Курсовой проект по деревянным конструкциям

    Моменты на уровне верха фундаментов:

;

;

.

    Для расчета колонн на прочность и  устойчивость плоской формы деформирования принимаем значения:  

    ВТОРОЕ  СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:

 

    ТРЕТЬЕ  СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК:

• изгибающие моменты в уровне верха фундамента:

      

      

• поперечная  сила:

      

• нормальную  силу (продольную силу) определяют при  γ_n = 0,95:

      

3.4 Расчет  колонны

3.4.1 Расчет  на прочность по нормальным  напряжениям

    Расчет  производится на действие N и M при первом сочетании нагрузок. Рассчитываем на прочность по формуле п. 4.16 СНиП ІІ-25-80:

  М = 15,3542 кН∙м; N = 73,139 кН

      Расчетная длина (в плоскости рамы):

Н₀ = 2,2 · Н = 2,2 · 5,6 = 12,32 м

    Площадь сечения колонны:

F_нт @ F_бр = h_к · b_к = 0,21 · 0,429 = 8,49 · 10^-2 м².

    Момент  сопротивления:

м³.

    Гибкость:

;

.

    При древесине третьего сорта и при принятых размерах сечения по табл. 3 СНиП ІІ-25-80 принимаем R_c = 11 МПа. С учетом m_н, m_сл = 1 и коэффициента надежности γ_n = 0,95 получим:

МПа.

                                                 ,                                                          (3.4.1)

                                                     ,                                                               (3.4.2)

    При эпюре моментов треугольного очертания (по СНиП ІІ-25-80*) вводится поправочный коэффициент к ξ:

. 

    В данном случае эпюра момента близка к треугольной:

 кН· м;

мПа < 13,89 МПа.

    Оставляем принятое ранее сечение, исходя из необходимости ограничения гибкости. 

3.4.2 Расчет  на устойчивость плоской формы  деформирования

      Расчет  на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле СНиП ІІ-25-80. Принимаем, что распорки по наружным рядам колонн (в плоскости, параллельной наружным стенам) идут только по верху колонн. Тогда

l_р = Н, l₀ = Н.

                                                  ,                                    (3.4.3)

    Показатель  степени n=2 как для элементов, не имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования:

R_и = R_с = 13,89 МПа;

;

;

.

    Применительно к эпюре моментов треугольного очертания (см. табл. 2, прил. 4 СНиП ІІ-25-80):

k_ф = 1,75 - 0,75 ∙ d = 1,75 - 0,75 ∙ 0 = 1,75;

d = 0, так как момент в верхней части колонны равен 0:

    Следовательно, устойчивость обеспечена.

3.4.3 Расчет  на устойчивость из плоскости  как центрально-сжатого стержня.

      φ = 0,557 (см. расчет на устойчивость плоской формы деформирования);

      N = 73,139 кН (для второго сочетания нагрузок):

                                                 ,                                                             (3.4.4)

F_расч = F_нт = F_бр = 8,49 ∙ 10^-2 м²;

R_c = 11/0,95 = 11,57 МПа

МПа < 11,57 МПа.

    Устойчивость  обеспечена. 

3.5 Расчет  узла защемления колонны в  фундаменте.

   Принимаем решение узла защемления колонны  в фундаменте с применением железобетонной приставки из бетона класса В25 (R_в > R_с = R_см = 13,89 МПа), из которой выпущены 4 стержня арматуры периодического профиля из стали класса

А-ІІ (рис. 3.1). Вклеивание арматурных стержней в  древесину осуществляется с помощью  эпоксидно-цементного клея ЭПЦ-1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.1 Конструкция узла защемления колонны

   Предварительно  принимаем диаметр арматурных стержней 18 мм. Тогда диаметр отверстия будет:

d_отв = d_а + 5 = 18+5 = 23 мм

    Расстояние  между осью арматурного стержня  до наружних граней колонны должно быть на менее 2d_а : а = 2∙18 = 36 мм. При определении усилий в арматурных стержнях учитываем, что прочность бетона на смятие больше прочности древесины.

    Пренебрегая (для упрощения расчета) работой сжатых арматурных стержней, усилия в растянутых арматурных стержнях находим, используя два условия равновесия (рис. 3.2)

:  ;                                                                        (3.5.1)

:   . 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.2 Схема действия сил на колонну (фундамент условно отброшен и  действие его на колонну заменено силами N₀ и D₀) 

    Из  расчета колонны на прочность  по нормальным напряжениям имеем:

l₀ = 12,32 м; F_нт = 8,49 · 10^-2 м²; W_нт = 6,07 ∙ 10^-3 м³; φ = 0,304; R_с = 13,89 МПа

.

кН∙м

    При N = 35,61 кН; M_д = 16,688 кН∙м; R_см = 13,89 МПа; b_к = 0,21 м; h_к = 0,429 м получим:                                                              

N_а = 0,024 кН.

х = 0,041 м.

    Требуемая площадь арматурных стержней ( МПа) определяется:

                                                         ,                                                        (3.5.2)

  см²

    Ставим 2 стержня диаметром 18 мм, для которых:

F_а = 2 ∙ 2,54 = 5,08 см² > 0,814 см²

    Определим расчетную несущую способность  вклеиваемых стержней на выдергивание по формуле (см. пп. 5.30, 5.31, 5.32 СНиП ІІ-25-80):

                          ,                                                 (3.5.3)

    Предварительно  принимаем длину заделки стержня 360 мм (~20d_a), получим:

 МН > N_а = 2,4 МН.

    Следовательно, несущая способность соединения достаточна.

    Помимо  анкерных стержней целесообразна установка дополнительных анкерных стержней по боковым граням колонны для обеспечения более надежного соединения приставки с клеедощатой колонной. 
 
 
 
 
 

4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

    Конструкции покрытия состоят из таких материалов, как древесина, фанера, стеклопластик, металлические детали крепежа. Наряду с положительными свойствами этих материалов есть и отрицательные. Например, древесина подвержена гниению и возгоранию, а металл – коррозии.

    В этом разделе описаны способы защиты материалов от вредного воздействия агрессивных сред. 

4.1 Гниение  древесины

    Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами – древоразрушающими грибами. Гниение, как результат жизнедеятельности растительных организмов, невозможно без определенных  благоприятных условий:

1. температура должна быть не выше 50⁰С
2. свободный доступ воздуха

    Защита  от гниения имеет важнейшее значение для обеспечения долголетней  службы деревянных конструкций.

    Существует 3 вида защиты от гниения:

1. Стерилизация древесины
2. Конструктивная защита
3. Химическая защита

    Стерилизация  древесины происходит в процессе искусственной, особенно высокотемпературной, сушки. Прогрев древесины при температуре выше 80⁰С приводит к гибели всех присутствующих в ней спор домовых грибов. Такая древесина гораздо дольше сопротивляется загниванию и должна в первую очередь применяться в конструкциях.

    Конструктивная  защита обеспечивает такой режим эксплуатации конструкций, при котором ее влажность не превышает благоприятного для загнивания уровня. Защита древесины закрытых помещений от увлажнения атмосферными осадками достигается полной водонепроницаемостью кровли, выполненной из высококачественных материалов. Защита древесины от увлажнения капиллярной влагой осуществляется отделением ее от бетонных и каменных конструкций слоями битумной гидроизоляции.

    Химическая  защита заключается в пропитке или покрытии конструкций ядовитыми для грибов веществами – антисептиками. Наиболее эффективна пропитка под давлением.

    Для проектируемого здания следует применить следующие способы защиты конструкций:

      - подвергнуть древесину качественной  сушке;

- обработать  поверхности маслянистыми антисептиками,  что защитит древесину и от грибов, и от личинок жуков-точильщиков;

- в  местах примыкания деревянных конструкций к бетону (например, колонны к фундаменту) проложить 2 слоя битумной гидроизоляции (рубероида). 

4.2 Горение  древесины

      Горение древесины происходит в результате ее нагрева до температуры, при которой  начинается ее термическое разложение с образованием горючих газов, содержащих углерод.

      Возгорание  древесины и распространение  невозможно без определенных благоприятных  условий. Длительное нагревание при  температуре 150⁰С или быстрое при более высокой температуре может привести к воспламенению древесины.

      Целью защиты от возгорания является повышение  предела огнестойкости деревянных конструкций, с тем, чтобы они дольше сопротивлялись возгоранию и в процессе горения не создавали и не распространяли открытого пламени. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты.

      Конструктивная  защита заключается в ликвидации условий, благоприятных для возникновения и расширения пожара. Для предотвращения распространения огня деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из огнестойких конструкций. Обыкновенная штукатурка значительно повышает сопротивление деревянных стен и потолков возгоранию.