Расчёт ограждающих конструкций. Расчётная ширина фанерных обшивок. Проверка панели на прочность. Подбор сечения балки. Проверка принятого сечения ригеля. Снеговая нагрузка на покрытие. Определение усилий в стойках рамы. Расчёт опорного и карнизного узла.
Аннотация к работе
Рамы состоят из вертикальных стоек, соединенных ригелем, что позволяет легко устраивать вертикальные стеновые ограждения и элементы покрытия. Наличие таких стоек выявляет ряд достоинств в индустриальности, транспортировке и возможности раздельного монтажа стоек и ригелей. Двухшарнирные деревянные рамы с жестко закрепленными стойками относятся к рамам заводского изготовления и выполняются, как правило, дощатоклееными. В качестве ограждающих конструкций мы используем крупноразмерные панели: длинна l = 3,0 м, ширина b = 1,0 м, относительная толщина панели hn = 162 мм, толщина верхней обшивки из фанеры ?nф= 10 мм, сечение продольных и поперечных ребер принимаем по сортаменту 156Ч44 мм, после острожки 152Ч40 мм.
Введение
Двухшарнирные деревянные рамы являются одним из наиболее распространенных типов несущих конструкций. Они нашли широкое применение в большинстве производственных и общественных зданий. Рамы состоят из вертикальных стоек, соединенных ригелем, что позволяет легко устраивать вертикальные стеновые ограждения и элементы покрытия.
Двухшарнирные деревянные рамы бывают, как правило, однопролетными при пролетах 12-30 метров. По статической схеме их относят к статически неопределимым рамам, имеющим жестко или шарнирно закрепленные стойки.
Наибольшее распространение получили двухшарнирные деревянные рамы с жестко закрепленными стойками. Наличие таких стоек выявляет ряд достоинств в индустриальности, транспортировке и возможности раздельного монтажа стоек и ригелей. Двухшарнирные деревянные рамы с жестко закрепленными стойками относятся к рамам заводского изготовления и выполняются, как правило, дощатоклееными.
1.
Расчет ограждающих конструкций
1.1 Расчет панели покрытия
В качестве ограждающих конструкций мы используем крупноразмерные панели: длинна l = 3,0 м, ширина b = 1,0 м, относительная толщина панели hn = 162 мм, толщина верхней обшивки из фанеры ?nф= 10 мм, сечение продольных и поперечных ребер принимаем по сортаменту 156Ч44 мм, после острожки 152Ч40 мм.
Основные расчетные характеристики: плотность древесины 500 кг/м3, плотность фанеры 700 кг/м3, модуль упругости фанеры Еф=9000 МПА, модуль упругости древесины Ед= 10000 МПА.
Так как проектируемое здание не отапливаемое, то панель покрытия имеет коробчатое сечение.
1. Расчетная ширина фанерных обшивок: Так как l = 3000 мм > 2•а = 6•470 = 2820 мм, то bрасч = 0,9•1000 = 900 мм. (а = 470 мм - расстояние между продольными ребрами по осям)
Ригель проектируем прямоугольного сечения из пакета уложенных плашмя и остроганных досок, склеенных фанерным водостойким клеем ФР-50. Доски принимаем по сортаменту 190Ч50 мм, после острожки 180Ч44 мм. По конструктивным требованиям ширину балки принимаем b = 18 см.
Сбор нагрузок
Наименование НАГРУЗКИПЛОТНОСТЬПОДСЧЕТНОРМАТИВНАЯ нагрузка, КН/м2Коэф. НАДЕЖНОСТИРАСЧЕТНАЯ нагрузка, КН/м2
Принимаем h0 = 0,24 (6 досок). h = h0 l/2•10 = 0,24 18/20 = 1,14 м - высота сечения в середине пролета;
Принимаем h = 1,16 (29 досок).
Проверка принятого сечения ригеля.
В балках переменной высоты расчетные сечения, где действуют максимальные нормативные напряжения, которые не совпадают с серединой пролета, где действует максимальный изгибающий момент. Это объясняется тем, что момент сопротивления сечения здесь уменьшается от середины пролета к опорам балки быстрее, чем изгибающий момент.
Расстояние Х от эпюры до сечения, где действуют максимальные нормативные напряжения: Х = l•h0/2h = 18•0,24/2•1,14 = 1,89
Величина изгибающего момента в расчетном сечении: Мх = qp•x•(l - x)/2 = 4,238•1,89 (18 - 1,89) = 129 КН•м
Высота расчетного сечения: hx = h0 (h - h0)•2x/l = 0,24 (1,14 - 0,24)•2•1,89/ 18 = 0,43 м
Момент сопротивления расчетного сечения: Wsp = b•h2/6 = 0,18•1,142/6 = 0,04 м3
Расчетное сопротивление: R = Ru мб мсл, где: мб = 0,86 при hx = 0,43 - коэффициент условия работы;
мсл = 0,95 при h = 1,14 - коэффициент условия работы;
Устойчивость плоской формы деформирования балки обеспечена.
В результате расчета подобранная балка прямоугольного сечения из пакета досок 190Ч50 мм (после острожки 180Ч44 мм). В середине пролета балка собирается из 29 слоев, а на концах из 6 слоев. Принятые сечения балки в пролетах и на опорах удовлетворяют требованиям прочности, жесткости и поперечной устойчивости.
3.
Статический расчет рамы
Сбор нагрузок.
Для двухшарнирных дощатоклеенных рам характерно действие следующих видов нагрузки: постоянной (собственный вес покрытия) и временной (снеговая и ветровая). Так как соединение ригеля со стойкой шарнирное, то в этом случае стойки воспринимают действующие на ригель вертикальные нагрузки в виде сосредоточенных сил, приложенных к верхнему срезу стойки по направлению ее оси.
Постоянное расчетное давление на стойку: Рст = (qp qn)•(l/2)•b = (1,946 0,091)•9•3 = 55 КН b = 3 - шаг рам;
qp = 1,946 КН/м2 - расчетная нагрузка от веса кровли;
qn = 0,091 - собственный вес ригеля;
Давление от собственного веса стойки: Рст = hct •bct•Hct•?•n•g hct и bct - высота и ширина сечения стойки hct = ((1/8)/(1/15))•l, принимаем hct = 2,0 м hct/ bct ? 5; bct ? hct/5 = 0,4 м
Нст=8,4 м - высота стойки ? = 500 кг/м3 - объемный вес древесины
Рст = 2,0•0,4•8,4•500•1,1•9,81 = 36,22 КН
Расчетное давление от стенового ограждения: Рст02 = qct02•(Нст Hon)•b = 0,425 (8,4 0,44)•3= 11,271 КН
qct02 - расчетная нагрузка от веса стенового ограждения
Цель статического расчета дощатоклеенной двухшарнирной рамы заключается в определении усилий от действующих нагрузок в самом напряженном сечении стоек - в опорной части. Рама является однажды статически неопределимой. За лишнее неизвестное принимают отдельно от следующих видов загружения: От ветровой нагрузки приложенной в уровне ригеля: Хригв = - (W - W1)/2 = 1,59-1,19 /2 = -0,2 КН
От ветровой нагрузки приложенной к стойкам: Хств = - (3/16)•Нст•(Рств - Рств 1) = - 0,441 КН
Устойчивость сечения стойки из плоскости изгиба обеспечена.
Проверка клеевого шва стойки на прочность.
? = Qpac•S/?•Jx•b ? Rck; Rccc=1,5 МПА; S = hct2•bct/8 = 0,2 м3 b = 0,6•bct = 0,24 м - расчетная ширина сечения ? = 11,27•103•0,2/0,982•0,26•0,24 = 0,036 МПА? 1,5МПА
Прочность клеевого шва стойки обеспечена.
В результате расчета принята стойка с поперечным сечением 0,4Ч2,0 м, составленная из 35 слоев.
5. Расчет опорного узла
Так как пролет рамы 18 м, узел жесткого сопряжения стойки с фундаментом решается посредством установки на стойках стальных траверс для крепления анкерных болтов. Для этой цели поперечное сечение стойки в опорной части увеличивают путем наклейки с боковых ее сторон по три доски. Для определения площади сечения анкерных болтов находим максимальные растягивающие усилия в опорной части стойки от действия постоянной и временной нагрузок.
При этом максимальные напряжения на поверхности фундамента составляют ?maxmin = - (Npacon/ hn•bct)±(6 Mpacon/ hn2•bct), где: hn = hct 6?у - высота сечения стойки на опоре;
Участки эпюры напряжений равны: с = (?max/(?max ?min)) hn = (0,511/(0,511 0,249)) 2,15 = 1,45 м а = hn/2 - c/3 = 2,15/2 - 1,45/3 = 0,59 м y = hn - c/3 - S = 2,15 - 1,45/3 - 0,075 = 1,59 м
S = 3?y = 0,075 м
Из уравнения моментов относительно центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений находим усилия в анкерных болтах z = (Mpacon - Npacon•a)/y = (83,62 - 180,25•0,59)/1,59 = 14,29 КН
Отсюда площадь поперечного сечения болта будет равна: Fб = z/(nб•Rpб) = 0,36 cm2, где: nб - количество анкерных болтов с одной стороны стойки
Rpб - расчетное сопротивление анкерных болтов на растяжение (Rpб=20 КН/см2).
По таблицам для анкерных болтов, с учетом предельных усилий на растяжение N = 180,25 КН, находим диаметр анкерного болта dб = 16 мм (Fб=2,01 см2). Стальную траверсу для закрепления анкерных болтов рассчитывают как однопролетную балку пролетом lt =bct dв=0,4 0,03 =0,43 м
Карнизный узел в дощатоклееных рамах характерен шарнирным примыканиям к стойке балки покрытия. В месте опирания ставится обвязочный брус, ширина которого находят из условия смятия древесины балки поперек волокон в опорной плоскости. bоб = A/(b•Rcm90), где: А - опорная реакция конструкции покрытия (А=180,25 КН);
Rcm90 - расчетное сопротивление смятию древесины (Rcm90 = 3 МПА);
b - ширина балки (b = 0,4 м);
bоб = 180,25•103/(0,4•3•106) = 0,15 м
Принимаем bоб = 150 мм. Высоту обвязочного бруса назначаем hоб = 150 мм. Проверяем hоб, как распорки вертикальных связей между стойками при [?]=200 и при расстоянии между балками В = 300 см. h0тр = В/(?•r) = 300/(200•0,289) = 5,19 см < hоб = 15 см.