Деревянный каркас одноэтажного промышленного здания

^{_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________}

.Санкт–Петербургский государственный архитектурно–строительный

университет

 

 

 

Кафедра конструкций  из дерева и пластмасс

 

 

 

 

Дисциплина: КДиП

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ   ПРОЕКТ   НА   ТЕМУ

ДЕРЕВЯННЫЙ   КАРКАС   ОДНОЭТАЖНОГО

 ПРОМЫШЛЕННОГО   ЗДАНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил

студент группы 1 – п – 5

Шошкин Н. Ю.

 

 

Работу принял

Москалев М.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт–Петербург

2010

1. Исходные данные

Пролет здания:   18,0 м

Длина здания:   30,0 м

Отметка низа ригеля:   + 7,200 м

Район строительства:   III (1,8 кПа = 180 кгс/м²)

Режим эксплуатации:   Б–1

Степень ответственности  здания:   II

Стойка (колонна):   клеедосчатая

Древесина:   сосна

Основная несущая конструкция  покрытия:   металлодеревянная ферма

Крыша:   рабочий настил

 

План. Схема  поперечника здания

2.  Расчет и конструирование крыши

Крыша состоит из основных несущих конструкций и кровельного покрытия.

Основная несущая конструкция – металлодеревянная ферма пролетом 18,0 м. Верхние пояса и сжатые элементы решетки выполнены из древесины. Для нижних поясов и растянутых элементов решетки применяют стальные профили, чаще всего, угловые.

Кровельное покрытие – это непосредственно кровельный ковер и набор элементов, обеспечивающих нормальную эксплуатацию крыши.

Двойные настилы применяют  в качестве основания под холодные рулонные кровли.

Нижний рабочий настил выполняют из обзольных досок  толщиной 19 – 25 мм. Длина досок рабочего настила должна быть не менее двух шагов прогона.

Верхний защитный настил делается из узких и тонких досок  толщиной в заготовке 16 мм и шириной 60 – 100 мм. Настилается он под углом в 30 – 45º к рабочему настилу и плотно сшивается к ним гвоздями. Перед наклейкой рулонной кровли доски защитного настила строгают, поэтому их толщина в деле принимается равной 13 мм. Защитный настил обеспечивает повышенную жесткость основания под кровлю и пространственную жесткость покрытия в плоскости кровли.

2.1. Расчет элементов  покрытия.

Рулонная кровля по настилам из досок.

Покрытие состоит из двойного дощато–гвоздевого настила по прогонам. Материал кровельного ковра – рубероид. Здание неутепленное. Режим эксплуатации Б–1 – внутри неотапливаемых помещений в сухой зоне.

Применяем построечную  конструкцию покрытия: по прогонам укладываем два настила досок: нижний настил – разряженный рабочий, верхний  настил – сплошной защитный под двухслойный рулонный ковер на горячей мастике.

Предварительно проектируем защитный настил (опалубку) под рулонную кровлю из досок 16 х 100 мм, рабочий настил – из досок 22 х 150 мм, уложенных с промежутком в 30 мм. Рабочий настил укладывается по стропильным ногам, которые опираются на прогоны. Защитный настил укладываем под углом 45º к рабочему.

Материал древесина  сосна 3 сорта. Плотность при режиме эксплуатации Б–1  = 500 кг/м³. ([2], табл. прил. 3)

Для  верхнего  слоя  кровельного  ковра  принимаем рубероид марки РКМ–350Б – рубероид кровельный с крупнозернистой посыпкой. Площадь с рулона 10 м², масса рулона 25 кг.

Для двух нижних слоев  кровельного  ковра  принимаем  рубероид марки РПМ–300А – рубероид подкладочный с односторонней мелкозернистой посыпкой. Площадь с рулона 20 м², масса рулона 20 кг.

Для склеивания слоев рубероида  применяем горячую мастику. Расход мастики при трехслойном рубероиде  составляет 7,7 кг/м² покрытия.

 

Трехслойная рубероидная  кровля на горячей мастике

РКМ–350Б:

2 слоя РПМ–300А:

3–хслойная мастика: 7,7 кг/м²

Сумма: 2,5 + 2,0 + 7,7 = 12,2 кг/м²

С учетом нахлеста слоев рубероида, увеличиваем полученное значение массы на 25 %.

Итого: 12,2 · 1,25 = 15,25 кг/м².

 

Нагрузка на рабочий настил, кН/м²

Коэффициент γ_f определяется по [1], табл. 1

Элемент	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надеж–ности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике 15,25 кг/м2	0,153	1,3	0,199
Защитный настил из досок толщиной 16 мм 500 кг/м3 = 5,1 кН/м3 ([2], табл. прил. 3 для  реж. Б1) 5,0 · 1,0 · 1,0 · 0,016 = 0,080	0,080	1,1	0,088
Рабочий настил из досок 22х150 мм с расстоянием  между осями досок 180 мм	0,093	1,1	0,102
Итого вес покрытия G (постоянная нагрузка)	0,326		0,389
Снеговая нагрузка S [1], табл. 4* [1], п. 5.7.	1,26		1,80
Итого:	1,586		2,189

Нормативное значение снеговой нагрузки: S^Н = 1,80 · 0,7 = 1,26 кН/м²

 

Дощатый настил под мягкую кровлю целесообразно конструировать  рассчитывать как двух пролетную неразрезную шарнирно–опертую балку. Расчетную ширину настила условно принимают равной 1 м. Пролет составляет 1,5 м, т. е. расстоянию между стропильными ногами.

В соответствии с требованиями [2] настил покрытия рассчитывают на два основных сочетания нагрузок:

1) постоянную и временную  от снега (расчет на прочность  и прогиб);

2) постоянную и временную от  сосредоточенного груза в 1 кН  с умножением на коэффициент перегрузки n = 1,2 (расчет только на прочность).

 

Первое сочетание соответствует периоду нормальной эксплуатации конструкции. Здесь рассматривают равномерно распределенную постоянную нагрузку от собственного веса конструкции и временную от снега.

 

Условие прочности настила обеспечивается при

([2], п. 4.9.)

M_max1 – максимальный изгибающий момент от действия равномерно распределенных расчетных нагрузок от снега и собственного веса

W_расч – расчетный момент сопротивления настила из досок толщиной h и шириной расчетного сечения

R_u – расчетное сопротивление изгибу. Для элементов настила под кровлю из древесины 3 сорта принимаем R_u = 13 МПа ([2], п. 3.1. прим. 5)

 

Максимальный изгибающий момент М возникает в сечении  над средней опорой и определяется выражением:

G_расч – расчетная постоянная нагрузка от собственного веса

S_расч – расчетная временная нагрузка от снега

В – ширина нагрузочной  площадки, В = 1,0 м

l – пролет – расстояние между стропильными ногами, l = 1,5 м

 

Расчетный момент сопротивления

b – ширина расчетного сечения

h – толщина досок настила

 

Расчетная схема и эпюра моментов

кровельных настилов на период эксплуатации

 

Условие жесткости (проверка по прогибу) с учетом двухпролетной схемы изгибаемого элемента, загруженного равномерно распределенной нагрузкой:

f – максимальный прогиб в неразрезном изгибаемом элементе от действия равномерно распределенных нормативных нагрузок от снега и собственной массы конструкции

E – модуль упругости древесины вдоль волокон,

Е = 1000 кН/см² ([2], п. 3.5.)

 

Расчетный момент инерции  настила 

b – ширина расчетного сечения;

h – толщина досок настила

Проверка на прочность:

Условие выполнено

 

Проверка на жесткость

 

f_u = 1,12 см – предельный вертикальный прогиб настила получен интерполяцией ([2], табл. 19)

Условие выполнено

 

Второе сочетание соответствует периоду монтажа или ремонта. Здесь рассматривают равномерно распределенную постоянную нагрузку от собственного   веса  конструкции  и  сосредоточенную монтажную   нагрузку   Р = 1,0 кН, учитывающей вес человека с инструментом.

При двойном настиле (рабочем  и защитном) при расчете настила  на второе сочетание расчетных нагрузок сосредоточенную монтажную нагрузку распределяем на ширину 500 мм рабочего настила.

Наиболее невыгодное приложение нагрузок во втором сочетании  – это равномерное распределение  нагрузки от собственной массы по всей длине и сосредоточенный  груз на расстоянии х = 0,432·l от крайней опоры.

Расчетное значение монтажной  нагрузки Р = 1,0 · 1,2 = 1,2 кН

1,2 – коэффициент перегрузки

 

Расчетная схема и  эпюра моментов

кровельных настилов на период монтажа

Условие прочности настила обеспечивается при

([2], п. 4.9.)

М_max2 – максимальный изгибающий момент возникает в сечении в точке приложении сосредоточенной силы и определяется выражением:

g – нагрузка от  собственного веса настила на 500 мм

Р – величина сосредоточенной  силы, Р = 1,2 кН

l – пролет – расстояние между стропильными ногами, l = 1,5 м

 

Проверка на прочность:

Условие выполнено

Окончательно принимаем рабочий настил:

– защитный настил из досок 16 х 100 мм, уложенных вплотную встык;

– рабочий настил из досок 22 х 150 мм, уложенных с промежутком в 30 мм.

2.2. Расчет стропильных  ног

Стропильные ноги проектируем из досок 50 х 150 мм, поставленных на ребро с шагом 1,5 м. Материал древесина сосна 2 сорта. Нагрузку на стропильную ногу определяем по таблице:

 

Нагрузка на стропильную  ногу, кН/м²

Коэффициент γ_f определяется по [1], табл. 1

Элемент	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надеж–ности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Трехслойная рубероидная кровля на горячей мастике 15,25 кг/м2	0,153	1,3	0,199
Защитный настил из досок толщиной 16 мм 500 кг/м3 = 5,1 кН/м3 ([2], табл. прил. 3 для  реж. Б1) 5,0 · 1,0 · 1,0 · 0,016 = 0,080	0,080	1,1	0,088
Рабочий настил из досок 22 х 150 мм с расстоянием между осями досок 180 мм	0,093	1,1	0,102
Собственный вес стропильной ноги сечением 5 х 15 см установленных через 1,5 м	0,025	1,1	0,028
Итого вес покрытия G2 (постоянная нагрузка)	0,351		0,417
Снеговая нагрузка S [1], табл. 4* [1], п. 5.7.	1,26		1,80
Итого:	1,611		2,217

Нормативное значение снеговой нагрузки: S^Н = 1,80 · 0,7 = 1,26 кН/м

 

 Погонная нагрузка на 1 погонный метр:

постоянная:   q^Н = 0,351 · 1,5 = 0,527 кН/пог.м.

q^Р = 0,417 · 1,5 = 0,626 кН/пог.м.

временная (снеговая) S^Н = 1,26 · 0,9511 · 1,5 = 1,798 кН/пог.м.

S^Р = 1,80 · 0,9511 · 1,5 = 2,568 кН/пог.м.

Нагрузки, перпендикулярные скату:

постоянная:  q_х,п^Н = 0,527 · 0,9511 = 0,501 кН/пог.м.

q_х,п^Р = 0,626 · 0,9511 = 0,595 кН/пог.м.

постоянная и снеговая

q_х,п.сн^Н = q_х,п^Н + S^Н · cosα = 0,501 + 1,798 · 0,9511 = 2,211 кН/пог.м.

q_х,п.сн^Р = q_х,п^P + S^P · cosα = 0,595 + 2,568 · 0,9511 = 3,037 кН/пог.м.

В плане расстояние между прогонами составляет 2,225 м, поэтому расстояние между ними по оси стропильной ноги: 

Условие прочности

Максимальный момент в стропильной ноге: