Покрытие по треугольным металлодеревянным фермам с клеёным верхним поясом

 

Нижегородский государственный

архитектурно-строительный университет

 

 

Инженерно-строительный институт

 

Кафедра конструкций из дерева, древесных композитов и пластмасс

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект на тему:

 

«Покрытие

по треугольным  металлодеревянным

фермам с  клеёным верхним поясом»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент: гр. 137                                                                        А.В.Тимофеева

 

Проверил:                                                                                  В. Г. Миронов

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород 2011

 

Содержание

1. Расчёт и конструирования покрытия по треугольным металлодеревянным фермам с клеёным верхним поясом 3

1.1. Задание на проектирование 3

1.2. Выбор конструктивного решения покрытия 4

1.3. Расчет рабочего настила в покрытии 4

1.3.1 Древесина, ее влажность и расчетные сопротивления 4

1.3.2 Сбор нагрузок на настил 5

1.3.3 Расчет рабочего настила на первое сочетание нагрузок  на нормальную составляющую нагрузки ___________________________________________________________________________7

1.3.4 Расчет рабочего настила на второе сочетание нагрузок на нормальную составляющую нагрузки ___________________________________________________________________________8

1.4. Расчет прогонов покрытия 9

1.4.1 Выбор сорта древесины, ее влажности и расчетных сопротивлений 9

1.4.2 Сбор нагрузок на прогоны. 10

1.5. Подбор предварительного сечения колонны 15

1.6. Расчет и проектирование треугольной металлодеревянной фермы с клееным верхним поясом 16

1.6.1 Определение общих размеров фермы 16

1.6.2 Выбор сорта, влажности и расчетных сопротивлений древесины, типа и марки клея 17

1.6.3 Определение нагрузок 18

1.6.4 Определение усилий в элементах фермы 18

1.6.5 Подбор сечений деревянных элементов фермы 22

1.6.6 Выбор марок сталей для стальных элементов фермы, расчётных сопротивлений стали и сварных соединений 26

1.6.7 Подбор сечения стальных элементов фермы 28

1.6.8 Расчёт узлов фермы 29

2. Литература 37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчёт и конструирования покрытия по треугольным металлодеревянным фермам с клеёным верхним поясом

 

1. Задание на проектирование

Рассчитать  и сконструировать покрытие однопролетного здания складского назначения. Здание каркасное с размерами в плане  по разбивочным осям 50´18 м. Здание не отапливаемое. Колонны - деревянные клеёные. Шаг колонн вдоль здания - 5 м. Привязка колонн к продольной оси здания нулевая. Высота помещения от пола до низа несущих конструкций покрытия составляет 5,4 м. Несущие конструкции покрытия - треугольные металлодеревянные фермы с клееным верхним поясом. Кровля - из гибкой черепицы, уложенной по двойному настилу, который устраивается по спаренным прогонам. Материал деревянных конструкций – сосна 2 и 3 сорта. Участок строительства защищен от прямого воздействия ветра. Район строительства – город Бор, Нижегородской области. Условия эксплуатации конструкций покрытия – Б2. Коэффициент надёжности по ответственности здания g_n=1,0.

Схема поперечного разреза  здания приведена на рисунке 1.

Рисунок 1-Схема поперечного  разреза здания.

 

Рисунок 2 – Схема сплошного двойного дощатого настила по спаренным прогонам.

 

2. Выбор конструктивного решения  покрытия

В качестве несущих конструкций  покрытия рассмотрены треугольные металлодеревянные фермы с клееным верхним поясом. Фермы опираются на колонны, выполненные из клеёной древесины. По фермам укладываются неразрезные спаренные прогоны из двух досок поставленных на ребро со стыками в разбежку и скрепленных между собой по всей длине гвоздями. По прогонам укладывается сплошной рабочий настил из досок, сечение которых принимается равными 25´100 мм согласно существующему сортаменту пиломатериалов по ГОСТ 24454-80 (см. табл.1, Приложения 1). К рабочему настилу прибиваются доски сплошного защитного настила сечением 25´100 мм. Защитный настил является основанием под кровлю из гибкой черепицы. Доски защитного настила прибиваются к рабочему под углом 45°. Такой настил образует жесткую пластину в плоскости крыши, обеспечивающую неизменяемость покрытия.

 

3.  Расчет рабочего настила в покрытии

1. Древесина, ее влажность и расчетные сопротивления

Согласно заданию и рекомендациям СНиП II-25-80 (п.2.2) для настила использована древесина сосны третьего сорта по ГОСТ 8486.

Температурно-влажностные  условия эксплуатации конструкций, согласно заданию – Б2. Для этих условий максимально допустимая влажность естественной древесины составляет 20%.

Расчетные сопротивления  древесины сосны 3-го сорта назначаются  согласно примечаниям 5 к таблице 3 [1], то есть 13 МПа.

 

2.  Сбор нагрузок на настил

Согласно СНиП II-25-80 расчету подлежит только рабочий настил. В данном случае это сплошной настил. Расчетная полоса обычно принимается шириной b_н=1,0 м. Расчетная схема принимается в виде двухпролетной неразрезной балки с пролетами, равными расстоянию между прогонами B_пр (шаг прогонов). В двойных настилах защитный настил не рассчитывается, его задача заключается только в распределении нагрузки на доски рабочего настила и обеспечении жесткости в плоскости ската кровли.

Рисунок 3 – К расчету  на первое сочетание нагрузок.

Согласно п.6.14 [1] настилы  рассчитываются на следующие два сочетания нагрузок:

1^ое сочетание - постоянная и временная от снега (расчет на прочность и прогиб) (рис.2);

2^ое сочетание - постоянная и временная от сосредоточенного груза Р = 1 кН (100 кгс) с умножением последнего на коэффициент, учитывающий кратковременность монтажной нагрузки, определяемый по табл. 6 [1]      m_n = 1,2 (расчет только на прочность).

 

Подсчет нагрузок на настилы  производится в соответствии со СНиП 2.01.07-85* “Нагрузки и воздействия” [2].

Сбор нагрузок на настил производится в табличной форме (таблица 1).

 

 

Таблица 1

Сбор нагрузок на настил

№	Конструктивные элементы и нагрузки	Нормативная нагрузка, Па	gf	Расчетная нагрузка, Па
1. Постоянные нагрузки
1.1	Гибкая черепица (катепал) по подоснове	120	1,3	156
1.2	Защитный настил из досок толщиной  dз.н.=25 мм. dз.н. · r · g = 0,025 · 500 · 10	125	1,1	137,5
1.3	Рабочий настил из досок толщиной  dр.н.=25мм. dр.н. · r · g = 0,025 · 500 · 10	125	1,1	137,5
1.4	Итого постоянная нагрузка на рабочий  настил:		---
1.5	ИТОГО нормальная составляющая постоянной нагрузки к плоскости покрытия:		---
2. Временные нагрузки
2.1	Полное значение снеговой нагрузки, S	1680	1/0,7	2400
2.2	ИТОГО нормальная составляющая снеговой нагрузки к плоскости покрытия	1580		2258
2.3	Полное значение длительной доли нормативной нагрузки,	359 + 1580·0,5 = 1149
Примечания: В п. 1.1 -  60Па –  вес одного слоя материала на битумной мастике; В п. 1.2 и 1.3 r = 500кг/м3 – плотность древесины сосны согласно приложения 3 норм [1]; dз.н.- толщина досок защитного настила; dр.н. – толщина досок рабочего настила; В п. 2.1 Sg = 2400Па – расчетное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое согласно п. 5.2. [2].

 

 

 

3.  Расчет рабочего настила на первое сочетание нагрузок  на нормальную составляющую нагрузки

Полная линейная расчетная  нагрузка на рабочий настил

где: - коэффициент надежности по ответственности, принимаемый по приложению [2].

Принимаем шаг расстановки  прогонов В_пр = 2,0м. Тогда расчетный изгибающий момент в настиле от первого сочетания нагрузок составит

 

Геометрические характеристики поперечного сечения рабочего настила  шириной b_н = 100см и толщиной d_р.н. = 2,5см:

момент сопротивления

момент инерции

Проверка прочности настила  по нормальным напряжениям

где: R_u = 13МПа – расчетное сопротивление изгибу для элементов настила под кровлю из древесины 3-го сорта согласно примечанию 5,  табл.3 норм [1].

Полная линейная нормативная  нагрузка на рабочий настил

.

Прогиб настила  определяется как для двухпролетной неразрезной балки из выражения

 

где: Е = 10¹⁰ Па – модуль упругости древесины при расчете конструкций по предельному состоянию второй группы согласно п. 3.5 норм [1]. При расчете по прогибам должно выполняться условие

,

где: f_u – предельно допустимый прогиб, определяемый по табл. 19 [2].

- предельный прогиб для пролета  настила l = 2,0 м.

Следовательно

.

Таким образом, жесткость  и прочность рабочего настила  от первого сочетания нагрузок обеспечена.

 

4. Расчет рабочего настила  на второе сочетание нагрузок на нормальную составляющую нагрузки

Как уже отмечалось при двойном настиле сосредоточенный груз принимается распределенным на ширину 0,5 м; на полосу шириной 1,0 м формально действовала бы нагрузка в два раза больше,  т.е.

.

Расчетная линейная нагрузка на 1 п.м. настила от действия только постоянной нагрузки

 

Расчетный изгибающий момент в настиле от второго сочетания  нагрузок определяется по формуле

Проверка прочности настила  по нормальным напряжениям

 МПа < R_u · m_н = 13 · 1,2 =15,6 МПа,

где: m_н =1,2 – коэффициент, учитывающий кратковременность монтажной нагрузки N^P, определяемый по табл. 6 [1].

Прочность настила от второго  сочетания нагрузок обеспечена.

 

4. Расчет прогонов покрытия

1. Выбор сорта древесины, ее влажности и расчетных сопротивлений

Принимаем согласно заданию  для прогонов древесину сосны  второго сорта по ГОСТ 8486.

Температурно-влажностные  условия эксплуатации конструкций, согласно заданию – Б2. Для этих условий максимально допустимая влажность неклееной древесины составляет 20%.

Расчетные сопротивления  древесины сосны 2-го сорта назначаем  согласно таблице 3 [1] с учетом необходимых  коэффициентов условий работы по п.3.2.

Выпишем из таблицы 3 СНиП II-25-80 табличные значения расчётных сопротивлений, перемножим их на коэффициенты условий работы для проектируемых конструкций и сведём их в таблицу 1.

Таблица 2 – Расчётные сопротивления древесины сосны 2 сорта.

Конструктивные элементы и виды напряженного состояния	Значения табличного расчетного сопротивления, МПа	Коэффициенты условий работы	Расчетное сопротивление, МПа
Элементы прямоугольного сечения  шириной до 11 см при высоте сечения до 50 см	Rи=13,0	mп=1;   mв=1 mд=1;   mт=1 mа=1	13,00

 

 

 

2. Сбор  нагрузок на прогоны.

Расчёт прочности и  жёсткости прогонов

Неразрезные спаренные прогоны  проектируются из двух досок поставленных на ребро со стыками в разбежку, расположенными на расстоянии  от оси опор и рассчитываются по равнопрогибной схеме (рис. 4). Здесь l – пролет прогонов, равный шагу ферм В = 5,0м.

 

 

Рисунок 4 – Общий вид и расчетная схема спаренных прогонов из досок

При расстоянии между прогонами В_пр = 2,0 м, линейные нагрузки на прогон составят:

расчетная

нормативная

Расчетный (то есть максимальный) изгибающий момент в неразрезных прогонах, выполненных по равнопрогибной схеме, находится на средних опорах и равен

на второй от торца здания опоре равен

Задавшись толщиной досок прогона b = 100мм (см. табл.1 приложения), по табл.3 [1] определяем расчетное сопротивление древесины сосны изгибу, которое согласно п.1 табл.3 равно R_u = 13 МПа = 13·10⁶ Па.

Определяем требуемый  момент сопротивления поперечного  сечения прогона в средних  опорах

 

Определяем требуемый  момент сопротивления поперечного  сечения над второй опорой от начала прогона