Проектирование неутепленного здания с несущими деревянными гнутоклееными рамами ступенчатого очертания
Исходные данные
Пролет здания - 12 м;
Высота в карнизном узле - 3 м;
Шаг основных несущих конструкций - 4 м;
Длина здания - 28 м;
Снеговой район - V;
Ветровой район - I;
Уровень ответственности - II;
Кровля: Асбестоцементные листы 54/200-6,0 плотностью 17 кН/м3;
Прогоны деревянные (по скату) массой 0,01 кН/м2.
1.Выбор конструктивной схемы и общая компоновка здания
В качестве основной несущей конструкции принимаем трехшарнирные гнутоклееные рамы ступенчатого очертания.
Покрытие здания двускатное с наружным водоотводом.
Назначаем уклон ската покрытия i = 25%, что больше требуемых 20% для волнистых асбестоцементных листов.
Деревянные прогоны принимаем из брусьев цельного сечения. Расстояние между осями прогонов назначаем 1,5 м.
Для изготовления несущих конструкций здания, связей и деталей узлов применим древесину сосны 2 и 3 сорта по ГОСТ 24454-80Е.
Рис.1 Компоновка здания: план на отм. 000 и поперечный разрез
2.Компоновка рамы
Конструированные деревянные трехшарнирные гнутоклеёные рамы имеют ступенчатое изменение высоты и постоянную ширину поперечного сечения по длине рамы. Уменьшенную высоту сечения следует назначать на расстоянии в плане равном четверти пролета от опоры рамы. Уклон наружной кромки прямолинейной части ригеля проектируем равным уклону кровли tgα=0,25, следовательно α=14 ̊.
Рама состоит из двух полурам заводского изготовления, соединяемых в коньке монтажным стыком с помощью деревянных накладок и стальных болтов.
По условию гнутья в многослойных криволинейных конструкциях отношение радиуса кривызны к толщине доски (r/δ) > 150. Для обеспечения возможно меньшего радиуса кривизны толщину доски(слоя), получаемого после фрезеровки пластей, принимаем δ=16 мм. Учитывая минимальный припуск на фрезерование используем доски-заготовки δ=22 мм.
Проектную ширину сечения полурамы принимаем b=235 мм. Ширина исходной рамы-заготовки равна 250 мм.
Большая высота сечения полурамы h1=(1/15…1/25) l = ( 1/15…1/25) 12 = 480…800
Меньшая высота сечения h2=(0,5…0,6) h1
Высота сечений должна быть кратна номинальной толщине доски δ. Тогда назначаем:
h1 = 800 мм - из 50 досок толщиной 16 мм,
h2= 480 мм - из 30 досок толщиной 16 мм.
Принимаем радиус кривизны карнизного узла по внутренней кромке поперечного сечения полурамы rв= 2500 мм. Отношение rв/ δ = 2500/16 = 156 > 150.
Определим основные размеры полурамы:
Радиус кривизны по наружной кромке сечения:
rн = rв+ h1 = 2500 + 800 = 3300 мм
Радиус кривизны по центральной оси сечения:
r = rв + 0,5 h1 = 2500 + 0,5 ∙ 800 = 2900 мм
Высота рамы по расчетной оси в коньке
f = Hк + i (l/2) = 3000 + 0,25 ∙ (12000/2) = 4500 мм
За расчетную ось рамы принимаем параллельную наружной кромке линию, проходящую через центр тяжести конькового сечения. Расстояние от наружной кромки до расчетной оси hр=300 мм.
Радиус кривизны расчетной оси и гнутой части полурамы:
rр = rн - hр = 3300 - 300 = 3000 мм
Величина углов α=14 ̊,
ψ= 90 + α = 90 + 14 = 104 ̊,
φ = 180 - ψ = 180 - 104 = 76 ̊
Длина прямолинейной стойки полурамы:
lcт = l01 = Hк - rр/tg(ψ/2) = 3000 - 3000/tg(104/2) = 656 мм.
Длина дуги гнутой части полурамы:
lгн = l13 = π rр φ /180 = 3,14 ∙ 3000 ∙ 76/180 = 3977 мм.
Длина прямолинейного ригеля полурамы:
lриг = l38 = [l/2 - rр (1 - cos φ)] / cos α = [12000/2 - 3000 (1 - cos76)] / cos14 = =3840 мм
Полная длина расчетной оси полурамы:
lпр= l08 = lст + lгн + lриг = 656 + 3977 + 3840 = 8473 мм
Рис. 2 Полурама
Рис.3. Геометрия и точки расчетной оси полурамы
Координаты xi, yi точек расчетной оси:
х0 = 0, y0 = 0
х1 = 0, y1 = l01 = 656 мм.
х2 = rр [1 - cos (φ/2)] = 3000 ∙ [1 - cos (76/2)] = 636 мм.
y2 = l01 + rр sin (φ/2) = 656 + 3000 ∙ sin (76/2) = 2503 мм.
х3 = rр [1 - cos (φ)] = 3000 ∙ [1 - cos (76)] = 2275 мм.
y3 = l01 + rр sin (φ) = 656 + 3000 ∙ sin (76) = 3567 мм.
Для точек 4…8 найдем шаг
Δx = (0,5∙ l -x3) / 5 = (0,5 ∙ 12000 - 2275) / 5 = 745 мм
Координаты точек 4… 8 вычисляем по формулам:
xi = xi-1 + Δx, yi = Hк + i xi.
х4 = 2275 + 745 = 3020 мм, y4 = 3000 + 0,25 ∙ 3020 = 3755 мм.
х5 = 3020+ 745 = 3765 мм, y5 = 3000 + 0,25 ∙ 3765= 3941 мм.
х6 = 3765 + 745 = 4510 мм, y6 = 3000 + 0,25 ∙ 4510 = 4128 мм.
х7 = 4510 + 745 = 5255 мм, y7 = 3000 + 0,25 ∙ 5255 = 4314 мм.
х8 = 5255 + 745 = 6000 мм, y8= 3000 + 0,25 ∙ 6000 = 4500 мм.
Результаты вычислений сведены в табл. 1
Таблица 1 Координаты точек расчетной оси 3.Сбор нагрузок на покрытие от собственного веса и снега
Задаемся сечением прогонов 150 х 250, шаг 1,5м. Тогда нагрузка от веса прогонов:
Расчетное значение снеговой нагрузки для находящегося в V снеговом районе составляет
S = Sg μ = 3,2 ∙ 1 = 3,2 кН/м2.
Нормативная нагрузка от собственного веса рамы составляет:
где gа.л. = 0,1 кН/м2 - собственный вес асбестоцементных листов,
S0 = S ∙ 0,7 = 2,24 - нормативная снеговая нагрузка,
kс.в = 7 - коэффициент собственного веса
Таблица 2 Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 здания
№ п.пВид нагрузкиНормативная нагрузка, кН/м2 Коэффициент надежности по нагрузке, γfРасчетная нагрузка, кН/м21Волнистые асбестоцементные листы с учетом нахлестки0,11,20,122Деревянные кровельные прогоны; 0,25х0,15;