждый раскос следует закреплять отдельно.

                    При креплении раскоса 2-5 к нижнему поясу требуемая площадь соединения на поясе при 2-5 = 23,26 kН, β = 10°  и   R = 0,8 МПа

Fв.п = 23,26/(2 ∙ 0,8) = 14,54 см2

на раскосе при β = 0° 

Fp = 23,26/(2 ∙ 0,8) = 14,54 см2.

  Принимаем пластину размерами 450x90 мм и размещаем таким образом, чтобы рабочая площадь соединений на раскосе и на поясе была не меньше требуемой.

       Для крепления стойки 4-5 к нижнему поясу требуемая площадь соединения на поясе при 4-5 = 17,12 kН, β = 90° и R = 0,4 МПа

Fп = 17,12/(2 ∙ 0,4) =21,4 см2;

На раскосе при β = 0°,  Rср = 0,8 МПа

Fp = 17,12/(2 ∙ 0,8) = 10,7 см2.

Принимаем пластину размером 200х45 мм и размещаем таким образом, чтобы площадь соединения МЗП на каждом элементе была больше расчетной.

     2.4.4 Узел 4.

Требуемая площадь соединения на раскосе 4-5

β = 80°  и   R = 0,4 МПа

Fp = 17,12/(2 ∙ 0,4) = 21,4 см2;

на поясе при β = 0°  R = 0,8 МПа

Fп = 17,12/(2 ∙ 0,8) = 10,7 см2.

     Принимаем пластину размером 600х140 мм и размещаем таким образом, чтобы площадь соединения МЗП на каждом элементе была больше расчетной.

     Список использованной литературы

1.       Мартемьянов В. И., Веселов Ю. А. «Проектирование современных деревянных конструкций»

2.       СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»

3.       Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП)

4.       Рекомендации по проектированию и изготовлению дощатых конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах.

ЦНИИСК им. Кучеренко 83г.