Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Апреля 2014 в 02:19, курсовая работа
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.
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
По жескости:
f < [ f ] = L / 200 = 436 / 200 = 2,18 см
f = 5 / 384 * (qn + pn) * L4 / EI
I = 2 b* h3 / 12 = 2 * 6 * 203 / 12 = 8000 см4
f = 1,85 см < [ f ] = 2,18 см
Вывод: брус сечением 6 х 20 см удовлетворяет требованиям. Так как крайние пролеты сокращены, то условия прочности и по прогибам выполняются и для них.
2.5. Расчет гвоздевого забоя.
Зададим диаметр гвоздя dгв = 4 мм.
Определяем aг = 0.2 L – 23 dгв = 0.2 * 436 – 23 * 0.4 = 82,36 cм= 0,8236 м
Определяем Tгв = 64 кг
Находим количество гвоздей n = Моп/(2*aг* Tгв)= 645,52/(2*0,8236*64)= 6,21
Принимаем n = 7 шт.
3. Расчет и конструирование элементов ферм.
3.1. Определение узловых нагрузок.
Все вертикальные нагрузки, действующие на ферму, делятся на постоянные и временные. При определении усилий принимается, что все нагрузки приложены к узлам верхнего пояса.
P – узловая нагрузка от действия снега.
G – узловая нагрузка от действия собственного веса.
G = (gпокр + gф) *a*d/ cosa
где d – длина панели
gпокр: нагрузка от собственного веса всего элементов покрытий на 1м2
gпокр = g + gоб + gпр (кг/м2)
Где g: нагрузка от собственного веса настиля.( g = 46 кг/м2)
gоб: расчетная нагрузка от собственного веса стропилл.
gоб = Aоб * ₰ * 1/c * gf (кг/м2)
Aоб : площадь поперечного сечения стропилли. Aоб =(7,5 х 10) = 75cм2
₰ = 500 кг/м3
с : шаг стропилл.
gоб = 75 * 10-4 * 500 *1 * 1,1 = 3,784 кг/м2
gпр: расчетная нагрузка от собственного веса прогона.
gпр= Aпр * ₰ * cosa /d * gf
Aпр : площадь поперечного сечения прогона. (Aпр=2 *6 х 20 = 240 cм2)
gпр= 240*10-4 * 500 *0.93/2,5 * 1.1 = 2,455 кг/м2
gпокр = 52,239 (кг/м2)
gф: расчетная нагрузка от веса фермы.
gф = (gпокр + p* )/ (1000/l* kcb – 1) = ( 52,239 + 109,368)/ (1000/15*5 – 1) = 13,1 (кг/м2)
Узловая нагрузка от действия собственного веса:
G = (gпокр + gф) *a*d/ cosa = ( 52,239 +13,1) * 4,36 * 2,5 / 0.93 = 765,8 (кг/м2)
P = p* * a * d/ cosa = 109,368 * 4,36 * 2,5 / 0.93 = 1281,84 (кг/м2)
3.2. Определение усилий в стержнях фермы.
Расчет выполняется на единичных нагрузках, приложенных к половине фермы.
№ стержня |
Усилия от 1 |
N(кг) |
H1 |
6.25 |
12797,75 |
H2 |
6.25 |
12797,75 |
H3 |
5 |
10238,2 |
B1 |
-6,72 |
-13760,141 |
B2 |
-5,38 |
-11016,3 |
B3 |
-4,03 |
-8251,99 |
P1 |
-1,34 |
-2743,838 |
P2 |
-1,6 |
-3276,224 |
C1 |
0 |
0 |
C2 |
0,5 |
1023,82 |
C3 |
2 |
4095,28 |
3.3. Подбор сечений элементов ферм.
Выбираем стержень с наибольшим растягивающим усилием. В данном случае это стержни Н1,Н2, N = 18262.5кг
sр = N / Aнт <= Rp *т0* mв
sр : Максимальное растягивающее напряжение на НП.
Aнт: площадь поперечного сечения с учетом возможности ослабления сечений НП.
m0 – коэффициент условий работы, учитывающий ослабление поперечного сечения
Rp = 100 кгс/см2; mв= 1, т0 = 0.8
.
Aнт = N / (Rp *т0* mв) = 12797,75/ (100 * 1 * 0.8) = 159,972 см2
Абр – полная площадь поперечного сечения
Абр= Aнт / 0.75 = 213,296 см²
Из сортамента выбераем размеры b = 12,5 см, h = 17,5 см
Выбираем стержень с наибольшим сжимающим усилием. В данном случае это стержни В1, N = -19635.8 кг
Проверка по условию прочности.
sр = N / Aнт <= Rс * mв
sр : Максимальное растягивающее напряжение на ВП.
Aнт: площадь поперечного сечения с учетом возможности ослабления ВП.
Rс = 140 кг/см2 ; mв = 1
Aнт >= N/( Rс * mв) = 13760,141/ (140*0.9) = 98,287 см2
Aбр = Aнт / 0.75 = 131,05 см2
Из сортамента принимаем размеры бруса b = 12,5 см, h =15 см
Проверка по условию устойчивости.
s = N / (j * Aбр) <= Rс * mв
j - коэффициент продольного изгиба
j = 1 - 0.8 (l / 100)2, при l < 70
j = 3000 / l2, при l >= 70
l - гибкость стержня
l = max(lx; ly)
lx – гибкость в плоскости фермы.
lx = Lpx / ix
Lpx – расстояние между узлами верхнего пояса (Lpx = 2,688 м).
ix – радиус инерции.
ix = 0.289 h = 0.289 * 15 = 4,335 см
lx = 310 / 4,335 = 62,01 < 70
jx = 1 - 0.8 (62,01 / 100)2= 0,692
ly – гибкость из плоскости фермы.
ly=Lpy / iy
Lpy – расстояние между двумя смежными прогонами (Lpy = 2,688 м).
Lpy = Lpx, так как прогоны установлены в узлах верхнего пояса.
iy – радиус инерции.
iy = 0.289 b = 0.289 * 12,5 = 3,6125 см
ly = 310 / 3,6125 = 74,41
l = 74,41 > 70
j = 3000 / 74,412 = 0,542
И так j = 0,692
s = N / (j * b * h) = 13760,141/ (0,692* 12,5 * 15) = 106,05 кгс/см2 < Rс * mв = 140 кгс/см2
Условие устойчивости выполнено
Выбираем брус сечением b = 12,5 см; h = 15 см
Рассчитываем раскос Р1 и Р2 с усилиями N1 = 2743,838 и N2 = 3276,224 кг
Rс = 130 кгс/см2; mв=1; bВП = bНП = 12,5 см
L1 = 3,2 м, L2 = 2,693 м (из чертежа).
Aтр = N / (Rс * mв)
Рассчитываем раскос Р1:
Aтр1 = 2743,838/ (130 * 1) = 21,1 см2
hтр1 = Aтр1 / b1 = 21,1/ 12,5 = 1,688 см
Округляем до ближайшего сортаментного : h1 = 1,9 см
Проверяем выбранное сечение:
s = N / (A * j) <= Rс * mв
ix1 = 0.289 h1 = 0,549 cм
lx1 = L1 / ix1 = 582,88
iy1 = 0.289 b1 = 3,6125 cм
ly1 = L1 / iy1 = 88,58
l1 = 582,88
Так как максимальная гибкость раскосов не должна превышать l = 150, принимаем значение h1 = 10 см.
ix1 = 0,289 * 10 = 2,89 cм
lx1 =320 / 2,89 = 110,726
l1 = 110,726 > 70
j1 = 3000 / l12 = 3000 / 110,7262 = 0,245
s = N1 / (b1 * h1 * j1) = 2743,838 / (15 * 10 * 0.245) = 89,6 кгс/см2 < Rс * mв = 130кгс/см2
Выбираем брус сечением b = 12,5 см; h = 10 см
Рассчитываем раскос Р2:
Aтр2 = 3276,224 / (130 * 1) = 25,2см2
hтр2 = Aтр2 / b2 = 25,2 / 12,5 = 2,016 см
Округляем до ближайшего сортаментного : h2 = 2,2 см
Проверяем выбранное сечение:
ix2 = 0.289 * 2,2 = 0,6358 cм
lx2 =269,3/ 0,6385 = 483,56 > 70
iy2 = 0.289 * 12,5 = 3,6125 cм
ly2 = 269,3/ 3,6125= 74,55 > 70
lx2 = 483,56 > 120 ( допускаемое значение )
Выбираем h = 10 см
ix2 = 0.289 * 10 = 2,89 cм
lx2 = 269,3/ 2,89 = 93,18 > 70
j2 = 3000 / 93,18 2 = 0,345
И так принимаем j2 = 0,345
s = N1 / (b1 * h1 * j1) = 3276,224/ (12,5 * 10 * 0,345) = 75,86 кгс/см2 < Rс * mв = 130кгс/см2
Условие устойчивости выполнено.
Выбираем брус сечением b=12,5 см; h=10 см
Стойки работают на центральное растяжение.
Стойка С1 с усилием N = 0, принимаем стержень d=16 мм;
Стойка С2 с усилием N = 1023,82 кг
s = N / Aнт <= Rу
Rу = 2300 кг/м²
A нт= N / (Rр ст ) =1023,82/ (2300)= 0,445 см²
Выбираем стержень d=16 мм A нт=1,408 см²
Стойку С3 с наибольшим усилием N = 4095,28 кг.
s = N / Aнт <= Rу
Rу = 2300 кг/м²
Aнт = N / (Rр ст ) = 4095,28 / (2300 ) = 1,781 см²
Выбираем стержень d=20 мм Aнт = 2,182 см²
4. Расчет и конструирование узлов ферм.
4.1 Промежуточные узлы фермы. Узел на колодке
Узел примыкания раскоса Р1 к верхнему поясу фермы
а) Проверка смятия по площади опирания:
Ϭсм=Nр * cosa /bВП*hвр < Rcм а* тв
Зададимся глубиной врубки hвр = ¼ hвп ; Nр= 2743,838 кг
Ϭсм=Nр * cosa /bВП*hвр= 2743,838 * сos44* 4/ 12,5 * 15 = 41.11 кг/см2
Rсмα = Rсм / (1 + ( Rсм / Rсм90 - 1) * sin3α)
Rсмα = 140 / (1+ (140 / 30 - 1) sin344) = 62,81 кг/см2
Rсмα* тв= 62,81 * 1 = 62,81 кг/см2
Проверка обеспечивается
б) расчет смятия под шайбой.
Nст1 = 0
Ϭсм=Nст1 / Aш< Rсм90; выбираем размеры шайбы 60х60х6
Узел примыкания раскоса Р2 к верхнему поясу фермы
а) Проверка смятия по площади опирания:
Ϭсм=Nр * cosa /bВП*hвр < Rcм а* тв
Ϭсм=Nр * cosa /bВП*hвр= 3276,224* сos60* 4/ 12,5 * 15 = 34,95 кг/см2
Rсмα = Rсм / (1 + ( Rсм / Rсм90 - 1) * sin3α)
Rсмα = 140 / (1+ (140 / 30 - 1) sin360) = 41,4кг/см2
Rсмα* тв= 41,4* 1 = 41,4 кг/см2
Ϭсм < Rсмα* тв
Условие прочности выполненио.
б) расчет смятия под шайбой.
Nст2= 1023,82 кг
Ϭсм=Nст2 / Aш< Rсм90 ; Aш=Nст2/ Rсм90 = 1023,82/40 = 25,6 см
выбираем размеры шайбы 60 х 60 х 6
Узел примыкания раскоса Р1 к нижнему поясу фермы
а) Проверка смятия по площади опирания:
Ϭсм=Nр1 * cosa /bВП*hвр < Rcм а* тв
Зададимся глубиной врубки hвр = ¼ hнп; Nр1= 2743,838 кг
Ϭсм=Nр * cosa /bВП*hвр= 2743,838 * сos22* 4/ 12,5 * 17,5 = 46,52 кг/см2
Rсмα = Rсм / (1 + ( Rсм / Rсм90 - 1) * sin3α)
Rсмα = 140 / (1+ (140 / 30 - 1) sin322) = 117,38 кг/см2
смα* тв= 117,38* 1 = 117,38 кг/см2
Проверка обеспечивается
б) расчет смятия под шайбой.
Nст = 0
Ϭсм=Nст / Aш< Rсм90; выбираем размеры шайбы 60 х 60 х 6
Выбираем опорный узел на натяжных хомутах.
1.Проверка по прочности опорного вкладка на смятие.
Ϭсм = NВП(В1)/ bВП*hВП <= Rсмα* тв
Ϭсм = 13760,141/ 12,5*15 = 73,39 кг
Rсмα = Rсм / (1 + ( Rсм / Rсм90 - 1) * sin3α)
Rсмα = 140 / (1+ (140 / 30 - 1) sin322) = 117,38 кг/см2
Rсмα* тв= 117,38*1= 117,38
Ϭсм < Rсмα* т
Условие прочности выполнено
2.Расчет тяжей.
s=Nнп / 4 Aнт <= Rу
Rу = 2100 кг/см2; Nнп = 12797,75 кг
Aнт= Nн.п / 4 Ry = 12797,75 / (2100 * 4) = 1,52 см²
Из сортамента принимаем диаметр тяжей d = 1,8 см - Aнт= 1,708 см²
3.Расчет накладок.
Накладна работает на смятие по торцам вдоль волок:
sсм = Nн1 / (2a* hнп) <= Rсм * mв
Rсм * mв = 140 * 1 = 140 кгс/см2
a >= 5,9 dн ; dн <= hнп / 9,5 = 17,5 / 9,5 = 1,842 см
из сортамента принимаем dн= 16 мм; a >= 5,9 dн = 5,9 * 16 = 94,4 мм,
принимаем а = 100 мм
sсм = Nн1 / (2a* hнп) = 12797,75 / (2 * 10 * 17,5)= 36,5 кгс/см2
Условие прочности выполнено.
4.Расчет швеллера.
Mmax = Nт (a + bВп / 2)
где a – толщина накладки;
b – толщина нижнего пояса фермы.
Nт = Nн1 / 4 = 12797,75 / 4 = 3199,44 кг
Mmax = 3199,44 * (10 + 12,5/2) = 51990,86 кг*см
s = Мmax / Wу <= Rу
Wу >= Мmax / (Rр ст ) = 51990,86 / (2100 ) >= 24,758 см3
hшв = hнп +2d + 2 + 2*1.8 = 15 + 2*1,8 + 2 + 3.6 = 24,2 см
Из конструктивных соображений выбираем швеллер №30 с Wy = 43,6 см3
5.Расчет болтов (нагелей), прикрепляющих накладки к нижнему поясу.
Диаметр болта (нагеля) принимаем из конструктивных соображений
Диаметр нагеля dн= 16 мм.
Количество болтов (нагелей)
nн >= Nн п / (nср * Тн)
Nнп = Nн1 = 12797,75 кг ; nср = 2 .
Тс = 50 * с * dн = 50 * 12,5 * 1,6 = 1000 кг .( с = bнп= 125мм)
Та = 80 * а * dн = 80 * 10 * 1,6 = 1280 кг. ( а = 100 мм)
Ти = 180 *(dн )2 + 2*а2 = 180 * 1,62 + 2*102 = 660,8 кг (более 250 *(dн )2 = 640 кг)
Выбираем Тн = min (Тс ,Та, Ти) = 640 кг
nн >= 12797,75/ (2 * 640) = 9,998
принимаем количество нагелей : 10 шт.
6.Подбор уголков.
Уголки работают на изгиб.
Выбираем уголок L100x6,5
7.Побор размеров поперечного бруса:
sсм = А / (bнп * bпф) < R90см * mв
А = 3 * (G+P) = 6142,92 кгс
bпф = А / (bнп * R90см * mв) = 6142,92 / (12,5 * 30 * 1) = 16,38 cм
Выбираем подферменный брус сечением b = 17,5 см; h = 12,5 см.
4.3 Стык нижнего пояса
.
Конструкция стыка – классическое симметричное нагельное соединение. Приняв диаметр нагелей ∅16 мм, зная их несущую способность Tn = 640 кг при толщине накладок 100 мм (см. расчет нагельного соединения опорного узла), определяем необходимое количество нагелей: