Деревянные конструкции покрытия промышленного здания

 

 

2.4. Расчет основных несущих конструкций

2.4.1. Расчет и конструирование  фермы

 

Геометрические  размеры.

 

L=42м – длина фермы;

f=42/15=2,8м – подъем фермы;

d_оп=4,2м

R= – радиус фермы;

S= – длина дуги арки;

       

 

 

 

Нагрузки

 

 

Постоянная нагрузка на горизонтальную проекцию покрытия с учетом криволинейности.

Снеговая нагрузка: ;

                                         

Собственный вес фермы:

Постоянная нагрузка:

 

 

Снеговая нагрузка:

а. равномерно распределенная по всему пролету:

б. распределенная с коэффициентами 1,25 и 0,75 на половинах пролета:

          

 

Статический расчет линзообразной фермы

 Выполняем в программе Лира-9.2 для глобальной схемы.

Локальную схему используем для определения М_изг и N верхнего пояса фермы в пределах сквозного участка .Верхний пояс рассматривается как многопролетная неразрезная балка.

Принимаем  М_макс=М_оп=19кН/м

(l_р=0,2l_x)

 

 

 

 

 

Конструктивный  расчет фермы.

Подбор сечений

h_вп=L/70=42/70=60cм 

h_вп= 2h_вп/3=2*60/3=40cм 

b_вп= b_нп =L/170=42/170=25cм 

 

1) Проверка верхнего пояса

Принимаем сечение из 18 досок толщиной 33мм (до острожки 40мм),  шириной 250мм.

 

-по локальной расчетной схеме

-по глобальной расчетной схеме

  0,83кН/см2<1,26кН/см2

Прочность верхнего пояса  обеспечена

 

2) Нижний пояс

Принимаем сечение фермы  из 12 досок толщиной 33мм (до острожки

40мм), шириной 250мм.

 

F_а=0,02F_нп=0,02*0,4*0,25=20см2,принимаем 2Ø36 F=20,36см2

Расчет по глобальной расчетной схеме на растяжение:

    0.738кН/см2<0,92кН/см2

 

Подбор сечения раскосов :

N_макс=-58кН, l_р=4,1м

Задаемся сечением 15*15см, проверяем на устойчивость:

   

  

 

0,911 кН/см2<1.74кН/см2

принимаем сечение 15*15см

 

 

Подбор сечения стоек:

N_макс=-33кН, l_р=1,85м

Задаемся сечением 10*10см, проверяем на устойчивость:

  

0,49кН/см2<1.74кН/см2

 

Расчет количества штырей в стыке производим по раскосам , работающим на растяжение N=19кН

ΣF_общ=N/R_y =19/(23*0.9)=1см2, принимаю 2Ø10 ΣF=1.56мм2.

Задаюсь l_з=30d=30*10=300мм

Определяю несущую способность  штыря на выдергивание:

Т=R_ск Π(d+0.5)lk_c=0,05*3,14*(1+0,05)30*1,44=7,12кН,

 где к=1,2-0,02*(l/d)=1,44

N_шт=19/7,12=3 штуки.

 

Стойки крепим 2Ø10мм конструктивно .

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет балочных опорных участков

 

По сеч. 0-0

Проверка на скалывание

0,315кН/см2<0,512кН/см2

 

 

По сеч. 1-1

Проверка на прочность и скалывание от М и Q балочных

М=579,9кНм,Q=259.7кН

В сеч. 1-1 стенка опорной  зоны h=5cм, задаемся ее толщ. 15см

h_сеч=1040мм.

1,08кН/см2<1.74кН/см2

Прочность обеспечена

 

0,29кН/см2<0,512кН/см2

 

По сеч. 2-2

Проверка на прочность и скалывание от М и Q балочных

М=1069,2кНм,Q=226,3кН

В сеч. 1-1 стенка опорной  зоны h=51cм, толщ. 15см

h_сеч=2080мм.

1,08кН/см2<1.74кН/см2

Прочность обеспечена

 

0,29кН/см2<0,512кН/см2

 

 

Проверка опорного узла на смятие:

0,0005кН/см2<1,33кН/см2

 

 

 

Расчет монтажного стыка

 

Нижний пояс

 

Проверка на прочность и скалывание от М и Q балочных

М=3023кНм,Q=0кН,N=1105кН

N_д=N-N_a=1105-1105(250*400)/(250*40+20*21)=253кН

Расчет количества штырей в стыке:

ΣF_общ=N/R_y =253/(23*0.9)=12.22см2, принимаю 4Ø20 ΣF=12.56мм2.

Задаюсь l_з=20d=30*20=600мм

Определяю несущую способность  штыря на выдергивание:

Т=R_ск Π(d+0.5)lk_c=0,06*3,14*(2+0,005)60*1,14=26кН,

  где к=1,2-0,02*(l/d)=1,14

N_шт=253/26=10штук.

 

Определяем количество тяжей:

Напряжение обжатия  для лиственницы σ=0,8МПа

N_тяж=bh₀σ=25*35*0.08=70kH

ΣF=70/28*0.9=3см2

Принимаю 2Ø14мм F=3,08см2

 

Расчет крепления уголка:

Принимаю Ø нагелей 25мм

Т_н=1,8*2,5² =11.6кН

n= 70/11.6=6 штук

Проверка уголка на прочность:

М=70*5=350кН

σ=М/W   W=(2.5²*30)/6=31.25см²

σ=350/31,25=11,2кН/см2

11,2кН/см2<R0.9=28*0.9=25.2кН/см2

Прочность обеспечена

 

Верхний пояс

 

Принимаю 2Ø 22 мм2

N_тяж=60*40*0,08=192кН

Требуемая площадь стержней

F=192/(28*0.6)=7.62см2 принимаю 2Ø22мм2 l=400мм.

 

Расчет крепления уголка :

Т_н=1,8*2,2² =8,71кН

n=N/n_срТ_н= 192/2·2·8,71=5,5 принимаю 6 штук

Проверка уголка на прочность:

М=192*3=576кН

σ=М/W   W=(2.5²*30)/6=31.25см²

σ=576/31,25=18,4кН/см2

18,4кН/см2<R0.9=28*0.9=25.2кН/см2

Прочность обеспечена

 

 

 

Конструирование и расчет связей.

Проектируем систему  связей жесткости в покрытии по деревянным пологим фермам пролетом 42м, шагом 6м производственного здания размером в плане 42х60м. Частично используется в качестве продольных элементов связей жесткости кровля, состоящая из утепленных плит.

Торцевые стены фахверковые  с навесными панелями. Стеновые панели крепятся к фахверковым стойкам, которые расположены через 6м, шарнирно присоединены к фундаменту и верху балок.

По торцам здания предусмотрены  две поперечные связевые фермы, поясами  которых служат стропильные фермы, а решетка состоит из раскосов и стоек продольных ребер плит, а также вертикальные связи и связи по колоннам. При таком решении вертикальных связей горизонтальная опорная реакция связевых ферм воспринимается наклонным подкосом вертикальных связей.

Нормативная постоянная нагрузка на 1м² покрытия расчетная нагрузка . Расчет ведем по наиболее опасному сочетанию нагрузок – постоянная нагрузка совместно с ветровой и снеговой нагрузками, умноженными на коэффициент сочетания .

Нормативная снеговая нагрузка для II района , расчетная с учетом коэффициента сочетания

Расчетная ветровая нагрузка для IV района при аэродинамических коэффициентах , для положительного ветрового давления и для отрицательного, с учетом коэффициента сочетания .

 

В качестве расчетной  схемы принята развертка хорд сегментных ферм.

 

 

 

 

 

 

Максимальные усилия в раскосах:

сжимающее - -21,2кН

растягивающее – 16,5кН

Предельная гибкость раскосов

;

Принимаем h=13см

Гибкость 

Принимаем сечение раскосов 13х13см с F=169см²

Прочность раскосов обеспечена (при сжатии)

Прочность раскосов обеспечена (при растяжении)

 

Узел крепления  раскосов

 

Соединительную пластину принимаем толщиной 4мм. Болты крепления  пластины, диаметром 12мм, располагаем в два продольных ряда. Несущая способность болта на один шов из условия изгиба панели:

Из условия сжатия в крайних элементах 

Требуемое количество болтов

Принимаем 4 болта.

 

 

 

Проверка соединительной пластины на центральное сжатие

Условие выполняется

Диаметр болта, с помощью  которого раскос крепится к фасонке, принимаем диаметром 20мм, t=4мм.

Несущая способность болта на срез:

где

Несущая способность  болта на сжатие:

где принят болт из стали  с временным напряжением 400МПа.

Проверяем сварной шов, соединяющий фасонку с пластиной  закладной детали.

Принимаем k_ш=4мм.

Длина шва по металлу  шва

Принимаем l_ш=8см.

Закладную деталь, присоединяющую раскосы к стропильной ферме  крепим 4 болтами. Усилие на один болт

Принимаем болт диаметром 20мм.

Несущая способность  болта из условия изгиба нагеля

Несущая способность  из условия сжатия нагеля

Центрально растянутые раскосы проверяем на прочность  с условием ослабления сечения

 

 

                                   Расчет вертикальной связевой  фермы

 

Усилие на одну вертикальную связь:

Р=(0,03*q*S)/2=(0.03*2.179*6*16.2)/2=3.176kH

Максим. усилия,  сжимающие  и растягивающие N=1,87кН.

 

 

Предельная гибкость раскосов

;

Принимаем h=103см

Гибкость 

Принимаем сечение раскосов 10х10см с F=100см²

Прочность раскосов обеспечена (при сжатии)

Прочность раскосов обеспечена (при растяжении)

 

Узел крепления  раскосов

 

Соединительную пластину принимаем толщиной 4мм. Нагели крепления пластины, диаметром 12мм.

 Несущая способность нагеля (из условия смятия древесины):

-из условия изгиба нагеля:

Определяем количество нагелей:

n=N/T=1.87/4.2=0.44 принимаем 2 нагеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Технико-экономические показатели

 

Для оценки весовой эффективности  и металлоемкости основной несущей конструкции определяем фактические коэффициент собственного веса и коэффициент металлоемкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Средства защиты элементов конструкций

 

По назначению здания и температурно-влажностному режиму определили, что здание отапливаемое и влажность воздуха внутри здания при температуре до 35^оС – до 60 %, а максимальная влажность клееной древесины для конструкции – 9 %. Древесина, используемая в здании, для основной несущей конструкции – лиственница, а рекомендуемые типы и марки клеев – резорциновые и фенольно-резорциновые (ФР-12, ТУ 6-05-1748-75, ФРФ-50, ТУ 6-05-281-14-77).

Клееные элементы фермы не требуют биозащитной обработки, за исключением участков, соприкасающихся с металлическими деталями. Для защиты от увлажнения боковые поверхности древесины окрашивают влагозащитными эмалями (УРФ – 1128 по ТУ 6-10-1421-76). Толщина лакокрасочной пленки для конструкций группы А1 - 120±10мм (расход эмали на 1м² – 350гр).

Неклееные элементы деревянных конструкций группы А1 пропитывают в горячехолодных ваннах комбинированными растворами антисептика с поглощением сухой соли не менее 50кг и 2,5 – 3,5кг на 1м² древесины.

Обработка антисептиками: 5-10% раствор пентахлорфенола натрия, или препарата типа ХМББ-3324 (ГОСТ 23787.2-79 10% концентрации, бихромат натрия 2,5%, медный купорос 2,5%, борная кислота-3,3%, бура 1,7%, вода 90%).

Для защиты от возгорания несущих конструкций покрытия эффективна поверхностная обработка водными  растворами типа: ПП (калий углекислый 2,5%, керосиновый контакт 3%, вода 72%), МС (диаммония фосфат технический 20%, сульфат аммония технического 5%, керосиновый контакт 3%, вода 72%), ББ-11 по ГОСТ (бура техническая 10%, кислота борная 10%, вода 72%).

Удержание сухой соли антисептика на 1м² поверхности должно быть не менее 100гр. Приведенные антипирены легко вымываются, поэтому обязательно наносить лакокрасочное покрытие.