Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Марта 2012 в 22:53, курсовая работа

Краткое описание

Необходимо разработать проект одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций (надземная часть). Здание предназначено для использования в качестве спортивного корпуса. Предусматривается, что строительство будет производиться в III снеговом районе и IV ветровом районе. Ширина здания в осях 42 м., длина здания 66 м., шаг поперечных рам 6 м., полезная высота 11 м.

Содержание работы

1.
Компановка конструктивного остова здания………………………………………………
3.

2.
Проектирование панели со сплошным срединным слоем………………………………….
4.

2.1
Выбор конструкции……………………………………………………………………..
4.

2.2
Подсчет нагрузок………………………………………………………………………..
5.

2.3
Определение геометрических характеристик…………………………………………
5.

2.4
Определение расчетных усилий………………………………………………………..
6.

2.5
Проверка несущей способности панели……………………………………………….
6.

2.6
Проверка прогибов панели……………………………………………………………
7.

2.7
Расчет на местные нагрузки…………………………………………………………….
7.

3.
Проектирование круговой арки………………………………………………………………
8.

3.1
Выбор геометрической схемы………………………………………………………….
8.

3.2
Подсчет нагрузок..………………………………………………………………………
9.

3.3
Определение усилий в сечениях арки…………………………………………………
11.

4.
Конструктивный расчет арки………………………………………………………………...
12.

4.1
Подбор сечения арки…………………………………………………………………….
12.

4.2
Проверка прочности сечений…………………………………………………………
12.

4.3
Расчет затяжки…………………………………………………………………………
14.

4.4
Расчет узлов……………………………………………………………………………...
14.

5.
Расчет стойки…………………………………………………………………………………
18.

6.
Список используемой литературы…………………………………………………………...
23.

Содержимое работы - 1 файл

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.docx

— 892.41 Кб (Скачать файл)

Вариант 2. При распределенной по треугольнику треугольной нагрузке с максимальной ординатой

3. Ветровая  нагрузка определяется по [10].

Характер действия ветровой нагрузки показан на рис.2.

Интенсивность ветровой нагрузки подсчитывается по формулам:

где – скоростной напор для второго района;

C–аэродинамический коэффициент;

B–коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте (для местности типа B [10 табл.6] при высоте H=11м. К=0,44 ; при H=15,2 м. К=0,61 ; при H=17 м. К=0,68; другие значения К находятся по интерполяции);

–коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,4.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3 Схема  ветровой нагрузки на арку.

Для каждой зоны (см. рис.3 ) принимаем  средние значения коэффициентов  Ci и Ki.

При и имеем Ce1= -0,2; Ce2= -0,8; Ce3= -0,4.

Другие коэффициенты показаны на рис.16.

4. Собственный  вес арки подсчитываем по формуле 

где qн и pн – соответственно постоянная (вес покрытия) и временная (снег) нагрузки, действующие на арку;

Kс.в – коэффициент собственного веса, для арки принимаем равным 4.

Величина  распределенной нагрузки от собственного веса:

– нормативная

– расчетная

На 1 м2 горизонтальной проекции

Погонные нагрузки на арку при шаге 6 м.:

– постоянная

 

– снеговая:

Вариант 1

Вариант 2

– ветровая:

Полная расчетная  схема рамы дана на л. 1.

 

3.3 Определение усилий в сечениях арки.

Усилия  в сечениях арки подсчитываем с помощью ЭВМ по программе “Арка”.

По результатам  распечатки находим расчетные значения усилий M, Q, N при различных видах загружения и различных сочетаниях нагрузок. Результаты расчета приведены в таблице 3.

 

Таблица 3.

 

L

f

r

n

Нагрузки

q

s1

s2

s3

w1

w2

w3

w4

42.00

6.00

39.75

5

3.10

9.45

19.20

9.60

0.49

2.19

2.19

0.98


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Конструктивный расчет арки

 

    1. Подбор сечения арки.

 

Сечение арки принимаем прямоугольным, склеенным  из досок плашмя. Задаемся, согласно рекомендациям СНиП, высотой арки равной , и уточняем ее, исходя из целого числа склеиваемых досок. Принимаем 28 досок толщиной 42 мм. и шириной 192 мм (что соответствует нестроганным стандартным доскам 200x50 мм.). Тогда размеры сечения будут =1176x192 мм. Древесина принята первого сорта, для которой

14 МПа,  1,6 МПа. С учетом коэффициентов mп=1,2, mб=0,85 (при h=117 см.), mсл=0,95 (при 42 мм.) и mгн=1,0 (при 946>500) величина расчетного сопротивления будет равна

Для принятого  сечения имеем

4.2 Проверка прочности сечений.

 

Проверяем прочность  наиболее нагруженного сечения (с максимальным изгибающим моментом) т.е. сечения 3, где M=-286.8 кН м, N=-299.434 кН.

Находим значение коэффициента , для чего сначала подсчитываем коэффициент по формуле

Проверяем прочность  сечения по формуле

Вывод: Прочность сечения обеспечена.

 

Проверяем клеевые  швы на скалывание:

Вывод: Прочность клеевых швов на скалывание обеспечена.

 

Проверку  устойчивости арки производим по формуле

.

Считаем, что  арка раскреплена по верхней кромке связями, которые ставятся через  3 м. Нижняя кромка не имеет раскреплений, т.е. вертикальные и горизонтальные связи по нижним поясам отсутствуют. Учитывая, что расчетная нагрузка в проверяемом выше сечении создает положительные изгибающие моменты, за расчетный участок lр принимаем расстояние между связями, т.е. lр=3000 мм.

Подсчитываем  коэффициенты:

 при гибкости 

(коэффициент kф принят равным 1,0 ввиду небольшого изменения моментов на концах рассматриваемого участка lр).

Проверяем устойчивость арки

Вывод: Устойчивость обеспечена.

 

Однако арку необходимо проверить еще на устойчивость плоской формы деформирования с  учетом сочетания нагрузок, которые вызывают отрицательные изгибающие моменты (растяжение в верхней кромке и сжатие в нижней). Расчетные усилия будут равны: M=-286,8 кНм, N=-299,434 кН.

Для такого случая имеем:

Величины  коэффициентов, учитывающих закрепление  из плоскости деформирования со стороны  растянутой от момента М кромки. При m>4 (в нашем случае ) они имеют следующие значения:

где -центральный угол, рад, определяющий участок

Проверяем устойчивость арки:

Вывод: Устойчивость обеспечена.

Проверяем устойчивость арки из плоскости:

где   Таким образом, принятое сечение арки удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.

    1. Расчет затяжки.

 

Максимальное  усилие в затяжке Н=113,925+347,288=461,213 кН.

Затяжка выполнена  из двух стальных уголков марки ВСт3пс6-1.

Требуемая площадь  уголков

а одного уголка

Принимаем уголок 90x90x7 (F=12,28 см2 > 11,3 см2).

 

4.3 Расчет узлов.

 

Опорный узел.

Расчетные усилия: N=530,829 кН, Q=58,8 кН.

Конструкцию опорного узла принимаем с валиковым  шарниром. Материал шарнира- сталь марки  10Г2С1 (Ry=310 МПа).

Расчет валикового шарнира на изгиб  и упорных пластин на смятие производим на равнодействующую усилий N и Q в шарнире:

Рис.4 – схема опорного узла.

 

 

Принимая  расстояние между упорными пластинками  в арке , находим величину изгибающего момента в валике:

Требуемый момент сопротивления валика

;

Принимаем валик  диаметром d=75 мм. (W=41,4 см3 > 41,29 см3).

Проверяем валик  на срез по формуле

.

Принятый валик удовлетворяет  требованиям прочности.

Толщину упорных  пластин принимаем из условия  смятия. Общая толщина пластин  в арке и опорном башмаке должна быть не менее

Принимаем толщину  пластин в арке равной 16 мм., а в опорном башмаке- 32 мм.

Торец арки проверяем  на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию (RСМ=14 МПа). Усилие от шарнира передается на башмак длиной lб=600 мм. через гнутый швеллерный профиль двумя боковыми ребрами.

Площадь смятия торца арки под швеллером

Условие прочности

Прочность обеспечена.

На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия Nб, вызываемые поперечной силой:

.

Необходимый диаметр болта  определяем, исходя из его несущей  способности, по изгибу:

.

При n=2 (два болта) имеем

.

Принимаем конструктивно  два болта d=16 мм.

Упорную плиту башмака  рассчитываем как балку на опорах, загруженную в середине пролета  силой N. Максимальный изгибающий момент в такой балке

где l1=120 мм.- расстояние между боковыми пластинами опорного башмака.

Принимая ширину плиты  b1=400 мм., находим требуемую толщину по формуле

.

Принимаем толщину плиты  равной 34 мм.

Размеры опорной плиты  башмака назначаем из условия  смятия опорной деревянной подушки  под действием максимальной опорной реакции: A=263,55 кН, т.е.

.

Принимая B=240 мм., найдем, что

.

Принимаем L=400 мм. Толщина опорной плиты назначают из условия работы ее на изгиб. Опасными являются консольные участки для которых изгибающий момент

.

Толщина опорной плиты  должна быть не менее

.

Принимаем .  Сварные швы, соединяющие детали узла между собой, рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП II-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции.

Коньковый узел.

Коньковый узел в целях унификации выполняем  аналогично опорному, т.е. тоже с применением  валикового шарнира. Усилия: в узле N=461,213 кН, Q=49,612 кН.

Расчет валикового шарнира на изгиб и упорных  пластин на смятие производим на равнодействующую усилий N и Q в шарнире:

 


Рис.5 – схема конькового узла.

 

Принимая  расстояние между упорными пластинками  в арке , находим величину изгибающего момента в валике:

Требуемый момент сопротивления валика

;

Принимаем валик  диаметром d=75 мм. (W=41,4 см3 > 35,9 см3).

Проверяем валик  на срез по формуле

.

Принятый валик удовлетворяет  требованиям прочности.

 

Толщину упорных  пластин принимаем из условия  смятия. Общая толщина пластин  в арке и опорном башмаке должна быть не менее

Принимаем толщину  пластин в левой полуарке равной 14 мм., а в правой- 28 мм.

 

Торец арки проверяем  на смятие. Величина напряжений смятия при действии расчетной продольной силы не должна превышать расчетного сопротивления смятию (RСМ=14 МПа). Усилие от шарнира передается на башмак длиной lб=600 мм. через гнутый швеллерный профиль двумя боковыми ребрами.

Площадь смятия торца арки под швеллером

Условие прочности

Прочность обеспечена.

На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия Nб, вызываемые поперечной силой:

.

Необходимый диаметр болта  определяем, исходя из его несущей  способности, по изгибу:

.

При n=2 (два болта) имеем

.

Принимаем конструктивно  два болта d=16 мм.

 

 

5. Расчет стойки.

 

В целях унификации принимаем для стойки те же доски  что использовались для проектирования арки =42 мм. и шириной 192 мм. (что соответствует не строганным стандартным доскам 200x50 мм.). Задаемся высотой сечения в пределах . В соответствии с этими размерами принимаем 24 доски =42 мм., итого .


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рис.6 – сечение колонны.

 

Расчет рамы будем производить по схеме приведенной  на рис.7


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7 – расчетная схема рамы.

 

Для расчета  найдем усилия M,N,Q, для этого найдем горизонтальные составляющие ветровой нагрузки W и W/.

Горизонтальные  составляющие:

,

.

Вертикальные  составляющие:

,

.

Усилие N будет представлять собой сумму усилий от постоянной нагрузки =198,45 Кн, снеговой нагрузки =65,1 кН и собственного веса колонны .

.

Находим значение ветровой нагрузки действующей на колонну:

  • слева ;
  • справа .

 

Находим усилие, передающееся на стойку , где

;

.

Находим значения моментов и  поперечных сил в правой и левой  стойках. Расчет будем производить  по схеме показанной на рисунке 9:


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9 – расчетная схема стойки.

–левая стойка

;

.

 

–правая стойка

;

.

 

Геометрические характеристики для  принятого сечения

Площадь сечения  ;

Момент сопротивления  ;

Момент инерции  ;

Радиус инерции  ;

Гибкость  .

Проверка прочности сечений.

Проверяем прочность  наиболее нагруженного сечения (с максимальным изгибающим моментом) т.е. сечения на опоре, где M=143,63 кН м, N=280,65 кН.

Информация о работе Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций