Материал: Разработка дощатоклееные рамы для внедрения их на производстве и строительстве быстровозводимых зданий

Проектируемый башмак крепления колонны к фундаменту выполняется из стали марки Вст3кп2 с опорными косынками-траверсами. Крепление осуществляется через болтовое соединие, расположенное вдоль геометрической оси колонны. Болты нормальной точности, класс прочности 5.6. Защемление колонн в фундаменты выполняется через анкерные болты. Конструкция башмака обусловлена простотой изготовления, универсальностью, обеспечению деревянной колонны долговечностью, быстротой сборки на строительной площадке.

Все конструкции разработаны для климатический условий г. Братска. Все элементы дощатокленных конструкций соединены на фенольно-резорциновом клее марки ФР-50, который образует тепло- и водостойкое соединение.

.1 Расчет плиты покрытия

Исходные данные.

-х слойная плита покрытия типа «сэндвич» состоит из следующих слоев:

)        верхняя обшивка - профилированный лист толщиной δ= 0,06 см, высота гофры 5,7 см;

)        утеплитель пенополистирольный пенопласт марки ПСВ толщиной 150 мм согласно теплотехническому расчету;

)        нижняя обшивка - профилированный лист толщиной δ=0,06 см, высота гофры - 5,7см;

Размеры плиты 6х1м.

Решение.

Поперечные швы между панелями приняты 20 мм. Длин панели l_п=600- 2= 598 см. Ширина площади опирания на дощатоклееную балку 0,5(14-2)=6 см. Расчетный пролет l=598-6=592 см.

Изгибающий момент и поперечная сила:

(2.1)

(2.2)

Тогда M=9,37 кН·м; Q= 6,42 кН.

При расчете можно допустить, что средний слой не воспринимает нормальных напряжений, а воспринимает только касательные напряжения; нормальные же напрядения воспринимаются только обшивками. Исходя из этого при вычислении момента инерции и момента сопротивления сечения учитывают только обшивки.

Учет совместной работы двух материалов (верхней и нижней обшивки) осуществляется приведением всех геометрических характеристик к одному наиболее напряженному материалу.

Геометрические характеристики приведенные к материалу обшивок.  Приведенный момент инерции:

, (2.3)

где==46,2 - момент инерции относительно собственной оси верхней и нижней обшивок соответственно, ;

F_в=F_н=6,6 - площади сечения верхней и нижней обшивок, ;

- расстояние от центра тяжести соответствующего элемента до нижней грани нижней обшивки,.

Тогда J_пр=46,2+7,5²·6,6+46,2+7,5²·6,6=834,9 см⁴.

Момент сопротивления приведенного момента инерции:

 (2.4)

При малой толщине гофрированного листа, в формуле (2.4) можно принять δ=0.

Прочность обшивок проверяют по формуле:

нормальные напряжения:

(2.5)

касательные напряжения

(2.6)

где R_р и R_c - расчетные сопротивления растяжению и сжатию обшивок.

;

,

следовательно, прочность обшивки обеспечена.

Прочность среднего слоя и прочность его соединения с обшивками панелей проверяют по формуле:

  (2.7)

где, R_cр=0,07 - расчетное сопротивление срезу материала среднего слоя, МПа.

Прочность среднего слоя проверяют по формулам:

,МПа(2.8)

где R_c =0,7- расчетное сопротивление сжатию материала среднего слоя, МПа

θ₃ - коэффициент, определяемый в зависимости от величины η по графику

 следовательно, прочность обеспечена

Приведенный модуль упругости:

МПа (2.9)

где Е - модуль упругости;

μ - коэффициент Пуассона материала обшивки.

=14865 МПа.

Проверку жесткости панели со сплошным средним слоем при действии нормальных, равномерно распределенных по поверхности панели нагрузок производят по формуле:

(2.10)

где k_сдн - коэффициент, учитывающий влияние н прогиб податливости среднего слоя при сдвиге;

=3 см - предельный прогиб.

Значение коэффициента k_cдн определяют из выражения:

(2.11)

где G=11 - модуль сдвига материала среднего слоя, МПа

.

 следовательно прогиб плиты не превышает предельно допустимого.

.2 Расчет деревянной дощатоклееной балки

В данном разделе рассчитаны следующие виды балок:

а) Сбор нагрузок. При определении нагрузки на балку ввиду малого угла наклона () можно считать, что вес на 1  горизонтальной проекции покрытия равен весу, приходящемуся на 1 поверхности покрытия. Все нагрузки, действующие на балку занесены в таблицу.

А) Постоянные

Собственный вес балки определен по формуле:

,кН/м² (2.12)

где q^н - постоянная нормативная, кН/м²;

S^н - временная нормативная, кН/м²;

к_с.в. - коэффициент собственного веса.[13]

l - расчетный пролет, м.

Б) Временные:

S^н нормативная - 1,26 кН/м²;

S^н расчетная - 1,8 кН/м²

б) Конструкция балки.

Двускатная клееная дощатая балка с уклоном верхней грани i=0,05 изготовлена из сосновых досок 1 сорта размером 150х40 мм. Доска после фрезерования будет иметь размер 140х33 мм.

Высота балки в середине пролета находится в пределах:

, (2.13)

Высота балки на опоре:

. (2.14)

Высоту балки в середине пролета предварительно назначаем из условия восприятия максимального изгибающего момента по формуле (2.15):

 (2.15)

Требуемый момент сопротивления:

,см³ (2.16)

гдеR_и - расчетное сопротивление древесины изгибу вдоль волокон для досок 1 сорта 16 МПа;

m_б- коэффициент, учитывающий высоту сечения;

m_д = 0,8.

Ширина сечения балки b=14 см, тогда

, м (2.17)

Высота балки на опоре:

,м (2.18)

в) Проверка принятого сечения

Проверяем прочность балки в сечении с максимальными нормальными напряжениями на расстоянии х от опоры:

,м (2.19)

Изгибающий момент в этом сечении:

, кН·м (2.20)

Высота балки в сечении х= м:

, (2.21)

Момент сопротивления:

,см³ (2.22)

 < , МПа (2.23)

Где m_б - коэффициент условий работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения;

m_сл - коэффициент учитывающий толщину слоев, равный 1.

m_а - коэффициент для элементов подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением;

R_и - расчетное сопротивление древесины изгибу вдоль волокон.

Проверка прочность опорного сечения по касательным напряжениям.

Момент инерции в опорном сечении:

,см⁴ (2.24)

Статический момент:

,см³ (2.25)

Максимальная поперечная сила:

, кН (2.26)

Касательное напряжение в опорном сечении:

 < . (2.27)

Проверка на устойчивость плоской формы деформирования:

, МПа (2.28)

где- коэффициент изгибаемых элементов прямоугольного постоянного сечения определяют по формуле:

, (2.29)

гдеl_р - расстояние между опорными сечениями элемента, а при закреплении сжатого пояса в промежуточных точках от смещения из плоскости изгиба - расстояние между этими точками (связями являются плиты покрытия шириной l_р = 1 м);

k_ф - коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_р.

Определяем моменты по формуле:

-в сечении =;

,кН·м (2.30)

в сечении

, кН·м  (2.31)

Определяем:

.  (2.32)

, (2.33)

Поскольку балка не имеет закреплений из плоскости по растянутой кромке, согласно п.4.14 [15] коэффициент  следует умножать на дополнительный коэффициент :

, (2.34)

г) Проверка жесткости балки.

Проверяем жесткость балки по формуле:

, см (2.35)

где f₀ - прогиб балки постоянного сечения высотой h, без учета деформаций сдвига;

k - коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения,

- коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.

,  (2.36)

, (2.37)

Приведенный момент инерции в середине длины:

,см³ (2.38)

, (2.39)

где Е - модуль упругости древесины, Е=10000Мпа=1000кН/см².

Полный прогиб балки:

, см (2.40)

,см (2.41)

Предельный прогиб определяем методом интерполяции.

Для балки длиной:

4м равен 1,53 см;

9 м равен 4,23 см;

12 м равен 4,8 см;

15 м равен 5,7 см;

18 м равен 6,26 см.

д) Расчет опорного узла.

Определяем ширину опоры:

,см (2.42)

где R_см - расчетное сопротивление смятию поперек волокон в опорных частях конструкции, R_см=0,3кН/см².

Требуемая площадь анкерных болтов:

, см² (2.43)

. (2.44)

Вывод:

1)      в результате статического расчета вычислил высоту балок, запас прочности двускатных балок не больше 5%, балки имеют больший запас прочности, что обусловлено минимальной высотой в сечении с набольшими напряжениями.

2)      С увеличением пролета балки на 3 м, сечение в середине пролета увеличивается на 25,7 см при одинаковой нагрузке.

)        Расчет показал, что наиболее неэкономичные балки длиной 9 и 18 м.

.3 Расчет деревянной дощатоклееной рамы

Класс здания по степени ответственности I, III снеговой район, II ветровой район. Пролет здания в свету варьируется, м; высота до низа несущей конструкции покрытия 4 м, шаг колонн 6 м.Толщина стеновой панели и плиты покрытия 150 мм. Расчетная нагрузка от панелей 0,3 кН/м² площади стены. Дощатоклееные балки покрытия семи конструктивных форм двускатные с шириной сечения 140 мм. Необходимые данные об используемых балках приведены в таблице 2.2.

Колонны проектируем из пиломатериалов хвойных пород (сосна, ель). Для колонн, как для внецентренно сжатых элементов, рекомендуется древесина второго сорта.

Общая методика по сбору нагрузок, статическому конструированию колонны приведены ниже. Результат сведен в таблице 2.3.

А) Предварительный подбор сечения колонны

Продольная гибкость для колонн равна 120. При подборе размеров сечения колонн целесообразно задаваться гибкостью 100. Тогда при =100 и распорках, располагаемых по верху колонн

, (2.45)

, (2.46)

где Н-высота здания, Н=4м;

Для изготовления колонн принимаем доски шириной 150 мм и толщиной 40 мм, после острожки толщина досок составит 33 мм, ширина 140 мм. С учетом принятой толщины досок после острожки высота сечения колонн будет:

=10∙33=330 мм.

=140 мм -

принимаем окончательно.

Б) Определение нагрузок на колонну

- от ограждающих конструкций покрытия: