«Проектирование деревянных несущих конструкций покрытия одноэтажного производственного здания»

РАСЧЁТ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ 4.1 Сбор нагрузки на ферму

жүктеу/скачать 0,93 Mb.

бет	9/9
Дата	28.03.2022
өлшемі	0,93 Mb.
	#137025
түрі	Курсовая

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Байланысты:
Belmach

РАСЧЁТ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ

4.1 Сбор нагрузки на ферму

Сбор нагрузки на ферму выполняется в табл. 4.1
Таблица 4.1 - Сбор нагрузки на ферму покрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м²	f	Расчётная нагрузка, кН/м²
1. вес кровли, настила, прогонов и утеплителя при шаге прогонов 1,34 м	0,7600:1,34cos= = 0,5700	–	0,8841:1,34cos= = 0,6631
2.Собственный вес фермы	0,0931	1,1	0,1025
Итого постоянная нагрузка	0,6632		0,7656
3. Снеговая	1	1,4	1,4
Итого полная нагрузка	1,6632	–	2,1656

Нагрузка на верхний пояс фермы:

- от постоянной нагрузки

- от веса связей принимается в диапазоне 0,4-0,6 кН в зависимости от пролета и породы древесины. Принимается
- от постоянной нагрузки, включая вес связей

- от снега

Усилия от снеговой нагрузки определяются по двум схемам: на всем пролете и на половине пролета фермы.
Геометрические размеры фермы см. на рис. 4.1.

Рисунок 4.1. Геометрические размеры фермы

4.2 Определение усилий в ферме

Так как схема фермы соответствует схеме приведенной в методическом пособии, то усилия в ферме определяются с помощью коэффициентов

где 21,9 кН и 18,38 кН - постоянная и снеговая нагрузки соответственно, найденные в методическом пособии.
С помощью найденных коэффициентов находятся усилия в элементах фермы в табличной форме (табл. 4.2).
Таблица 4.2 - Усилия в элементах фермы

Элементы фермы		Обоз-наче-ние усилия	Расчётные усилия, кН
			от по-стоянной нагрузки	от временной (снеговой) нагрузки			Максимальные усилия
			от по-стоянной нагрузки	слева	справа	полная		растяжение	сжатие
Верхний пояс	2-3	О₁	-37,99	-44,70	-22,348	-67,04		-	-105,03
Верхний пояс	3-6	О₂	-37,99	-44,70	-22,348	-67,04		-	-105,03
Нижний пояс	2-4	U₁	41,73	49,07	24,542	73,61		115,34	-
Нижний пояс	4-5	U₂	42,84	37,80	37,800	75,60		118,44	-
Раскосы	4-6	D₁	-6,06	8,02	-18,701	-10,68		-	-24,77
Раскосы	6-8	D₂	-6,06	-18,70	8,021	-10,68		-	-24,77
Стойки	1-2	V₁	-28,56	-33,60	-12,600	-50,40		-	-41,16
Стойки	3-4	V₂	-14,28	-22,40	0,000	-25,20		-	-39,48

4.3 Расчёт элементов фермы

4.3.1 Расчет верхнего пояса

Верхний пояс принят из четырёх блоков длиной по 4020 мм и рассчитывается как сжато-изгибаемый стержень на продольное усилие и местную поперечную нагрузку

В расчёте учтено, что на пояс приходится 2/3 полного веса фермы.
Изгибающий момент от поперечной нагрузки

Принимая величину момента от поперечной нагрузки с учётом разгружающего момента получим

Задаемся шириной сечения пояса . Определим высоту сечения из формулы расчёта бруса на сжатие с изгибом:

где в первом приближении - коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента [1, ф. (38)];
- коэффициент, определенный интерполяцией для 2 слоев в элементе при пролете 4,02 м [1, табл. 15].
– расчётное сопротивление древесины 1-ого сорта при изгибе для сечения шириной более 13 см.
Тогда решим квадратное уравнение

;
;
;

Принимаем 2 бруса 125х200 мм с .
Площадь поперечного сечения

Момент сопротивления

Гибкость цельного сечения
.
Коэффициент приведения гибкости составного элемента [1, п. 7.6,ф. (18)]

где – коэффициент податливости соединения дубовыми пластинчатыми нагелями [1, табл. 14], – число нагелей на панели при шаге 11 см. Расчет нагелей приведен ниже.
Расчёт деревянных пластинчатых нагелей
Брусья пояса соединяются сквозными дубовыми пластинчатыми нагелями, толщиной и длиной .
Расчётная несущая способность дубового нагеля [1, п.8.33]
.
Требуемое количество нагелей на половине длины панели

где ;
.
При шаге нагелей, равном 9δ=9∙1.2=11см на половине длины панели можно разместить следующее число нагелей

Принимаем
Гибкость составного элемента с учётом податливости соединений

где

(стяжные болты расположены на опорах и в середине пролёта, поэтому расчётная длина ветви ).
Так как [1, п 7.3]

Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы

Эксцентриситет

Принимаем эксцентриситет . Тогда изгибающий момент

Выполняем проверку прочности пояса при загружении снегом всего пролёта фермы:

Недонапряжение

Произведем проверку на устойчивость плоской формы деформирования [1, п. 7.20]:

.
Проверка выполняется.
Здесь, прогоны через один соединяются крестовыми связями,

.

4.3.2. Расчёт нижнего пояса

Усилия в элементе 4-5 нижнего пояса U₂ = 115,34 кН и первом нисходящем раскосе 2-4 U₁ = 118,44 кН примерно одинаковы. Поэтому для этих элементов принимаем одно сечение из двух уголков (сталь С235).
площадь сечения из условия прочности

Из условия ограничения гибкости радиус инерции сечения

Принимаем сечение из двух уголков 40 4 [ГОСТ 85-09-93]

4.3.3. Расчёт стойки 3-4

Стойка центрально сжата усилием 39,48 кН, расчётная длина 2,27 м.
Задаёмся гибкостью 120 и вычисляем высоту сечения

Принимается минимальное сечение 10х15 см.
Гибкость
.
Коэффициент
.
Проверка на устойчивость

где – расчётное сопротивление древесины 1-ого сорта при сжатии для сечения высотой не более 50 см
Устойчивость стойки обеспечена.

4.3.4. Расчёт раскоса 4-6

Раскос центрально сжат усилием 24,77 кН, расчётная длина 4,81 м.
Задаёмся гибкостью 150 и вычисляем высоту сечения

Принимаем сечение 12,5 15 см.
Гибкость
.
Коэффициент
.
Проверка на устойчивость

где – расчётное сопротивление древесины 1-ого сорта при сжатии для сечения шириной от 11 до 13 см.
Устойчивость раскоса обеспечена.

4.4 Расчёт и конструирование узлов

4.4.1 Карнизный узел

Принимаем длину горизонтальной площадки опирания на стойку в карнизном узле, равную 150 мм. Тогда высота подрезки при наклоне пояса 1/10 равна 15 мм (см. рис. 23).
Определяем высоту площадки смятия пояса в карнизном узле при эксцентриситете е = 5 см:
.
Принимаем швеллер № 27 [ГОСТ 8240-89]
J_y= 262 см⁴, W_y = 37,3 см³.
Минимальная высота площадки смятия торца пояса:

где = 14,79 МПа – расчётное сопротивление древесины смятию под углом = 5,7°,
.
Проверяем швеллер на изгиб по схеме однопролётной свободно опёртой балки, опорами которой служат боковые фасонки

Изгибающий момент

Проверка прочности:

Проверка швеллера на прочность выполняется.
Проверяем стенку швеллера на местный изгиб, опёртую на четыре канта. Равномерно распределённая нагрузка (давление панели верхнего пояса)

Изгибающий момент в защемлённой по контуру пластинке при отношении сторон и .

Толщина стенки должна быть не менее

Устанавливаем пластину толщиной 12 мм.
Горизонтальный лист проверяется на изгиб от опорного реактивного давления стойки (рис. 24), принятой сечением 125 125 мм.
Реактивное давление на лист
.
Здесь и – размеры сечения первой стойки фермы.
Давление верхнего пояса на лист
,
где q_n= 9,59 кН/м – местная поперечная нагрузка на панель пояса
(п. 14.3.1);b и c – ширина и длина опорной площадки листа.
Расчётное давление на правый участок листа

Изгибающий момент в пластинке, защемлённой по трём сторонам, при соотношении сторон 7,5:15 = 1 и коэффициенте

Требуемая толщина листа

.
Устанавливаем пластину толщиной 8 мм.
Рассчитываем длину сварного шва крепления швеллера к фасонке ручной сваркой электродами Э-42 при катете шва с каждой стороны
(9,2 см< 27 см).
Требуемая длина сварных швов крепления каждого уголка нисходящего раскоса:
● на обушке

Принято = 8 см;
● на пере
. Принято = 5 см.

Рисунок 4.3. Карнизный узел

4.4.2 Промежуточный узел верхнего пояса

Усилия от одного элемента пояса на другой передаются лобовым упором. В узле создаётся эксцентриситет е = 5 см при помощи прорези глубиной

_{Высота площадки смятия равна}
– глубина врезки стойки в нижний брус.
Стык пояса перекрывается с двух сторон накладками сечением
12,5 7,5 см на болтах d = 12 мм.
Усилие от стойки передаётся на верхний пояс через площадку смятия над торцом стойки. Расчетное сопротивление

Требуемая площадь смятия
,
где – фактическая площадь сечения стойки.
Проверка на смятие не выполняется. Принимаем сечение стойки 12,5х15 см.
Требуемая площадь смятия
,
где – фактическая площадь сечения стойки.
Проверка на смятие не выполняется.
Стык стойки с поясом перекрывается парными накладками 12,5×7,5 см.

Рисунок 4.4. Промежуточный узел верхнего пояса

4.4.3 Промежуточный узел нижнего пояса.

Усилие от сжатого раскоса 4–6 передаётся на стальные диафрагмы узла. Давление на вертикальную диафрагму

где 0,097 м - высота площадки смятия определена графически
Изгибающий момент в диафрагме как пластинке, защемлённой по трём сторонам, при отношении сторон 9,7/15 = 0,647 и

Требуемая толщина пластинки
.
Принимаем
Горизонтальную диафрагму рассчитываем на давление от стойки

Изгибающий момент в горизонтальной диафрагме, защемлённой по трём сторонам (с короткой стороной 50 – 5 = 45 мм), при отношении сторон 45 /150 = 0,38 и
.
Требуемая толщина пластинки
,
принимаем
Вертикальное ребро, поддерживающее горизонтальную диафрагму, рассчитываем как балку на двух опорах, нагруженную сосредоточенной силой V₂. Принимая толщину ребра 10 мм, определяем требуемую его высоту

Принимаем

Рисунок 4.5. Промежуточный узел нижнего пояса

4.4.4 Коньковый узел.

Соединение двух полуферм на строительной площадке в коньковом узле выполняется парными деревянными накладками и металлическими фланцами на болтах. Эксцентриситет продольного усилия в поясе обеспечивается прорезью глубиной 100 мм (рис. 4.6).
Крепление раскосов осуществляется через накладки из швеллеров №12 к стальным фланцам на сварке.
Сварные швы передают сжимающее усилие, действующее в раскосе, на фланцы и работают на срез и сжатие:
● усилие на срез,
● усилие на сжатие
Напряжения в швах с катетом и общей длиной в одном швеллере (№12) проверяем по формулам:

Проверяем результирующее напряжение

Сжимающее усилие от раскоса на швеллеры передаётся через распорку из швеллера № 12. Напряжения изгиба в распорке

Проверяем сварные швы между распоркой и швеллерами, длиной
41 см [2{12+2(5,2 – 0,48) – 1} = 40,88 см]

Для уменьшения провисания нижнего пояса в узле предусматривается подвеска ø10 мм.

Рисунок 4.6. Коньковый узел

4.4.5 Опорный узел.

Ферма передаёт давление на колонны через обвязочные брусья, выполняющие назначение горизонтальных распорок связей жёсткости между колоннами (рис. 28).
Высота бруса назначается по предельной гибкости при шаге рам
4,5 м:

Принимаем
Ширина обвязочного бруса принимается равной ширине опорной стойки колонны .
Выполняем проверку опорной стойки на устойчивость.

Гибкость

Коэффициент продольного изгиба

.
Проверка стойки на устойчивость:

Проверка выполняется.

Рисунок 4.7. Опорный узел

4.5 Весовые показатели фермы

1) Расход древесины
-Верхний пояс

- Нижний пояс

- Восходящие раскосы

- Опорные стойки

- Промежуточные стойки

Общий расход древесины:

2) Расход металла
- Нижний пояс

- Нисходящие раскосы

Общий расход металла:

3) Расход связей
- Карнизный узел

- Промежуточный узел верхнего пояса

- Промежуточный узел нижнего пояса

- Коньковый узел

- Опорный узел

Общий расход связей:

Полный вес фермы:

Вес фермы на 1 м² плана покрытия:

Коэффициент собственного веса

Ранее принятый коэффициент собственного веса - 3,5.
Расхождение

Коэффициент собственного веса оказался больше ранее принятого более чем на 20%. Для уточнения несущей способности фермы следует пересчитать нагрузки, усилия и проверить принятые сечения стержней фермы и детали узлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Большое разнообразие конструктивных решений зданий и сооружений из древесины невозможно рассмотреть в одном учебном пособии.
Учитывая то, что на Дальнем Востоке древесина является местным строительным материалом, а сеть коммуникаций для транспортировки заводских изделий ещё недостаточна, наибольший интерес для региона представляют конструкции построечного изготовления.
Вместе с тем с развитием и расширением индустриальной базы заводского изготовления конструкций, например из клееной древесины (как наиболее прогрессивных), возникает потребность в умении их проектировать.
Поэтому в дальнейших изданиях планируется рассмотреть расчёты индустриальных деревянных конструкций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80(с Изменением N 1). // Электронный фонд правовой и нормативной документации «Техэксперт» Текст: электронный / АО «Кодекс».- Последнее обновление 28.08.2017.
2. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. – Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации «Техэксперт». Текст: электронный / АО «Кодекс».
3. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. – Актуализированная редакция СНиП II-23-81* // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации «Техэксперт». Текст: электронный / АО «Кодекс».- Последнее обновление 28.08.2017.
4. ГОСТ 8509-93 Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Сортамент // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации «Техэксперт». Текст: электронный / АО «Кодекс» ».- Последнее обновление 01.08.2012.
5. ГОСТ 8240-97. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент (с Изменением N 1) Сортамент // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации «Техэксперт». Текст: электронный / АО «Кодекс» .- Последнее обновление 14.11.2011.

жүктеу/скачать 0,93 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7 8 9