Конструирование утепленной ребристой плиты покрытия с фанерными обшивками

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Конструирование утепленной ребристой плиты покрытия с фанерными обшивками

Конструирование утепленной ребристой плиты покрытия с фанерными обшивками

Содержание

1. Исходные данные

2. Проектирование сборных плит покрытия с деревянным ребристым каркасом

2.1 Исходные данные

2.2 Компановка поперечного сечения плиты

2.3 Расчётная схема плиты, нагрузка и усилия

2.4 Проверка прочности панели по нормальным напряжениям

2.5 Проверка растянутой обшивки с учётом сращивания листов фанеры на "ус" в расчётном сечении

2.6 Проверка сжатой обшивки на устойчивость

2.7 Проверка фанеры на скалывание по собственному клеевому шву

2.8 Проверка жёсткости панели в целом

3. Проектирование дощатоклееной балки

3.1 Исходные данные

3.2 Решение по 1 варианту из неармированного дощатоклееного пакета.

3.3 Решение по 2 варианту с продольной арматурой в растянутой зоне.

4. Проектирование дощатоклееных колонн поперечной рамы одноэтажного дома

4.1 Составление расчётной схемы двухшарнирной поперечной рамы и определение расчётных усилий в колоннах

4.2 Конструктивный расчёт стержня колонны

4.2.1 Проверка устойчивости колоны в плоскости поперечника

4.2.2 Проверка устойчивости колоны из плоскости поперечника

4.3 Расчёт и конструирование узла крепления колоны к фундаменту

4.4 Определение расчётных усилий в плоскости сопряжения с фундаментом

4.5 Расчёт фундаментных болтов

4.6 Расчёт соединительных болтов

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Пролет поперечника в осях А - Б, L = 21 м;

Высота корпуса в чистоте, H = 10 м;

Температурно-влажностный режим эксплуатации соответствует А3;

Класс ответственности здания по назначению - III

Район строительства:

по снеговой нагрузке - IV;

по ветровой нагрузке - IV;

по типу местности соответствует С.

6. Материал - сосна I, II, III сорта, фанера строительная водостойкая марки ФСФ (принимается по сортаменту).

2.1 Проектирование сборных плит покрытия с деревянным ребристым каркасом.

2.1. Исходные данные

Рассчитать и сконструировать утепленную ребристую плиту покрытия с фанерными обшивками при следующих данных.

Номинальные размеры плиты в плане (из схемы расположения элементов) bхl=1.5 х 4.5 м, конструктивные - соответственно 1.48 х 4.48 м.

Материал ребер каркаса - сосновые доски 2-го сорта для продольных ребер и без ограничения для поперечных.

Обшивки из березовой водостойкой фанеры марки ФСФ.

Утеплитель минераловатные в виде полужестких плит марки 75 на синтетическом связующем, толщина 100 мм (по теплотехническому расчету).

Пароизоляция из полиэтиленовой пленки толщиной 0.2 мм (масса 0.1 кг/м2).

Кровля из 3-х слоев рубероида на битумной мастике (масса 0.1 кг/м2).

Условия эксплуатации по температурно-влажностному режиму соответствуют А3.

Район строительства по снеговой нагрузке - IV.

Класс ответственности здания по назначению - III .

2.2 Компоновка поперечного сечения плиты

Предварительно принимаем продольные ребра из доски толщиной bр=40 мм.

При ширине плиты b=1480 мм целесообразно поставить четыре ребра. Тогда расстояние между ними в свету равно:

 мм,

а между осями мм, что меньше 500 мм.

Удовлетворяет рекомендации.

Предварительно задаемся толщиной листа фанеры верхней обшивки

ф.в.= 10 мм, что составляет 1:46 шага ребер, близко рекомендуемой.

Проверяем достаточность толщины расчетом на местный изгиб сосредоточенной силой Р=1.2 кН.

Лист фанеры рассматриваем как балку-пластинку с рабочей шириной

100 см, защемленную по концам в местах приклейки к ребрам (Рис. 1).

Расчетный изгибающий момент (выровненный):

М=Ра /8=1.2*42.7/8=6.405 кНсм;

Момент сопротивления рабочего сечения обшивки:

W=1000.82/6=10.7 см3;

Условие прочности обшивки :

max=M/W mнRф.и.90

где mн=1.2 - коэффициент, учитывающий кратковременность

монтажной нагрузки [1, табл.6];

Rф.и.90 = 6.5 МПа = 0.65 кН/см2 - расчетное сопротивление

семислойной фанеры толщиной 10 мм изгибу из плоскости

листа поперек наружных волокон [1, табл.10].

Рис. 1. К расчету верхней обшивки на местный изгиб:

а - схема деформации балки пластинки;

б - расчетная схема и эпюра моментов.

Подставляем:

max = 6.405/10.7 = 0.6 кН/см2 < mнRф.и.90 = 1.20.65 = 0.78 кН/см2.

Условие прочности удовлетворяется.

Задаемся толщиной нижней обшивки 6 мм.

Размеры листов фанеры по сортаменту принимаем bl = 15251525 мм. Так как длина плиты равна 4500 мм, то необходимо сращивать листы по длине, совмещая стыки c поперечными ребрами.

Высоту сечения плиты назначаем в пределах

hп=(1/25…1/30)l=180…150 мм.

По сортаменту пиломатериалов принимаем ребра из досок 15040 мм.

После фрезерования кромок действительная высота плиты будет равна

hп=150-10+10+6=156 мм,

что достаточно для размещения слоя утеплителя и образования продух (Рис. 2).

Дальнейшим расчетом проверяем достаточность принятых размеров.

Рис. 2. Конструкция клеефанерной плиты с ребристым каркасом из досок: 1 - продольные ребра; 2 - поперечные ребра;3 - обшивка верхняя; 4 - обшивка нижняя; 5 - утеплитель; 6 - продух; 7 - стык фанеры.

2.3 Расчетная схема плиты, нагрузка и усилия

Расчетная схема плиты на действие эксплуатационной нагрузки - балка на двух опорах, загруженная равномерно распределенной нагрузкой от собственной массы плиты с кровлей и снега (Рис. 3). Расчетная длина l0 = 0.98l = 0.984.5 = 4.41 м.

*В соответствии с п. 5.7 при отношении постоянной нагрузки к снеговой 0.606/3.6 = 0.168<0.8 принят f =1.6.

Расчетные усилия :

кНм;

кН.

Рис. 3. К расчету плиты на эксплуатационную нагрузку:

а - схема опирания плиты на стропильные балки; б - расчетная схема плиты и усилия; 1 - плита; 2 - стропильные балки.

2.4 Проверка прочности панели по нормальным напряжениям

Расчетное поперечное сечение показано на Рис. 4. Так как

l0 = 4480 > 6a = 6467 = 2800 мм,

то вводимая в расчет ширина обшивок

bрасч = 0.9 b = 0.9148 = 133 см.

Суммарная ширина дощатых ребер

bр = 44 = 16 см.

Модули упругости древесины Ед = 1000 кН/см2, фанеры семислойной марки ФСФ при ф = 8 мм, Еф = 850 кН/см2, при ф = 6 мм, Еф = 950 кН/см2. Принимаем усредненно Еф = 900 кН/см2, тогда коэффициент приведения древесины к фанере nд/ф = 1000/900 = 1.11.

Расстояние от низа плиты до центра тяжести приведенного сечения:

см,

а от верха плиты до центра тяжести приведенного сечения:

см.

Приведенные геометрические характеристики:

см3;

см3.

Рис. 4. Расчетное поперечное сечение плиты

Расчетные сопротивления фанеры березовой семислойной по [1, табл.10] растяжению вдоль волокон: Rф.р = 14 МПа = 1.4 кН/см2, сжатию вдоль волокон при толщине листа 8 мм: Rф.с = 12 МПа = 1.2 кН/см2. Вводим поправочные коэффициенты. Для условия работы А3 по [1, табл.5] mв = 0.9. Для зданий II класса ответственности по [2, с. 34] n = 0.9. Поправочный множитель к расчетным сопротивлениям:

2.5 Проверка растянутой обшивки с учетом сращивания листов фанеры на "yс" в расчетном сечении

кН/см2,

что меньше чем

= 0.6 1.4 1 = 0.84 кН/см2,

где mф = 0.6 - коэффициент, учитывающий снижение прочности фанеры

при наличии стыков в расчетном сечении.

Прочность растянутой обшивки обеспечена.

2.6 Проверка сжатой обшивки на устойчивость

Предварительно, согласно [1, п. 4.26], вычисляем ф.

При а0/ф = 467/10 = 46.7< 50, находим

ф = .

Условие устойчивости:

Подставим значения:

кН/см2;

кН/см2;

кН/см2.

Устойчивость сжатой обшивки обеспечена.

2.7 Проверка фанеры на скалывание по собственному клеевому шву

Предварительно находим статические моменты сдвигаемых частей относительно центра тяжести приведенного сечения.

Сдвигается верхняя обшивка,

Sсжотс = 133 1 (7,1 - 10.5) =877,89 см3.

Сдвигается нижняя обшивка,

Sротс = 133 0.6 (8,5 - 0.60.5) = 654,3 см3.

Наибольшим сдвигающим напряжениям соответствует

Smaxотс = Sсжотс = 877,89 см3 верхней обшивки.

По [1], табл.10 при ф = 10 мм расчетное сопротивление скалыванию в плоскости листа вдоль волокон наружных слоев Rф.ск = 0.8 Мпа = 0.08 кН/см2.

Проверяем условие [1], (42):

 кН/см2 < Rф.ск 1 = 0.8 кН/см2

Прочность клеевого шва достаточна.

2.8 Проверка жесткости панели в целом

Наибольший относительный прогиб панели как двухопорной балки по середине пролета вычисляем по формуле:

Условие жесткости

[1],

табл.16 удовлетворяется.

3. Проектирование дощатоклееной балки

Для двухскатного малоуклонного покрытиятребуется рассчитать и сконструировать стропильную балку в двух вариантах: 1-дощатоклееная не армированная; вариант 2 - дощатоклееная с продольным армированием.

3.1 Исходные данные

Пролет поперечника в осях L = 21 м, шаг балок В = 4.5 м.

Настил из сборных клеефанерных плит. Нагрузка от собственной массы плит с кровлей: нормативная - 0.404 кН/м2; расчетная - 0.471 кН/м2.

Снеговая нормативная нагрузка - 1.71 кН/м2.

Класс ответственности здания - III.

Температурно-влажностный режим соответствует A3.

Пиломатериал - сосновые доски 2-го и 3-го сортов.

Предельный прогиб балки посередине [f/l] = 1:300.

3.2 Решение по варианту 1 из неармированного дощатоклееного пакета

Расчетная схема балки на рис.6.

Уклон крыши i = 1:15.

Расчетный пролет l0 = L - hк = 21 - 0.6 = 20.4 м.

Нагрузку от собственной массы балки со связями найдем, приняв

Ксв = 6

кН/м2

Подсчет нагрузок на балку приведен в таблице.

*Коэффициент надежности по снеговой нагрузке f = 1.4 принят в соответствии с п. 5.7 [2] при qнп/pнс = 0.699/1.71 = 0.408 < 0.8.

Высоту балки по середине пролета h предварительно определим из условия надежности по деформациям с учетом выражения для прогиба и известной формулы прогиба балки постоянной высоты при равномерно распределенной нагрузке

, где .

После подстановки и решения относительно h получим

,

где b - ширина сечения пакета;

 - поправочный коэффициент.

Задавшись предварительно рекомендуемыми отношениями h0/l = 1/15 и

h0/h 0.5, по формулам вычисляем

;

.

Тогда

Шириной досок для пакета зададимся: b = 17.5 см без фрезерования кромок. Модуль упругости сосны Ед = 1000 кН/см2 = 107 кН/м2.

Подставив значения получаем

м.

Принимаем h = 167 см.

На опоре h0 = h - 0.5l0i = 1.67 - 0.520.41/15 = 0.99м, что > 0.4h = 0.668.м.

Проверим сечение балки из условий прочности.

По [1,табл. 3] находим требуемые расчетные сопротивления: при изгибе для древесины 2-го сорта Rи =15 МПа = 15 кН/см2; при скалывании вдоль волокон для 3-го сорта Rск = 1.5 МПа = 0.15 кН/см2.

Коэффициенты условий работы:

- для условий эксплуатации A3 по [1,табл.5], mв = 0.9;

- для балок высотой 120 см и более по [1,табл.7], mб = 0.8;

- при толщине слоя досок в пакете 33 мм по [1,табл.8], mсл = 1.

Коэффициент надежности по назначению для зданий II класса n = 0.9.

Поправочные коэффициенты при расчетах:

на изгиб ;

на скалывание.

Поперечная сила в опорном сечении

Qmax = 0.5ql0 = 0.514.5120.4 =148.1 кН.

Минимальная высота балки в опорном сечении из условия прочности на скалывание:

см,

h0 = 99 > 85 см.

Прочность на скалывание обеспечена.

Расстояние от опоры до расчетного нормального сечения:

 м.

Изгибающий момент в сечении xр = 6.05 м равен:

кНм.

Высота балки в расчетном сечении:

см.

Момент сопротивления расчетного сечения:

см3.

Проверим условие устойчивости, задавшись предварительно коэффициентом устойчивости при изгибе м = 1:

кН/см2,

что < Rиmi = 1.50.8 = 1.2 кН/см2.

Условие устойчивости удовлетворяется. При этом фактическая величина коэффициента

.

Найдем расстояние между связями в плоскости сжатой кромки, при котором

м = 0.927:

см,

гдеkф = 1.13 и - коэффициенты.

Примем расстояние между связями lр = 255 см из условия расстановки.

Поперечное сечение балки компонуем из досок в заготовках 40 мм, после острожки - по пласти 33 мм. В крайних слоях располагаем доски 2-го сорта, а в среднем - 3-го сорта.

3.3 Решение по варианту 2 с продольной арматурой в растянутой зон

Задаемся арматурой из 2 20 А-II, А =6.28 см2.

Из условия расположения стержней следует принять . Примем мм , тогда мм , по сортаменту b= 175 мм

Требуемый момент инерции среднего сечения для обеспечения жесткости берем из расчета по варианту 1 ,

I =I = = 6792133.54 см2

Комплексное металлодеревянное сечение приведем к однородному с помощью коэффициента

=ЕS / Еd =20 .

Коэффициент

= = =0.0021

Для I находим требуемую высоту :

см

В опорном сечении

h0 =h - 0.5l0i = 1.606 - 0.5211/15 = 0.906м >м, из расчета по прочности на скалывание (см. вариант 1).

Принимаем h0 =90.6 см, не изменяя средней высоты.

Уклон при этом равен: , что находится в рекомендуемых пределах.

Положение расчетного нормального сечения находим по

м .

Изгибающий момент:

кНм.

Высота расчетного сечения

см.

Приведенные геометрические характеристики расчетного сечения :

см4,

см3,

кН/см2 , что < Rиmi = 1.50.8 = 1.2 кН/см2.

Допустимый коэффициент

,

при этом расстояние между связями в плоскости сжатой кромки должно быть не больше

см.

Принимаем шаг lр =340 см по условию размещения.

Стержни 2 O20, А-|| располагаем в квадратных пазах со сторонами а=25мм на эпоксидном клее ЭПЦ-1 или К-123 с наполнителем из древесной муки.

Проверяем прочность на скалывание древесины по периметру клеевого шва. Предварительно вычислим геометрические характеристики в опорном сечении. При этом

,

см4,

см3,

см,

кН/см2,

что < кН/см2

Прочность на скалывание по клеевому шву обеспечена.

Проверяем прочность опорной площадки на смятие древесины поперек волокон. По [1, табл.3] для опорных узлов Rсм =3.0 МПа.

При ширине опорной площадки b=17.5см требуемая длина ее

см.

Расчёт опорного узла с вклееными поперечными стержнями

Расчётная несущая способность одного стержня

,

Принимаю стержень d=1.6 см ; ?-длина заделки стержня =64 см

причём ??10d и ??0,7h0

- учитывает неравномерность по длине

=1 при одном стержне; 0,9-при двух ; 0,8- при трёх в ряд. Если 2 и 3 стержня расположены в 2 ряда, уменьшается на 0,1.

Рекомендуется на опоре в 2 ряда с центральной прокладкой на сварке.

 - на срез независимо от сорта древесины.

Требуется -длиной по 64 см. или 6стержней меньшей длины.

Проверяем условие жесткости :

Где

;

;

см4,

4. Проектирование дощатоклееных колонн поперечной рамы одноэтажного здания

4.1 Составление расчетной схемы двухшарнирной поперечной рамы и определение усилий в колоннах

Схема поперечника показана на Рис. 5. Поперечное сечение колонн принято bк = 17.5 см, hк = 80 см. Плиты покрытия ребристые клеефанерные толщиной

15.6 см. Кровля рубероидная. Стены панельные навесные толщиной 15.4 см, конструктивно подобны плитам покрытия.

Рис. 5. Расчетная схема поперечной рамы: а - вертикальные нагрузки на поперечную раму; б - параметры ветрового давления; в - статическая расчетная схема (основная система)

Расчетные нагрузки от собственной массы конструкций:

- от плит покрытия с рулонной кровлей qп = 0.471 кН/м2.

- от стропильных балок со связями qб = 0.354 кН/м2.

- от стеновых панелей qст = 0.341 кН/м2.

Расчетная снеговая нагрузка pсн = 2,4 кН/м2.

Ветровой район строительства - IV. Тип местности - C.

Расчетная схема поперечника представляет двухшарнирную П-образную раму. Стойками рамы являются колонны, защемленные в фундаментах, а ригель - - условно недеформируемая стропильная балка, шарнирно опертая на колонны.

При подсчете расчетных нагрузок на раму используем разрез и план здания. Шаг рам В = 4.5 м, свес карниза C = 1 м.

Постоянные нагрузки:

-от покрытия

кН;

-от навесных стен

кН,

гдеh = 1.262 м - величина участка выше верха колонны;

-от собственной массы со связями при

m = 500 кг/м3 и f = 1.3:

кН.

От снега на покрытии:

кН.

Нормативное ветровое давление на уровне земли для III ветрового района принимаем по [2, табл. 5] 0 = 0.48 кН/м2. На высоте Z от поверхности земли, согласно [2], ветровое давление вычисляется по формуле:

z = 0 k,

где k - коэффициент, характеризующий изменение ветрового давления на

высоте, принимаемый по [2, табл. 6].

Для местности типа C значение k и вычисление соответствующих z приведены ниже :

Неравномерное ветровое давление z на участке высотою Нк заменяем эквивалентным равномерным эк. Допускается использовать при этом условие равенства площадей эпюр z и эк.

кН/2.

Расчетное давление ветра на 1 п.м. вычисляем с участка стены шириной В с учетом аэродинамических коэффициентов с:

,

где f =1.4 - коэффициент надежности по ветровой нагрузке по [2, п. 6.11];

В = 4.5 м.

Значения аэродинамических коэффициентов, соответствующие профилю поперечника (см. Рис. 5) находим по [2, прил. 4, схема 2]: с наветренной стороны се = 0.8, с подветренной се3 = - 0.6. При этом:

с наветренной стороны q = 0.192 0.8 1.4 4.5 = 0.968 кН/м;

с подветренной q' = - 0.192 0.4 1.4 4.5 = - 0.726 кН/м.

Ветровое давление с участков стен, расположенных выше верха колонн:

c наветренной стороны

W = ((0.4015+0.42043)/2 ) 1.262 0.8 1.4 4.5 = 2.614 кН;

с подветренной

W' = - 0.411 1.262 0.6 1.4 4.5 = - 1.96 кН.

Расчетная схема поперечника с усилием в лишней связи X1 показана на рис.8, в.

Вычисляем продольное усилие в стропильной балке:

;

кН.

Рис. 6. Расчетные схемы и расчетные усилия в колоннах.

Рассматриваем далее левую и правую стойки как статически определимые и для каждой из них определяем усилия в расчетных сечениях. Основными для расчета являются сечения в уровне низа и верха колонн. Заметим при этом, что при изменении направления ветра на противоположное, усилия в каждой из стоек станут также зеркальным отображением противоположной. На рис.9 показаны обе схемы загружения и эпюры N и M.

Левая стойка:

- верх:

кН;.

- низ :

кН;

Правая стойка:

- верх: N п0 = 165.4 кН; M п0 = 0;

- низ: N пmax = 190.7 кН;

Расчетные усилия:

N0 =165.4 кН; Nmax = 190.7 кН; Mmax = 63.364 кНм.

4.2 Конструктивный расчет стержня колонны

Производим проверку сечения дощатоклееной колонны (рис.8, а) из условий устойчивости в плоскости и из плоскости поперечника. Сечение колонны

bк = 17.5 см, hк = 80 см. Пиломатериал - сосновые доски 2-го сорта толщиной 33 мм. По [1, табл.3] Rс = 15 МПа. Прикрепление к фундаменту выполнено с помощью анкерных болтов - жесткое в плоскости поперечника и условно-шарнирное из плоскости.

Коэффициенты условий работы:

- для условий эксплуатации A3 по [1, табл.5], mв = 0.9;

- для колонн с высотой сечения 80 см по [1, табл.7], mб = 0.9;

- при толщине слоя досок в пакете 33 мм по [1, табл.8], mсл = 1.0.

Коэффициент надежности по назначению для зданий III класса n = 0.90.

4.2.1 Проверка устойчивости колонны в плоскости поперечника

Предварительно вычисляем:

см2;

см3.

Расчетная длина

lох = 2.2Hк = 2.2 960 = 2112 см;

радиус инерции

rх = 0.289hк = 0.289 80 = 23.12 см;

гибкость

х = lох / rх = 2112/23.12 = 91.349

что удовлетворяет условию

х < max = 120.

Вычисляем коэффициент продольного изгиба :

Вычисляем:

,

где кН/см2.

Изгибающий момент по деформированной схеме:

 кНм.

Проверяем условие устойчивости:

кН/см2,

что < Rc = 1.35 кН/см2.

Устойчивость в плоскости поперечника обеспечена.

4.2.2 Проверка устойчивости колонны из плоскости поперечника

Предварительно определим y в предположении, что промежуточных связей нет:

Расчетная длина

lоy = Hк = 960 см;

радиус инерции

ry = 0.289bк = 0.289 17.5 = 5.0575 см;

гибкость

y = lоy / ry = 960/5.0575 = 189.817.

Так как

y = 189.817 > max = 120,

то постановка промежуточных связей необходима.

Проверяем устойчивость при одной промежуточной связи.

Гибкость

y = 0.5 960/5.0575 = 94.909, что < max = 120.

Вычисляем коэффициент продольного изгиба при > 70:

Проверяем условие устойчивости:

кН/см2, что < Rc = 1.35 кН/см2.

Устойчивость из плоскости поперечника обеспечена.

4.3 Расчет и конструирование узла крепления колонны к фундаменту

Требуется спроектировать опорный узел дощатоклееной колонны с металлическими траверсами по типу показанного на рис.10.