144353 (620533), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Пролет – L=22м, длина полупролета – L/2=22/2=11м;

Высота рамы в коньке – f = 8м;

Уклон ригеля – 1:4;

Высота рамы в карнизе по внешнему габариту

; м.

Поперечное сечение стоек и ригелей – прямоугольное с постоянной шириной b = 140 мм, полученной после фрезеровки досок шириной 150 мм (ГОСТ 24454-80*) и переменной высотой.

Соединение ригеля и стойки в карнизном узле выполняются с помощью зубчатого клеевого шипа по всему сечению (рис. 3.1).

Рис. 3.1 - Общий вид рамы

Ригель и стойка изготовляются путем распиловки прямоугольных пакетов, склеенных из сосновых досок толщиной 33 мм (после фрезерования досок толщиной 40 мм).

Предварительно принимаем сечение в карнизном узле из 40 слоев по 33 мм, т.е. h_у = 40·33 = 1320 мм, что составляет около l/17 и соответствует общепринятым допускаемым пределам [1].

В пяте стойки рамы принимаем высоту сечения h_п ≥ 0,4h_y, а в коньке h_к ≥ 0,3h_y, [5].

Принимаем h_п = 17·33 = 561 мм > 0,4h_y = 0,4·1320 = 528 мм.

h_к = 13·33 = 429 мм > 0,3h_y = 0,3·1320 = 396 мм [6],

Высота биссектрисного сечения рамы

,

где

.

Определяем остальные размеры рамы.

Обозначим высоту между внешним и внутренним биссектрисным сечением буквой «а», тогда это расстояние будет равно:

; м.

Обозначим расстояние по высоте между внешней точкой карнизного узла и серединой конькового узла у', тогда

м.

Если обозначить расстояние по высоте между серединами карнизного и конькового узлов через букву «с», будем иметь:

м.

Для расчета рамы нам необходимо определить координаты середины биссектрисного сечения у и х, которые равны:

м,

м,

тогда длина стойки по осевой линии

м,

длина ригеля по осевой линии

м,

где м.

Угол наклона осевой линии ригеля к горизонтали у = 9º30' из соотношения .

Стрела подъема рамы расчетного сечения (по осевой линии)

м.

Расчетный пролет рамы: м.

С учетом предварительно принятых размеров элементов рам получим геометрическую схему, приведенную на рис. 3.2.

Рис. 3.2 - Геометрическая схема рамы

3.3 Статический расчет рамы

Максимальные усилия возникают в карнизном узле рамы при действии полной расчетной нагрузки (постоянной и временной) по всему пролету рамы: q = 10,86 кН/м.

Опорные реакции:

Вертикальные кН

Горизонтальные - (распор)

кН.

На рис. 3.2 представлен карнизный узел, в котором определяем расчетные усилия.

Усилия в расчетном сечении 1-1 (х = 0,3795 м; у = 4,406 м) по оси биссектрисы карнизного узла (рис. 3.2).

Изгибающий момент

кН·м

Продольная сила:

где φ=(90⁰+14⁰02`)/2; sin φ = 0,788; cos φ = 0,616.

Тогда

N_I-I = (116,42 -10,86·0,3795)·0,788 + 80,14·0,616 = 137,857 кН.

Рис. 3.3 - Карнизный узел ломано-клееной рамы

Усилия в сечениях 1-2 и 1-3 карнизного узла (см. рис. 3.3):

кН

N_I-2 = А = 116,42 кН.

(Точнее N_I-2 = А - q·х = 116,42 -10,86·0,3795 =112,3 кН).

кН.

где y₁ = Н - а = 5,25 – 1,688 =3,562 м.

Нормальная сила в коньковом сечении 3-3 (рис. 2.1).

кН.

где х₃ = l_p/2 =10,72 м.

Геометрические характеристики в биссектрисном сечении 1-1 и сечениях 1-2 и 1-3.

Расчетная площадь:

м2,

м,

м².

Момент сопротивления:

м³

м³

Расчетное сопротивление на сжатие умножаются на коэффициенты m_δ, m_сл, m_в.

При высоте сечения больше 50 см, коэффициент m_б находим по интерполяции значений табл.7 [1]:

для высоты h_δ = 167,5 см ;

для высоты h_у = 132 см ,

коэффициент m_сл = 1, т.к. толщина слоя клеёного сечения принята 33 мм (табл. 8 [1]), коэффициент m_в = 1 по табл.5 [1].

Тогда R_с = 15·0,681·1 = 10,215 мПа.

3.4 Проверка максимальных напряжений в биссектрисном сечении.

Соединение клееных элементов стойки и ригеля производится на зубчатый шип под углом по всему сечению. Эпюра напряжений имеет криволинейное очертание (см. рис. 2.3), поэтому проверку в таких сечениях следует производить согласно формулам [5]:

Для сжатой зоны вдоль оси «х» под углом к волокнам α:

( )

(1)

для зоны, растянутой вдоль оси «X» под углом к волокнам α:

(2)

для сжатия вдоль оси «у» под углом к волокнам β = 90°- α =52^о02`

(3)

где F_δ, W_δ – площадь и момент сопротивления биссектрисного сечения;

, , – соответственно расчетные сопротивления древесины смятию под углом α и β к волокнам и изгибу, определяются без введения коэффициентов m_δ и m_сл пo СНиП II-25-80 пп. 3.1 и 3.2;

k₁, k₂, k₃ – коэффициенты, принимаемые по графику рис. 3.4 [5]).

Рис. 3.4

m_α – коэффициент, зависящий от угла наклона волокон, принимаем по рис 3.5.

Расчетное сопротивление под углом определяется по формуле (2) [1]:

.

Рис. 3.5 - График зависимости коэффициента m_α от угла наклона волокон α.

Принимаем расчетное сопротивление смятию вдоль волокон R_см = 15 мПа и поперек волокон R_см90 = 3 мПа (табл.3 [1]) для древесины сосны при ширине сечения рамы 14 см, тогда для α = 37°58`, sin α = 0,610.

мПа;

для β = 90 – 37^о58` = 55<sup>о</sup>02`; sin β = 0,788.

мПа.

Изгибающий момент по деформируемой схеме:

; ,

где l_р – длина полурамы по осевой линии.

Тогда расчетная длина:

l_р = l_ст + l_риг = 4,422 + 10,878 = 15,3 м,

где l_ст = 4,422 м – длина стойки по оси рамы;

l_риг = 10,878 м – длина ригеля по оси рамы.

; .

Для элементов переменного по высоте сечения коэффициент φ следует умножить на коэффициент К_жN, принимаемый по табл. 1 прил. 4 [1].

К_жN = 0,66 + 0,34·β = 0,66 + 0,34·0,296 = 0,761,

где ;

,

К_жN ·φ = 0,77·3,002 = 2,285.

Значение К_жN·φ не должно быть больше 1, поэтому принимаем К_жN·φ = 1.

Тогда ,

где N = 79,019 кН – продольная сила в коньковом сечении 4-4.

кН·м.

Полученные значения подставляем в формулы (1, 2, 3) нормальных напряжений.

Для перевода напряжений в МПа в соответствии в СИ используем коэффициент

10^-3.

Сжатие вдоль оси « х» под углом к волокнам α:

Где k₁ = 0,7, рис. 3.4.

Растяжение вдоль оси «х» под углом к волокнам α:

k₂ = 1,2, m_α = 0,35 по графикам рис. 2.4 и 2.5.

Сжатие вдоль оси «у» под углом к волокнам β = φ = 52,02º

k₃ = 3,99 по графикам на рис. 3.4.

Условия прочности рамы обеспечены.

Недонапряжение составляет

(Недонапряжение по одной из проверок прочности должно быть ≤ 5 %). Окончательно принимаем высоту сечения рамы: h_y = 132 см; h_п = 56,1 см; h_к = 42,9 см.

Согласно п. 6.46 [5] проверка нормальных напряжений в других сечениях стойки и ригеля рамы не требуется.

3.5 Проверка рамы на устойчивость плоской формы деформирования

Проверка производится по формуле 33 [1]

.

Поскольку угол между стойкой и ригелем рамы 90° + 17°= 107° < 130°, расчетную длину ригеля и стойки в соответствии с п. 6.29 [1] следует принимать равной длинам их внешних подкрепленных кромок, т.е. для стойки lр.ст = Н = 5,25 м, а для ригеля

м (см. рис. 2.1).

Суммарная расчетная длина по наружной кромке рамы:

l_р.нар = 5,25 +11,29 = 16,54 м

Расчетная схема полурамы и эпюра моментов в заменяющем прямолинейном элементе имеет вид:

Находим координаты точки перегиба эпюры моментов, для этого приравниваем к нулю уравнение моментов (1).

;

где γ = 9º30' tg γ = 0,164

,

х₁ = 10,8

х₂ = 8,22

Точка перегиба находится на расстоянии x < 0,5L, этому условию удовлетворяет корень х = 8,22.

м.

Расчетная длина рамы по наружной кромке имеет 2 участка, первый

м, где имеются закрепления по растянутой зоне (по ригелю – прогонами или плитами, по стойке – стеновыми панелями) и второй l_p2 = l_р.нар - l_p1 = 16,54 – 14,01 = 2,53 м, где нет закреплений растянутой зоны.

Расчет устойчивости плоской формы деформирования производим по формуле:

для первого участка с показателем n = 1 и для второго участка с показателем n = 2.

Рассмотрим первый участок.

Гибкость из плоскости рамы:

;

коэффициент продольного изгиба:

;

Коэффициент φ_м определяем по формуле (23) [1]:

, где k_ф – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_р1, определяемый по табл. 2 прил. 4 [1], для нашего случая имеем:

где с = l_р1 - l_р1/2 - l_р.ст = 14,01 – 14,01/2 – 5,25 = -1,755

где l_р.ст = Н_ст = 5,25 м

Ригель раскреплен по растянутой кромке, поэтому коэффициенты φ_у и φ_м соответственно следует умножать на коэффициенты К_пм и K_пN. Определяем коэффициенты:

(формула 34) [1].

Для прямолинейного участка ригеля = 0, а отношение =1, т.к. число закреплений m > 4 , тогда

(формула 24[1]).

Подставляем полученные значения в формулу:

Устойчивость плоской формы деформирования обеспечена.

Для второго участка.

Расчетная длина данного участка равна l_р2 = 2,53м. (см. выше).

Расчетная длина данного участка по осевой линии равна:

м.

Определяем максимальную высоту сечения ригеля на данном участке:

см.

Определяем максимальный момент и продольную силу в сечении с координатами м

м.

Где с и k подсчитаны выше.

(координаты определены по правилам геометрии)

кН·м

кН.

Для определения величины момента по деформируемой схеме определяем площадь и момент инерции сечения:

F₂=h'·b = 38,9·14 = 544,6 см² см³

Получим значения коэффициента m_б для h' = 38,9 см по табл. 7 [1]:

m_б=1, т.к. h'<50см.

Для учёта переменной высоты сечения находим по табл. 1 прил. 4 [1]:

К_ЖN = 0,66 + 0,34β ; ;

К_ЖN = 0,66 + 0,34·1,1 = 1,034;

Определяем гибкость:

, тогда

, так как φ_х·К_жN = 5,93·1,034 =6,13 > 1, принимаем φ_х·К_жN = 1, тогда

,

где N = 79,019 кН – продольная сила в ключевом шарнире.

Н·м.

Гибкость из плоскости рамы:

,

тогда

где с = l_р2 - l_р2/2 - l_р.ст = 2,53 – 2,53/2 – 5,25 = -3,985

где l_р.ст = Н_ст = 5,25 м

При расчёте элементов переменного по высоте сечения, не имеющих закреплений из плоскости по растянутой от момента кромки, при расчёте устойчивости плоской формы деформирования, коэффициенты φ и φ_м следует умножать на коэффициенты К_жN и К_жМ по табл. 1 и 2 прил. 4 [1].

К_ЖN = 0,07 + 0,93β = 0,07 + 0,93·1,1 = 1,093

где

К_жМ = β^1/2 = = 1,049

Подставляем полученные значения в формулу проверки устойчивости плоской формы деформирования:

,

0,151<1.

Устойчивость плоской формы деформирования на втором участке обеспечена.

3.6 Расчет конькового узла

Максимальная поперечная сила в коньковом узле возникает при несимметричной временной снеговой равномерно-распределённой нагрузке на половине пролёта, которая воспринимается парными накладками на болтах.

Максимальная поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке:

кН

где S = 5,94 кН/м – погонная снеговая нагрузка см. табл. 2.1,

Определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие накладки к раме:

кН

кН

где l₁ – расстояние между первым рядом болтов в узле;

l₂ – расстояние между вторым рядом болтов.

По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями может быть или . Мы приняли отношение 1/3, чтобы получить меньшие значения усилий.

Принимаем диаметр болтов 18 мм и толщину накладок 75 мм. (Толщина накладки примерно должна быть равна половине ширины рамы.)

Несущая способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 90° к волокнам согласно табл. 17, 19 [1] находим из условий:

1.Изгиба болта:

кН, но не более значения кН

где а – толщина накладки (см); d – диаметр болтов (см), k_α – коэффициент, зависящий от диаметра болтов и величины угла между направлением усилия и волокнами древесины накладки по табл.19 [1].

2. Смятия крайних элементов-накладок с учётом угла между направлением усилия и волокнами древесины рамы ( )

T_см = 0,8·a·d·k_α = 0,8·7,5·1,8·0,575 = 6,21 кH.

3. Смятие среднего элемента–рамы с учётом угла между направлением усилия и волокнами древесины рамы ( ):

T'_см = 0,5·с·d·k_α = 0,5·14·1,8·0,63 = 7,94 кH,

где с – ширина среднего элемента–рамы (см).

Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов из данных трех условий: T_min = 5,28 кН, тогда

Необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:

, принимаем 3 болта.

Количество болтов в дальнем от узла ряду:

, принимаем 1 болт.

Принимаем расстояние между болтами по правилам расстановки СНиП [1] см, принимаем 26 см, тогда расстояние l₂ = 3·l₁ = 3·26 = 78 см.

Ширину накладки принимаем ≥ 10d, что равно 180 мм, согласно сортамента по ГОСТ 24454-80*(3) принимаем ширину накладки 200 мм, тогда расстояние от края накладки до болтов S₂ ≥ 3d = 3·1,8 = 5,4 см ≈ 6 см, расстояние между болтами S₃ ≥ b_н - 2S₂ = 20 - 2·6 = 8 cм, что больше чем S₃ ≥ 3,5d = 3,5·1,8 = 6,3 см.

Изгибающий момент в накладках согласно схеме:

кН·см.

Момент инерции накладки, ослабленной двумя отверстиями диаметром 1,8 см:

см³,

где S₃ – расстояние между болтами.

Момент сопротивление накладки см³

Напряжение в накладках:

кН/см² = 2,1 МПа < R_u=13 МПа

где 2 – количество накладок;

R_u = 13 МПа – расчетное сопротивление древесины изгибу по табл. 3 [1].

3.7 Расчет опорного узла

N₀ = А = 116,42 кН; Q₀ = Н = 80,14 кН; F_оп = 14·56,1 = 785,4 см²;

σ_см = N/F_оп = 116,42·10^-3 /785,4 = 0,148 кН/см² < R_см=1,5 кН/см²

где R_см = 1,5 кН/см² – расчетное сопротивление смятию (сжатию) вдоль волокон табл. 3 [1].

Требуемая высота диафрагмы из расчёта на смятие рамы поперек волокон от действия распора (рис. 3.6):

см

где R_см90 = 3 МПа = 0,3 кН/см²

b – ширина сечения рамы, Н – распор.

Рис. 3.6 - Опорный узел рамы

Конструктивно принимаем высоту диафрагмы h' = 20 см.

Рассчитываем опорную вертикальную диафрагму, воспринимающую распор, на изгиб как балку, частично защемленную на опорах, с учетом пластического перераспределения моментов:

кН·см

Требуемый момент сопротивление вертикальной диафрагмы:

см²

где R_y = 210 МПа = 21 кН/см² – расчетное сопротивление стали по пределу текучести.

Этому моменту сопротивления должен быть равен момент сопротивления, определенный по формуле:

где δ – толщина диафрагмы.

Тогда см

Принимаем δ = 1,2 см.

Боковые пластины и опорную плиту принимаем той же толщины в запас прочности.

Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты: длина опорной плиты принята: l_пл = h_оп + ≈ 2·5 см,

ширина плиты b_пл = b + 2·10 см,

Длина l_пл = 670 мм, ширина b_пл = 340 мм (рис. 2. 7) включая зазор с = 5 мм между боковыми пластинами и рамой по 0,5 см.

Для крепления башмака к фундаменту принимаем анкерные болты диаметром 20 мм, имеющие следующие геометрические характеристики [3]:

F_бр = 3,14 см²; F_нт = 2,45 см²

Анкерные болты работают на срез от действия распора.

Для того; чтобы срез воспринимался полным сечением болта, ставим под гайками шайбы толщиной 10 мм.

- срезывающее усилие:

кН

Напряжение среза определим по формуле:

кН/см² < кН/см²

где R_c – расчётное сопротивление срезу стали класса С235, равное в соответствии с табл. 1* [6] СНиП II-23-81 0,85R_y.

Условие прочности анкерных болтов выполняется.

4. Основные мероприятия по защите древесины от гниения и возгорания

Защита деревянных конструкций от гниения и возгорания имеет важнейшее значения для обеспечения их необходимой долговечности. В этих целях предусмотрена конструктивная и химическая защита деревянных конструкций.

4.1 Защита от биологического повреждения

Гниение древесины является результатом жизнедеятельности древоразрушающих грибов. Для своего питания древоразрушающие грибы используют органические вещества древесины. Конечным результатом гниения является полная деструкция древесины.

Борьба против гниения древесины направлена на прекращение жизнедеятельности грибов и может вестись в двух направлениях:

Обеспечение условий эксплуатации деревянных конструкций, при которых влажность древесины никогда не будет превышать 20%.

Введение в древесину антисептиков.

Принципом конструктивной защиты древесины от гниения является создание такого температурно-влажностного режима, при котором обеспечивается сохранение влажности до 20 % на все время эксплуатации. Необходимо обеспечивать надежную гидроизоляцию деревянных конструкций и их частей, соприкасающихся с грунтом, фундаментами, и металлическими частями.

Конструктивных мер по защите древесины от гниения бывает недостаточно при эксплуатации деревянных конструкций в условиях постоянного или периодического увлажнения. Для таких деревянных конструкций антисептирование является основным мероприятием по защите от гниения.

Вод антисептической обработки древесины выбирается в зависимости от условий эксплуатации.

Антисептики делятся на три группы:

- маслянистые;

- органорастворимые;

- водорастворимые.

В данном курсовом проекте рекомендуется покрывать деревянные конструкции олифой, водостойкими красками и эмалями, пропитывать гидрофобными антисептиками (например ХМБ-444). Необходимо следить за сохранностью защитных покрытий, не допускать сколов, вмятин, борозд, царапин и разрывов.

4.2 Защита от возгорания

Деревянные конструкции должны эксплуатироваться при температуре <50⁰.

Конструктивными мерами по защите конструкций от возгорания и интенсивного развития пожара в деревянных зданиях предусматривается применение деревянных конструкций из массивных, преимущественно строганных элементов.

Горение древесины происходит в результате ее нагрева до температуры при которой начинается ее термическое разложение с образованием горючих газов, содержащих углерод. Таким образом, древесина как органический материал сгораема. Однако благодаря малой теплопроводности горение крупных элементов долго ограничивается наружными слоями и они имеют достаточный предел огнестойкости – очень важный показатель для успешного тушения пожара. Он определяется временем, при котором нагруженный элемент сохраняет несущую способность при температуре пожара. Деревянные элементы крупных сечений имеют более высокий предел огнестойкости чем остальные.

Целью защиты от возгорания является повышение предела огнестойкости деревянных конструкций, с тем, чтобы они дольше сопротивлялись возгоранию и в процессе горения не создавали и не распространяли открытого пламени. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты деревянных конструкций от возгорания.

Деревянные конструкции должны быть отдалены от печей и нагревательных приборов достаточными расстояниями или огнестойкими материалами. Для предотвращения, распространения огня деревянные строения должны быть разделены на части противопожарными преградами и зонами из огнестойких конструкций. Деревянные ограждающие конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, недоступное для тушения. Элементы деревянных конструкций должны быть массивными клееными или брусчатыми, имеющими большие пределы огнестойкости, чем дощатые. Обыкновенная штукатурка значительно повышает сопротивление деревянных стен и потолков возгоранию.

Химическая защита от возгорания производится в тех случаях, когда от ограждающих деревянных конструкций требуется повышенная степень огнестойкости, например в помещениях, где есть легковоспламеняющиеся материалы. Она заключается в противопожарных пропитках и окраске. Для огнезащитной пропитки древесины применяют вещества, называемые антипиренами (ОФП – 9 ГОСТ 23790-79). Эти вещества, введенные в древесину, при опасном нагреве плавятся или разлагаются, покрывая ёё огнезащитными пленками или газовыми оболочками, препятствующими доступу кислорода к древесине, которая при этом может только медленно разлагаться и тлеть, не создавая открытого пламени и не распространяя огня. Пропитка древесины производится с одновременной пропиткой антисептиком. Защитные краски на основе жидкого стекла, суперфосфата и других веществ наносятся на поверхность древесины. При нагревании во время пожара пленки их вздуваются от выделяемых газов и создают воздушную прослойку, временно препятствующую возгоранию.

Более эффективной мерой является поверхностная защита древесины от возгорания путем нанесения нескольких слоев покрытий. Причем каждый следующий слой наносится после полного высыхания предыдущего.

Деревянные поверхности покрываются огнезащитной облицовкой и штукатуркой, деревянные части отделяются от источников нагрева противопожарными преградами.

Библиографический список

1. СНиП II-25-80 «Нормы проектирования. Деревянные конструкции» - Москва Стройиздат 1982.

2. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) Москва Стройиздат 1986.

3. Вдовин В.М. Сборник задач и практические методы их решения по курсу «Конструкции из дерева и пластмасс» - Учебное пособие М. ИАВС 1999.

4. И.М. Гринева Проектирование и расчет деревянных конструкций. Справочник. - Киев Будивельник 1988.

5. А.О. Трешко «Справочник проектировщика. Деревянные конструкции» - М., 1957.

6. В.Е. Шишкин «Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс» - М., 1974.

7. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки воздействия.

8. Ф.А. Бойтемиров, В.М. Головина, Э.М.Улицкая «Расчет конструкций из дерева и пластмасс».2-е издание Москва Академия 2006 г.

Характеристики

Список файлов курсовой работы