Курсовая работа (т): Расчет каркаса одноэтажного здания
Расчет каркаса одноэтажного здания
Федеральное агентство по образованию
Тверской государственный технический университет
Кафедра " Конструкции и
сооружения”
Курсовая работа
по дисциплине "Конструкции из дерева и пластмасс”.
тема: ”Расчет каркаса одноэтажного
здания".
Выполнил: студент группы:
ПГС-05.03. Буров А.С.
Проверил: Галахин Б.А.
Тверь 2008
Содержание
1. Геометрические характеристики фермы
2. Расчет рабочего настила
3. Расчет неразрезного прогона
4. Статический расчет фермы
5. Подбор элементов сечения фермы
6. Конструирование и расчет узловых соединений
7. Расчет колонны
Задание
на проектирование
. Место строительства: г. Тамбов. ВАРИАНТ 45.2
Нормативная снеговая нагрузка S0 = 0,7·180 = 126 кгс/м2.
Расчетная снеговая нагрузка S = 180 кгс/м2.
Нормативная ветровая нагрузка W0 = 30 кгс/м2.
Расчетная ветровая нагрузка W = 1,4·30 = 42 кгс/м2.
. Назначение здания: спортзал.
. Покрытие: дощатое по прогонам.
. Стропильные конструкции: ферма.
Пролет l = 21 м.
Шаг b = 4,5 м.
Отметка низа фермы h = 6,5 м.
. Длина здания L = 36 м.
1. Геометрические характеристики фермы
Определяем геометрические размеры фермы. Принимаем отношение 
, тогда при пролете l = 21 м высота фермы будет равна h = 
м.
Рис. 1 Ферма
2. Расчет рабочего настила
Рис. 2 Схема рабочего ограждения
Данные для подбора сечения рабочего настила механических мастерских:
кровля из трех слоев рубероида на битумной мастике;
настил сплошной защитный толщиной 19 мм;
утеплитель URSA толщиной 100 мм;
пароизоляционная пленка;
настил сплошной рабочий толщиной 25 мм;
шаг прогонов, воспринимающих нагрузку от настила 1,76 м;
уклон ската стропильной конструкции 1: 10 (5,60);
район строительства: г. Гомель.
Таблица 1. Сбор нагрузок
Вид нагрузки
Нормативная
нагрузка, кгс/м2
γf
Расчетная
нагрузка, кгс/м2
3 слоя
рубероида 1·1·3·3
9
1,3
11,7
Доски защитного
настила δ =
19 мм 1·1·0,019·500
9,5
1,1
10,5
Утеплитель URSA 1·1·0,1·60
6,0
1,1
6,6
Пароизоляционная
пленка
1,5
1,1
1,6
Доски рабочего
настила δ =
25 мм 1·1·0,025·500
12,5
1,1
13,8
Итого:
38,5
44,2
Снег 1·1·120
0,7·180 =126
180
Человек
100
1,2
120
Нагрузка на погонный метр условной полосы настила:
нормативная: расчетная: Расчет рабочего настила на первое сочетание нагрузок (расчетная
нагрузка и снег)
Рис. 3 Эпюра изгибающих моментов
Определяем максимальный изгибающий момент:
Определяем толщину досок по формуле:
где М - изгибающий
момент, кгс·см;
b = 100 см - условная ширина полосы настила.
По формуле (2.1) имеем:
Расчет рабочего настила на второе сочетание нагрузок (расчетная
нагрузка и человек)
Рис. 4 Эпюра изгибающих моментов
Определяем максимальный изгибающий момент:
Определяем толщину досок по формуле (2.1):
Принимаем толщину досок 25 мм, которые после обстружки одной
стороны на 2 мм будут иметь толщину 23 мм.
Проверка рабочего настила по прогибу
Прогиб настила при первом сочетании нагрузок определяется по
формуле:
Где f - прогиб настила, м; По формуле (2.2) имеем:
каркас настил колонна здание
Условие выполнятся, поэтому не увеличиваем толщину досок
настила. И принимаем 25 мм. После обстружки одной стороны на 2 мм они будут
иметь толщину 23 мм.
Рис. 5 Схема неразрезного прогона
Таблица 2. Сбор нагрузок
Вид нагрузки
Нормативная
нагрузка, кгс/м2
γf
Расчетная
нагрузка, кгс/м2
3 слоя
рубероида 1·1·3·3
9
1,3
11,7
Доски защитного
настила δ =
19 мм 1·1·0,019·500
9,5
1,1
10,5
Утеплитель URSA 1·1·0,1·60
6,0
1,1
6,6
Пароизоляционная
пленка
1,5
1,1
1,6
Доски рабочего
настила δ =
30 мм 1·1·0,030·500
15
1,1
16,5
Прогон
10
1,1
11
Итого:
51
57,9
Снег 1·1·120
0,7·180 = 126
180
Нагрузка на погонный метр прогона:
нормативная: расчетная: где Прогон кровли принимаем спаренным со стыками, расположенными по
длине в разбежку на расстоянии 0,213·l от опор (0,213·6 = 1,278 м). Чтобы не увеличивались напряжения в
первом и последнем пролетах уменьшаем их на 20% ( Определяем изгибающий момент на третьей и последующих опорах:
Требуемая высота прогона определяется по формуле:
Где
h - требуемая высота прогона, см;
М -
изгибающий момент, кгс·см;
b - ширина
прогона, см.
Для прогона из двух досок толщиной 6 см (b = 12 см) имеем:
Принимаем прогон из двух досок сечением 60х150 мм.
После обстружки прогона с трех сторон по 2 мм сечение будет иметь
вид: h = 148 мм, b = 116 мм.
Проверим сечение прогона по прочности:
Проверка прогона по прогибу
Прогиб прогона определяется по формуле:
Где f - прогиб настила, м; По формуле (3.2) имеем:
Условие выполнено.
Элементы прогона в местах стыков соединяем гвоздями диаметром d = 4,5 мм, длиной l = 120 мм.
Расчетную несущую способность одного среза гвоздя определяем по
наименьшему значению.
где а принято с учетом влияния острия гвоздя:
Требуемое количество гвоздей, скрепляющих доски прогона с каждой
стороны стыка определяется по формуле:
где Тогда по формуле (3.3) имеем:
Принимаем 4 гвоздя в вертикальном ряду.
Расстояние между гвоздями:
Расстояние от торца доски в месте стыка до центра гвоздей в ряду:
Принимаем 7 см. Кроме этих расчетных гвоздей по длине прогона
ставим конструктивно гвозди через 50 см.
Собственный вес фермы находим по формуле:
где По формуле (4.1) имеем:
Расчетная нагрузка на 1 м фермы:
где b - шаг ферм, м.
По формуле (4.2) имеем:
Узловая нагрузка:
постоянная снеговая Составим диаграмму и определим усилия в элементах фермы.
Рис. 6 Диаграмма для определения усилий в ферме
Элемент фермы
Усилия от
единичной нагрузки
Усилия от
Постоянной нагрузки Q=1684.2кгс
Усилия от
снеговой нагрузки
G=4252.5кгс
Общее усилие
Кгс*м2
слева
справа
вся
слева
справа
вся
Б-1
0
0
0
0
0
0
0
0
С-3
-1,5
-1,5
-3,0
-5052,6
-6378,75
-6378,75
-12757,5
-17810,1
А-4
-1,5
-1,5
-3,0
-5052,6
-6378,75
--6378,75
-12757,5
-17810,1
d-6
0
0
0
0
0
0
0
0
2-k
+1,55
+0,85
2,4
4042
6591,37
3614,625
10206
14448
5-k
0,85
+1,55
2,4
4042
3614,625
6591,37
10206
14448
А-1
-0,5
0
-0,5
-842,1
-2126,25
0
-2126,25
-2968,35
3-4
-0,23
-0,23
-0,4
-673,7
-978
-978
-1956
-2630
6-е
0
-0,5
-0,5
-842,7
0
-2126,25
-2126,25
-2968,95
1-2
-2,0
-1,0
-3,0
-5052,6
-8505
-4252,5
-12757,5
-17810,1
2-3
-0,3
+0,75
+0,45
757,9
-1275,75
3189
1913
2670,9
4-5
+0,75
-0,3
+0,45
757,9
3189
-1275,75
1913
2670,9
5-6
-1,0
-2,0
-3,0
-5052,6
-4252,5
-8505
-12757,5
-17810,1
Верхний пояс
Определяем расчетную нагрузку от покрытия на верхний пояс
фермы:
где По формуле (5.1) имеем:
Рис. 7 Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов
Назначаем сечение бруса Проверка сечения осуществляется по формуле:
где По формуле (5.3) имеем:
Условие выполнено.
Находим изгибающие моменты, возникающие в верхнем поясе:
Где N - расчетное продольное усилие в стержне
в-4 - д-5;
e - эксцентриситет опирания концов бруса в узлах;
где по формуле (5.5) имеем:
В качестве расчетного принимаем момент
Проверка сечения осуществляется по формуле:
где По формуле (5.7) имеем:
Тогда по формуле (5.6):
Условие (5.6) выполнено.
Нижний пояс. Нижний пояс работает на растяжение. Сечение
проектируем из двух равнобоких уголков.
Требуемая площадь сечения:
Принимаем 2 ∟ Раскосы
Стержень 1-2 (6-5)
Рис. 8 Сечение раскоса
Сечение центрально сжатых опорных раскосов принимаем из бруса
сечением Площадь сечения: Момент инерции сечения: Проверка устойчивости проводится по формуле:.
где При По формуле (5.8) имеем:
Условие (5.8) выполнено.
Стержень 2-3 (4-5)
Рис. 9 Сечение раскоса
Сечение раскосов, в которых могут возникать знакопеременные усилия
принимаем из бруса сечением Площадь сечения: Момент инерции сечения: При По формуле (5.8) имеем:
Условие (5.8) выполнено.
Стойки
Стержень а-1 (6-е)
Рис. 10 Сечение стойки
Сечение сжатых стоек принимаем из бруса сечением Площадь сечения: Момент инерции сечения: При По формуле (5.8) имеем:
Условие (5.8) выполнено.
Стержень 3-4
Рис. 11 Сечение стойки
Сечение сжатых стоек принимаем из бруса сечением Площадь сечения: Момент инерции сечения: При По формуле (5.8) имеем:
Условие (5.8) выполнено.
Опорный узел. Деревянная стойка и опорный раскос упираются в
стальной сварной башмак. Размеры опорной плиты назначаем конструктивно Напряжение смятия под опорной плитой:
Толщину опорной плиты определяем из расчета ее на изгиб.
Изгибающие моменты в плите (для полосы шириной 1 см):
в пролете плиты:
на консольном участке:
Требуемую толщину плиты находим по формуле:
Рис. 12 Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов
Принимаем толщину плиты 18 мм.
Наклонную стальную плиту башмака укрепляем двумя ребрами жесткости
из полосы. Размеры плиты Изгибающие моменты в плите шириной 1 см:
на консольном участке:
в пролете плиты:
Рис. 13 Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов
Требуемую толщину плиты находим по формуле:
Принимаем толщину плиты 13 мм.
Проверяем также прочность листа на изгиб в перпендикулярном
направлении, рассчитывая его как балку таврового сечения пролетом 20 см,
шириной 100 мм, с ребром Требуемый момент сопротивления балки:
Геометрические характеристики сечения:
Для принятого сечения расстояние от центра тяжести до наиболее
удаленного волокна 6,52 см и момент сопротивления:
Узел С. Рассчитаем болт, прикрепляющий к нижнему поясу растянутый
и сжатый раскосы. Определим равнодействующую усилий в стержнях:
Эта равнодействующая распадается на 2 части, т.к. болтом
прикрепляется один уголок с одной стороны и второй уголок с другой стороны.
В результате усилие на одно закрепление:
Площадь сечения болта:
где По табл. 62* СНиП II-23-81*
подбираем болт Узел Д
Определим количество болтов, необходимое для крепления сжатого
раскоса к верхнему поясу фермы.
Несущая способность одного болта на срез из условия смятия:
где Рис. 14 Расчетная схема
По формуле (6.1) имеем
Несущая способность одного болта на срез из условия изгиба:
Требуемое количество болтов определим по формуле:
где По формуле (6.2) имеем:
Принимаем 2 болта.
Статический расчет
Рис. 15 Расчетная схема колонны
Постоянная нагрузка с учетом веса фермы:
Снеговая нагрузка:
Расчетную нагрузку от собственного веса стойки принимаем Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены:
где По формулам (7.1) и (7.2) имеем:
Ветровая нагрузка на раму от участка стен выше верха стоек:
Погонную нагрузку от стенового ограждения принимаем равной Где
Усилия в стойках рамы
Рама является один раз статически неопределимой системой. За
лишнее неизвестное принимаем продольное усилие X в ригеле, которое определяем для каждого типа загружения
отдельно:
от ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля:
от ветровой нагрузки на стены:
где от стенового ограждения при расстоянии между серединой стенового
ограждения и стойкой Изгибающие моменты в заделке стоек:
Поперечные силы в заделке стоек:
Конструктивный расчет
Рис. 16 Сечение колонны
Принимаем стойку прямоугольного постоянного сечения из 10 досок
толщиной 4,5 см, шириной 17 см. Геометрические характеристики сечения:
Площадь сечения: Момент инерции сечения: Момент сопротивления сечения: Определим гибкость стойки в плоскости изгиба, считая, что в здании
отсутствуют торцевые стены:
Напряжения в поперечном сечении:
Сечение соответствует условиям прочности.
Вдоль здания стойки раскрепляем вертикальными связями и
распорками, установленными по середине высоты стойки. Проверка стойки с учетом
устойчивости плоской формы изгиба не требуется.
Проверка клеевого шва
Клеевой шов проверяем по формуле:
где По формуле (7.4) имеем:
Для крепления анкерных болтов по бокам стойки сделаны вырезы на
глубину 9,0 см. расчет болтов ведем по максимальному растягивающему усилию при
действии постоянной нагрузки с коэффициентом перегрузки где Напряжения на поверхности фундамента
Где
По формуле (7.5) имеем:
Для фундамента принимаем бетон М100 с Вычисляем участки эпюры напряжений:
Расчет анкерных болтов
Усилие в болтах определим по формуле:
Площадь сечения болтов:
По табл.62* СНиП II-23-81*
подбираем болты Рис. 10.1
Конструкция клееной стойки: а - крепление фермы к стойке; б -
крепление к ф-ту; в - эпюра напряжений на поверхности фундамента; г
- схема траверсы; 1 - клееная стойка; 2 - обвязочный брус 200x200мм; 3 - опорный узел фермы; 4 - прокладки;
5 - крепежные уголки L 100x8мм; 6 - болты d=16мм; 7 - косые шайбы; 8 - анкерные болты d=20мм; 9-два слоя рубероида; 10-фундамент.
1. Гринь
И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов.
Проектирование и расчет: Учеб. пособие для строительных вузов и ф-тов. - 2-е
изд., перераб. и доп. 1979. - 272 с.
2. СНиП II-23-81* Стальные конструкции.
. Слицкоухов
Ю.В. Конструкции из дерева и пластмасс. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат,
1986. - 543 с.
кгс/м;
кгс/м.
кгс·м., где
м.
, (2.1)
- толщина досок рабочего настила, см;
- допустимое сопротивление материала изгибу, кгс/см2;
см.
кгс·м.
см.
, (2.2)
- нормативная нагрузка, кгс/м; l - длина пролета, м; Е = 109 кгс/м2
- модуль упругости дерева; I -
момент инерции условной полосы настила шириной 100 см, определяется по формуле:
см4 = 101,4·10-8 м4.
м > 
= 0,0124 м.
3. Расчет
неразрезного прогона
кгс/м;
кгс/м;
- шаг прогонов.
м).
кгс·м.
, (3.1)
- допустимое сопротивление материала изгибу, кгс/см2;
см.
см2.
см4.
см3.
кгс/см2 < = 130 кгс/см2.
, (3.2)
- нормативная нагрузка, кгс/м; b - шаг ферм, м; Е = 105 кгс/м2
- модуль упругости дерева; I -
момент инерции сечения прогона, м4.
см <
= 2,25 см.
кгс; 
кгс;
кгс;
см.
, (3.3)
см.
.
мм > 
мм.
мм.
4.
Статический расчет фермы
, (4.1)
- коэффициент собственной массы,
принимается равным 3-5.
кгс/м2.
, (4.2)
- расчетная нагрузка от покрытия, кгс/м2;
- коэффициент перегрузки, принимается равным 1,1;
кгс/м.
кгс;
кгс.
5. Подбор
элементов сечения фермы
, (5.1)
кгс/м - расчетная погонная нагрузка на
погонный метр прогона от покрытия;
м - шаг ферм.
кгс.
мм и проверяем его прочность на изгиб. Находим изгибающий момент в
середине пролета по формуле:
кгс·м. (5.2)
, (5.3)
см3 - момент сопротивления
сечения.
кгс/м2 < 1300000 кгс/м2.
кгс·м, (5.4)
, (5.5)
- максимальный изгибающий момент от силы
Р (см. рис), определяется по формуле:
кгс·м;
кгс·м.
кгс·м.
, (5.6)
, (5.7)
- гибкость пояса в плоскости действия
изгибающего момента.
кгс/см2 - допустимое сопротивление материала сжатию.
.
.
кгс/м2 > 1300000 кгс/м2.
см2.
, 
см2.
мм и проверяем его на продольный изгиб при
гибкости стержня:
.
см2.
см4.
, (5.8)
- коэффициент продольного изгиба.
, 
.
кгс/м2 < 1300000 кгс/м2.
мм и проверяем его на продольный изгиб при гибкости стержня:
.
см2.
см4.
, 
.
кгс/м2 < 1300000 кгс/м2.
мм и проверяем его на продольный изгиб при
гибкости стержня:
.
см2.
см4.
, 
.
кгс/м2 < 1300000 кгс/м2.
мм и проверяем его на продольный изгиб при
гибкости стержня:
см2.
см4.
, 
.
кгс/м2 < 1300000 кгс/м2.
6.
Конструирование и расчет узловых соединений
мм. Площадь опорной плиты:
см2.
кгс/м2.
кгс·см;
кгс·см.
см.
мм принимаем соответствующими сечению
опорного раскоса. При этом на плиту будет передаваться нагрузка:
кгс/см2.
кгс·см;
кгс·см.
см.
мм. Изгибающий момент в заданном
направлении:
кгс·см.
см3.
мм = 6,52 см.
см4.
см3 >
см3.
кгс.
кгс.
см2,
- расчетное сопротивление срезу болта,
кгс/см2.
мм, 
см2.
, (6.1)
см - диаметр болта;
см - толщина среднего элемента.:
кгс.
кгс.
, (6.2)
- число плоскостей среза.
.
7. Расчет
колонны
кгс.
кгс.
кгс.
, (7.1)
, (7.2)
- шаг колонн, м;
- аэродинамические коэффициенты.
кгс/м;
кгс/м.
кгс;
кгс.
кгс/м. Тогда нагрузка от стенового
ограждения:
, (7.3)
м - ширина панели;
- высота колонны;
- высота цоколя;
- высота крайней стойки фермы;
- шаг колонн.
кгс.
кгс;
кгс,
м;
м:
кгс·м;
кгс.
кгс·м;
кгс·м.
кгс;
кгс.
кгс·м, 
кгс.
кгс.
см2;
см4;
см3.
.
.
кгс/см2 < 130 кгс/см2.
, (7.4)
см3 - статический момент
сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси поперечного сечения;
кгс - расчетная поперечная сила;
см - расчетная ширина сечения;
- коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной
силы при деформации элемента.
кгс/см2 < 
кгс/см2
вместо 
и ветровой нагрузки:
кгс;
кгс·м;
.
, (7.5)
и 
- ширина и высота нижнего сечения стойки.
см.
;
кгс/см2; 
кгс/см2.
кгс/см2.
см;
см;
см.
кгс.
см2.
мм, см2.
Список
использованной литературы