Каркас одноэтажного деревянного здания

 

 

Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет

Инженерно – строительный факультет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Каркас одноэтажного деревянного здания»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Лыу Ба Тхиен.

группы 2012/3

Проверил: Семенов К.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013 г.

Содержание.

 

1. Конструктивная схема  здания.	3
1.1. Деревянные  фермы.	3
1.2. Выбор  шага рам.	4
1.3. Связи.	4
2. Конструирование и расчет  покрытия здания.	7
2.1. Конструкция  покрытия.	7
2.2. Подбор  сечения рабочего настила.	7
2.3. Подбор  сечения стропильных ног.	10
2.4. Подбор  сечения прогонов	11
2.5. Расчет  гвоздевого забоя.	13
3. Расчет и конструирование  элементов ферм.	13
3.1. Определение  узловых нагрузок.	13
3.2. Определение  усилий в стержнях ферм.	13
3.3. Подбор сечений элементов ферм.	14
4. Расчет и конструирование  узлов ферм.	18
4.1 Промежуточный узел.	18
4.2 Центральный узел.	19
4.3 Опорный узел.	20
4.4 Стык  нижнего пояса.	23
Список используемой литературы.	25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Конструктивная схема здания.

 

Проектируется одноэтажное здание с несущим деревянным каркасом. Основу каркаса составляют последовательно расположенные рамы, образованные двумя колоннами и ригелем. В качестве ригеля используется треугольная деревянная ферма. Колонны жестко закреплены в фундаменте в плоскости рамы и шарнирно в плоскости стены.

 

 

 

 

 

 

Пространственная жесткость здания обеспечивается связями, объединяющими отдельные рамы.

 

 

1.1. Деревянные  фермы.

 

Рассмотрим треугольную деревянную ферму.

 

 

В фермах различают следующие элементы:

1 – Нижний пояс.

2 – Верхний пояс.

3 – Раскосы.

4 – Стойки.

Все элементы фермы в данном проекте выполнены из деревянного бруса, за исключением стоек, которые выполняются из стального кругляка.

Высота фермы определяется по пролету:

 

hф =1/4Lф при Lф<=14 м – 6-ти панельная ферма

hф=1/5Lф при Lф>=14 м - 8-ми панельная ферма

 

В данном проекте пролет фермы Lф= 15,0 метров,

поэтому высота фермы hф=1/5*15,0= 3 метра

 

Точки пересечения элементов фермы – узлы. Выделяют несколько характерных узлов:

5 – Опорные.

6 – Коньковый.

7 - Центральный  узел нижнего пояса.

 

Расстояние между соседними узлами нижнего пояса называется длиной панели(lп). В этом проекте рассмотрена равно панельная ферма.

 

 

1.2. Выбор  шага рам.

 

Шагом рам называется расстояние между двух рядом стоящих рам в плоскости стены. В зданиях такого типа он зависит от нагрузок на покрытие и обычно составляет 3 до 6 метров. Так как проектируемое здание отапливаться не будет (т.е. покрытие будет не утепленное), а снеговая нагрузка будет соответствовать 2-му снеговому району, принимаем число шагов 13, а шаг рам а= 4,36м

Высота здания, пролет фермы и ветровой район при назначении шага рам не учитываются.

 

 

1.3. Связи.

 

Конструктивная схема каркаса одноэтажного деревянного здания с треугольной 6-ти панельной фермой и схема размещения связей представлены на рисунке:

1 – вертикальные связи между  фермами. Размещаются так, чтобы  ни одна ферма не осталась  без вертикальных связей, что  приводит к их расстановке  через пролет между рамами, а  при четном количестве пролетов приходится их устанавливать подряд в двух пролетах (например у одного из торцов здания).

2 – связи в плоскости верхних  поясов ферм. Устанавливаются в  торцевых пролетах, но если длина  здания превосходит 30 м, то они  устанавливаются и в центральных  пролетах, по возможности с равным шагом.

3 – связи в плоскости нижних  поясов ферм. Эти связи расставляются  так, чтобы на виде снизу они  проецировались на связи в  плоскости верхних поясов ферм.

Связи 1, 2 и 3 принято называть ветровыми, так как они придавая пространственную жесткость конструкции, позволяют наряду с прочими элементами каркаса распределять ветровую нагрузку, действующую на торец здания между всеми рамами.

Кроме связей между фермами в каркасе здания выделяют связи между колоннами:

6 – горизонтальные связи между колоннами.

7 – связи в плоскости стены  между колоннами. Они устанавливаются  в крайних от торцов здания  пролетах, а в зданиях, длинна  которых превосходит 30 м, и в центральных  пролетах.

На рисунке изображены также прогоны (4) и стропильные ноги (5) – это элементы покрытия, не входящие в структуру связей. Прогоны располагаются вдоль всего здания по узлам верхних поясов ферм. Стропильные ноги укладываются поперек прогонов в плоскости верхних поясов ферм с шагом от 0.7 до 1.5 м в зависимости от величины снеговой нагрузки. В этом курсовом проекте шаг стропильных ног принят C равным 1 м.

  C = a/n = 4,36/5 =1 м

 

n : число шагов, n = 5

 

 

 

 

 

 

2. Конструирование  и расчет покрытия здания.

 

2.1. Конструкция  покрытия.

 

Теплая кровля

 

 

Разрез тёплой кровли (сверху):

 

1. трёхслойный рубероидный ковёр для гидроизоляции;
2. утеплитель (удерживает тепло, например, пенопласт с , толщиной 5-8 см);
3. пароизоляция (гидроизолирующий материал);
4. рабочий настил (доски 25-40 мм) – основной несущий элемент;
5. стропила;
6. прогон;
7. верхний пояс фермы.

 

2.2. Подбор  сечения рабочего настила.

 

Рабочий настил рассчитывается на прочность и прогиб, как неразрезная 2-х пролетная балка.

 

2.2.1 Первое сочетание нагрузок настиля:

постоянная (собственного веса) + временная (снеговая).

Расчетная схема:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Нагрузки собственного веса.

 

№	Элемент настила
1	Трёхслойный рубероидный ковёр	10	1,3	13
2	Утеплитель,   ,	5	1,3	6,5
3	Пароизоляция	3	1,3	3,9
4	Защитный настил	8	1,1	8,8
5	Рабочий настил, ,	12,5	1,1	13,8
		нормативная		расчётная
	Сумма:	38,5		46

 

Обозначения в таблице:

gn – нормативная нагрузка собственного веса;

g - коэффициент надежности по нагрузке собственного веса;

g - расчетная нагрузка собственного веса.

 

Определим снеговые нагрузки. Снеговой район = 2 Þ Sg = 120 кг/м2

Далее определяем погонные нагрузки q и p.

 

q = g * B   = 46 кг/м

qn = gn * B = 38,5 кг/м

 

где B – ширина полосы сбора нагрузки (B = 1 м);

a - угол наклона кровли к горизонту (cosa = 0,93).

 

 P*n = S0* cosa =0.7*120 * 0.93 =78,12 кг/м

P* = P*n *g = 78,12 * 1.4 = 109,368 кг/м

 

P*n: нормативная нагрузка от веса снега с учета уклонной кровли на 1м2

P*: Расчетная нагрузка от веса снега с учета уклонной кровли на 1м2

 

p = P* * B= 109,368*1=109,368 кг/м

pn= P*n* В= 78,12 кг/м

1. Расчет по прочности

s= Mmax / W <= Rизг * mв

 

где s - напряжение;

M - расчетный изгибающий момент;

W - момент сопротивления рабочего настила;

Rизг - расчетное сопротивление изгибу (Rизг = 130 кг/см²);

mв - температурно-влажностный режим-коэффициент, учитывающий работу древесины, зависящий от отапливаем ости здания (так как здание не отапливается mв = 0.9).

 

Мmax = 1/8 * (q+ p) * L²* cosa = 0.125 * (46 + 109,368) * 1² *0.93 = 19,421 кгс*м

= 19421 кг*см

 

W = B* t² / 6 = 100 * 2.5² / 6 = 104.167 cм³

 

s = 18,644 кгс/см² < Rизг * mв = 130 * 1 = 130 кг/см2

 

Напряжение настиля обеспечено

 

2.Расчет по жескости

 

f=2.13 / 384 * (qn + pn ) *L4 / EI <= [ f ]

 

где E – модуль нормальной упругости (E = 1 * 105 кг/см2);

I – момент инерции;

[ f ] – допустимый прогиб.

 

I = Bt³ / 12 = 100 * 2.5³ / 12 = 130.21 см4

 

[ f ] = L / 150 = 100 / 150 = 0,67 cм

 

f = 2.13 / 384 * (0.385 + 0,7812 ) * 1004 / 105 *130.21 =0.05 см< 0.67 см

 

Вывод: принимаем  t =2.5 cм

 

 

 

2.2.2 Второе сочетание нагрузок настиля:

постоянная (собственного веса) + монтажная.

 Расчетная схема:

 

 

 

Расчет по прочности

s= Mmax / W <= Rизг * mв

 

Мmax = 0.07 * q * L² + 0.207 * 2 * Рч * L

 

где Рч – расчетная нагрузка от веса человека.

 

Рч = Рчн * g = 100 * 1.2 = 120 кг

 

где Рчн – нормативная нагрузка от веса человека (Рчн = 100 кг);

g - коэффициент надежности (g = 1.2).

 

Mmax = 0.07 * 12 * 46  + 0.207 * 2 * 120 * 1 = 5290 кг*см

 

s = 5290 / 104.167 = 50,784 кг/см² < Rизг * mн * mв = 130 * 1.2*1 = 156 кг/см2

 

Условие прочности выполнено

Вывод : принимаем толщину доски t =2.5 cм

 

 

 

 

2.3. Подбор сечения  стропильных ног.

 

Нормы предписывают выполнять расчет стропильных ног как однопролетную балку.

Расчетная схема:

 

 

 

 

Расчетный пролет стропильной ноги вычисляется по формуле:

 

L = d / cosa = 2.5 / 0.93 = 2.688 м

 

где d – длина панели фермы (d = 2.5 м)

pn: нормативная погонная нагрузка от веса снега.

p:  расчетная погонная нагрузка от веса снега.

qn:  нормативная погонная нагрузка от собственного веса.

q : расчетная погонная нагрузка от собственного веса.

g - коэффициент надежности по нагрузке (g = 1.1).

 

1. Определение сборной нагрузки:

 

q = g * c * cosa + 5 * g = 46 * 1 * 0.93 + 5 * 1.1 = 48,28 кг/м

 

qn = gn * c * cosa + 5 * g = 38,5 * 1 * 0.93 + 5 * 1.1 = 41,305 кг/м

 

p =p* * c *  cosa = 109,368 * 1 * 0.93 = 101,71 кг/м

 

pn = p*n * c *  cosa = 78,12 * 1* 0.93 =72,65 кг/м

 

 

2. Расчет

По прочности: Стропилла работает на поперечный изгиб.

 

s= Mmax / W <= Rизг * mв= 130* 1 = 130 кг/см2

 

Мmax = 1/8 * (q+p) * L² = 1/8 * ( 48,28 + 101,71 ) * 2.6882 = 135,466 кг*м

 

Из сортамента выбераем b=7,5 cм; h=10 cм

 

W = 1/6 * b * h2 = 1/6* 7,5 * 102 = 125 см3

 

s = 108,373 < 130 кг/см2

Условие прочности выполнено.

 

 

По жескости :

f = 5/384 * (qn + pn) * L4 / (E*I) <= fadm

 

I = bh3 / 12 =  976.6 см4

 

f = 5 / 384 * (41,305 + 72,65) * 10-2* 2,6884 *108 / (1 * 105 * 625) = 1,24 см

 

fadm = 1/200 * L = 268,8/200 = 1,344 см

 

f < fadm  брус сечением удовлетворяет требованиям

 

Вывод: брус сечением 7,5 х 10 см удовлетворяет требованиям.

 

 

2.4. Подбор сечения прогона.

 

Расчет сечения прогона производится по двум группам предельных состояний.

 

 

1.Определение нагрузок:

 

 

q = g * d + 22.5 * g = 46 * 2,5 + 22,5* 1,1 = 139,75 кг/м

 

qn = gn *d + 22.5 = 38,5 * 2,5 + 22,5 = 118,75 кг/м

 

p = p* * d = 109,368 * 2,5 = 273,42 кг/м

 

pn = p*n * d = 78,12 * 2,5 = 195,3 кг/м

 

2.Расчет : прогон работает на поперечный изгиб.

 По прочности:

 

 

s = Mmax / W <= Rизг * mв = 130 кг/cм2

 

Мmax = (q + p) * L² / 12 = 654,52 кг*м

 

 Выбераем из сортамент размеры : b = 6 см , h = 20 см

 

W = 2 b h² / 6 = 2 * 6 * 202 / 6 = 800 см3

 

s = 83,18 кг/cм2 < 130 кг/cм2

 

Условие прочности выполнено