Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Июня 2012 в 09:54, курсовая работа
Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
Бланк задания...........................................................................................................2
Введение...................................................................................................................3
Расчет клеефанерного кровельного щита...................................................4
Расчет основных геометрических характеристик свода...........................7
Статический расчет сетчатого свода...........................................................9
Конструкция и расчет косяков свода........................................................13
Расчет элементов узлового сопряжения...................................................15
Мероприятия по обеспечению долговечности
деревянных конструкций............................................................................17
Литература.............................................................................................................23
ОГОУ ВПО
«Астраханский
инженерно-строительный институт»
«Конструкции из дерева и пластмасс»
на тему:
«Разработка и проектирование ограждающих и несущих
конструкций спортивного зала, выполненного
из древесины,
в г. Санкт-Петербург»
Выполнил: ст-т гр. ПГС 31-8
Дусалиева И.
Проверил:
Утегенов Б.Б.
Астрахань 2011 г.
Содержание
Бланк
задания.......................
Введение......................
деревянных
конструкций...................
Литература....................
Введение
Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.
Деревянные строительные конструкции являются надежными, легкими и долговечными. На основе клееных деревянных конструкций сооружаются здания с покрытиями как малых, так и больших пролетов. Из целых материалов строятся небольшие жилые дома, общественные и производственные здания История применения деревянных конструкций насчитывает много веков и теряется в глубине тысячелетий.
Все
конструктивные решения должны приниматься
с учетом сортамента пиломатериалов и
из условия соблюдения требований, предъявляемых
к точности изготовления деталей. Выполнение
всех расчетов деревянных конструкций
необходимо производить в соответствии
со СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции».
Выполнение всех расчетов металлических
конструкций в соответствии со СНиП II-23-81*
«Стальные конструкции». Сбор нагрузок
на конструкции в соответствии со СНиП
2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
1.
Расчет клеефанерного
кровельного щита
Расчетный пролет l = 4 (м). Ширина поперечного сечения щита bщ = 1,57 (м). Высота поперечного сечения hщ = 8,6 (см).
Нормативная нагрузка:
а) постоянная:
фанера (кг/м);
бруски (кг/м);
рубероид (2 слоя) (кг/м);
утеплитель (пенопласт 5 см) (кг/м).
Итого: (кг/м).
б) временная:
принимаем снеговую нагрузку для I района согласно СНиП 2.01.07-85*:
(кг/м2);
на 1 м щита (кг/м).
Расчетная нагрузка:
а) постоянная:
(кг/м);
б) временная:
(кг/м);
Суммарная расчетная нагрузка:
(кг/м).
Щит работает
как четырехпролетная неразрезная
балка.
Максимальный
изгибающий момент в пролете:
Максимальный
опорный момент:
Расстояние
(в свету) между средними продольными
ребрами каркаса щита b = 47 (см). Расстояние
(в свету) между средними и крайними продольными
ребрами b’ = 45 (см).
Определяем среднее расстояние (в свету) между ребрами:
Определяем приведенную ширину фанерной пластинки для средних участков при :
а для крайних участков:
Определяем приведенную суммарную ширину щита:
Определяем площадь сечения двух средних ребер при (см) и (см):
Определяем площадь сечения двух крайних ребер при (см): (см2).
Принимаем фанеру верхнего пояса толщиной (мм) пятислойной, а фанеру нижнего пояса толщиной (мм) трехслойной.
Для пятислойной фанеры сорта НВ модуль упругости (кг/см2), а для трехслойной фанеры (кг/см2).
Приводим расчетные характеристики (F, S, I) к фанере нижнего пояса щита как наиболее напряженного.
Определяем суммарную приведенную площадь сечения всех ребер щита: (см2).
Определяем приведенную площадь сечения верхнего фанерного пояса щита: (см2).
Определяем приведенную площадь сечения всего щита:
Определяем
положение нейтральной оси
Определяем приведенный момент инерции щита относительно нейтральной оси:
Определяем моменты сопротивления:
Определяем напряжение сжатия в нижнем фанерном поясе щита на опоре:
Проверяем сжатый фанерный пояс на устойчивость:
2.
Расчет основных
геометрических характеристик
свода
Расчетный пролет свода (м).
Определяем стрелу подъема свода (м).
Определяем радиус кривизны свода (м).
Принимаем шаг сетки (м) и определяем центральный угол полусвода:
Определяем длину свода в осях:
Принимаем свод трехшарнирным. Устанавливаемый в среднем шарнире продольный элемент составлен по толщине из двух частей, каждая из которых непосредственно связана с соответствующей половиной свода.
Длина дуги по оси свода без средних продольных элементов:
Принимаем длину дуги полусвода в чистоте (без продольного элемента среднего шарнира):
Определяем шаг сетки по дуге поперечного сечения свода:
Определяем центральный угол стягиваемый дугой:
Определяем угол между направлением оси косяка и направлением образующего свода:
Рис.Поперечное
сечение свода
3.
Статический расчет
сетчатого свода
Определяем вес кровли:
а 1 м2 горизонтальной проекции:
Определяем собственный вес сетчатой конструкции свода:
Определяем расчетную нагрузку на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия:
постоянная (кг/м2);
временная (кг/м2).
Принимаем расчетную полосу свода равной шагу сетки c = 4 м и рассчитываем выделенную полосу свода как трехшарнирную арку.
В каждой полуарке рассматриваем восемь промежуточных сечений, расположенных по дуге на равном расстоянии, определяемом центральным углом , кроме сечения 1 отстоящего от опоры на расстоянии, определяемом центральным углом
Рис.
№ сеч. | jn, град | sinjn | cosjn | Rsinjn | Rcosjn | xn | yn |
1 | 32 | 0,5299 | 0,8480 | 8,329 | 13,348 | 0,708 | 0,480 |
2 | 28 | 0,4695 | 0,8829 | 7,695 | 8,829 | 2,305 | 0,829 |
3 | 24 | 0,4067 | 0,9135 | 6,067 | 9,135 | 3,932 | 1,315 |
4 | 20 | 0,3420 | 0,9397 | 5,420 | 9,397 | 4,579 | 1,936 |
5 | 16 | 0,2756 | 0,9613 | 4,375 | 9,613 | 5,243 | 2,261 |
6 | 12 | 0,2079 | 0,9781 | 3,279 | 9,781 | 6,920 | 2,781 |
7 | 8 | 0,1392 | 0,9903 | 2,189 | 9,903 | 7,608 | 2,902 |
8 | 4 | 0,0698 | 0,9976 | 1,098 | 9,976 | 8,302 | 2,975 |
9 | 0 | 0,0000 | 1,0000 | 0,000 | 10,000 | 9,500 | 3,200 |
Определяем распор:
Определяем усилия в различных сечениях:
изгибающий момент:
нормальная сила:
№ сеч. | xn или xn’ | yn или yn’ | Axn или Bxn’ | Hyn или Hyn’ | x2n или x2n’ | x2n/2 или x2n’/2 | Mп |
1 | 0,708 | 0,480 | 3,1536 | 2,1623 | 0,504 | 0,256 | 0,7458 |
2 | 2,305 | 0,829 | 5,8739 | 3,7328 | 5,371 | 2,8519 | 1,2892 |
3 | 3,932 | 1, 315 | 8,6967 | 5,1098 | 15,734 | 7,8675 | 1,7195 |
4 | 4,579 | 1, 939 | 11,6091 | 6,2861 | 20,965 | 10,3277 | 1,9954 |
5 | 5,243 | 2, 261 | 14,5962 | 7,2567 | 27,521 | 13,2605 | 2,0790 |
6 | 6,920 | 2,781 | 17,6441 | 8,0168 | 47,837 | 23,6867 | 1,9406 |
7 | 7,608 | 2,902 | 20,7374 | 8,5622 | 57,823 | 28,6182 | 1,5570 |
8 | 8,302 | 2,975 | 23,8608 | 8,8902 | 68,115 | 34,0577 | 0,9129 |
9 | 9,0000 | 3, 200 | 27,0000 | 9,0000 | 81,000 | 42,0000 | 0,0000 |
8’ | 8,302 | 1,9756 | 7,9536 | 8,8902 | 68,115 | 34,0577 | -0,9366 |
7’ | 7,608 | 1,9027 | 6,9125 | 8,5622 | 57,823 | 28,6182 | -1,6497 |
6’ | 6,920 | 1,7815 | 5,8814 | 8,0168 | 47,837 | 23,6867 | -2,1354 |
5’ | 5,243 | 1,6126 | 4,8654 | 7,2567 | 27,521 | 13,2605 | -2,3913 |
4’ | 4,579 | 1,3969 | 3,8697 | 6,2861 | 20,965 | 10,3277 | -2,4164 |
3’ | 3,932 | 1,1355 | 2,8989 | 5,1098 | 15,734 | 7,8675 | -2,2109 |
2’ | 2,305 | 0,8295 | 1,9580 | 3,7328 | 5,371 | 2,8519 | -1,7748 |
1’ | 0,708 | 0,4805 | 1,0512 | 2,1623 | 0,504 | 0,256 | -1,1111 |
Определяем
изгибающие моменты в различных
сечениях от различных видов нагрузки:
№ сеч. | От единичной нагрузки слева | От единичной нагрузки справа | От единичной нагрузки с двух сторон | От постоянной
нагрузки |
От снега
слева |
От постоянной нагрузки и снега слева |
1 | 0,7458 | -1,1111 | -0,3653 | -58,65 | 245,68 | 187,03 |
2 | 1,2892 | -1,7748 | -0,4856 | -80,51 | 427,95 | 347.44 |
3 | 1,7195 | -2,2109 | -0,4914 | -80,51 | 571,04 | 490,53 |
4 | 1,9954 | -2,4164 | -0,4210 | -67,44 | 660,68 | 593,24 |
5 | 2,0790 | -2,3913 | -0,3123 | -49,933 | 687,24 | 637,3 |
6 | 1,9406 | -2,1354 | -0,1948 | -30,520 | 644,08 | 613,56 |
7 | 1,5570 | -1,6497 | -0,0927 | -14,910 | 516,92 | 502,01 |
8 | 0,9129 | -0,9366 | -0,0237 | -3,72 | 303,11 | 300 |
9 | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 | 0 | 0 | 0 |
8’ | -0,9366 | 0,9129 | -0,0237 | -3.72 | -310,95 | -314,67 |
7’ | -1,6497 | 1,5570 | -0,0927 | -14.910 | -547.5 | -562,41 |
6’ | -2,1354 | 1,9406 | -0,1948 | -30,52 | -713,8 | -744,32 |
5’ | -2,3913 | 2,0790 | -0,3123 | -49,933 | -793,48 | -843,42 |
4’ | -2,4164 | 1,9954 | -0,4210 | -67,44 | -802,11 | -869,55 |
3’ | -2,2109 | 1,7195 | -0,4914 | -80,51 | -733,72 | -814,23 |
2’ | -1,7748 | 1,2892 | -0,4856 | -80,51 | -587,64 | -668,15 |
1’ | -1,1111 | 0,7458 | -0,3653 | -58,65 | -368,52 | -427,17 |
Максимальный изгибающий момент получается в сечении 4’ при симметричной постоянной нагрузке и односторонней снеговой нагрузке на половине пролета. Находим для этого сечения нормальную силу при том же сочетании нагрузок.
Определяем распор от постоянной нагрузки:
Определяем распор от нагрузки снегом на половине пролета:
Определяем суммарный распор:
Определяем вертикальные опорные реакции от постоянной и временной односторонней нагрузки:
Определяем поперечную балочную силу в сечении 4’ с максимальным моментом:
Определяем нормальную силу в сечении 4’:
4.
Конструкция и
расчет косяков
свода
Сетка свода образуется из двух типов косяков правого и левого, которые различаются только направлением углов закручивания. Левый косяк является зеркальным отображением правого косяка. Угол закручивания правого косяка направлен (если смотреть со стороны торцов) по часовой стрелке, а левого косяка против часовой стрелки.
По контуру свода сопряжение сетки с окаймляющими конструктивными элементами (фронтонная арка и опорные брусья) выполняется при помощи двух косяков в каждом узле из которых один косяк №1 является основным, а другой косяк №2 образуется из соответствующего косяка №1 перепиливанием его посередине длины нормально к продольной оси.
Подбор сечения косяка:
Высота косяка (см); ширина (см). Пояса косяков состоят из четырех слоев досок, при этом средние слои выполнены из одной доски 14,5х3,5 см, а крайние – из двух досок по высоте 7х3,5 см. Стенки – из березовой пятислойной фанеры повышенной водостойкости марки ФСФ, сорта НВ толщиной 10 мм.
(кг/см2) и .
Определяем
приведенную к древесине
(см2).
Учитывая ослабление косяков в узлах торцовыми вырезами:
(см2).
Приведенный момент инерции косяка:
(см4).
(см4).
(см3).
Радиус инерции косяка:
(см).
Найдем отношение длины свода B к длине дуги поперечного сечения свода:
.
Определяем коэффициент разгружающего действия жестких фронтонов: .
Расчетная свободная длина свода при односторонней нагрузке:
Приведенная гибкость свода:
Определяем максимальное напряжение в косяках:
Проверка фанерной стенки на устойчивость:
Максимальное
Определяем
Определяем расчетное
усилие скалывания в одном косяке:
5.
Расчет элементов
узлового сопряжения
По верхнему поясу косяка:
Расчет стальных элементов. Определяем максимальное усилие растяжения в верхнем поясе косяка:
Определяем необходимую площадь сечения стальной полосы:
Определяем необходимую площадь сечения болта:
Принимаем стальную полосу сечением 6х30 мм. (см2) > 0,879 (см2). Болт (мм); (см2) ≥ (см2).
Изогнутые под прямым углом болты привариваем к стальной полосе угловыми швами электродами Э42.
Суммарная длина шва (см). Определяем напряжение среза шва:
Принимаем шайбы 6 х 8 (см) и толщиной 2 (см). Определяем изгибающий момент в шайбе:
Определяем напряжение изгиба в шайбе:
Производим расчет на скалывание накладок. Принимаем длину приклеиваемых с двух сторон накладок (см).
Определяем
среднее расчетное
Определяем напряжение скалывания по накладке:
Проверяем на скалывание по клеевому шву между шпонами фанеры на участке, соответствующем длине непосредственно примыкающего элемента накладки длиной (см). Учитывая, что сила, вызывающая скалывание, приложена посередине длины плоскости скалывания и это обстоятельство существенно снижает степень неравномерности распределения напряжений скалывания, применяем коэффициент , как для клеестальной шайбы.
Определяем
среднее расчетное
Определяем среднее напряжение скалывания по клеевому шву между шпонами фанеры:
6.
Мероприятия по
обеспечению долговечности
деревянных конструкций
Конструкционные
и химические меры
защиты деревянных
конструкций от пожарной
опасности
Пожароопасность деревянных элементов в строительстве связана с их горючестью, обуславливающей активное участие их в развитии пожара.
По возгораемости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Незащищенная древесина относится к группе сгораемых материалов.
При горении древесины наблюдаются две фазы: пламенная фаза, определяемая пламенным сгоранием горючих газов, образующихся в результате термического разложения древесины. Специальные добавки могут значительно уменьшить летучесть угля и тем самым получить эффективную теплоизоляционную пленку, которая способна прекратить горение.
После удаления внешнего источника зажигания горение деревянных элементов продолжается тогда, когда излучение теплоты меньше, чем затрачивается на обогрев соседних участков для последующего возгорания.
Таким образом, несущие массивные клееные деревянные конструкции без внешнего источника обогрева гореть не будут. Наоборот, дощатые и плитные конструкции с пустотами, щелями и просветами с большой стойкостью поддерживают горение. Затруднение доступа воздуха снижает интенсивность пожара.
Вероятность одновременного горения элементов и частей из древесины зависит от многих факторов: конструктивных особенностей, взаимного расположения элементов, состояния поверхности и отношение поверхности зажигаемых элементов к их объему, теплопроводности и влажности древесины, наличие защитных слоев и т.д.
Из вышеизложенного вытекает необходимость следующих конструкционных мер защиты деревянных конструкций от пожарной опасности: в качестве несущий конструкций следует преимущественно применять элементы массивного сечения без выступающих частей со строганными гранями; в качестве теплоизоляционных материалов необходимо использовать несгораемые и трудносгораемые вещества; членение внутренних полостей на закрытые отсеки с целью изолирования возможного интенсивного горения; применение внутренних огнезащитных облицовок в жилых зданиях; здания большой протяженности должны иметь несгораемые брандмауэрные перегородки; широкое применение для поверхностей элементов огнезащитной обработки; в первую очередь необходима пропитка ограждающих конструкций и деревянных элементов малого сечения, легко загорающихся от случайного источника.
Более
простая поверхностная
Вспучивающие покрытие института ВНИИПО представляет собой смесь термостойких газообразных и волокнистых наполнителей в одном растворе полимерных связующих, типа эпоксидных и мочевиноформальдегидных смол, поливинилхлоридных латексов. Фосфорнокислая мочевина и аминопроизводные фосфорной кислоты являются вспучивающими при нагревании материалами. Невспучивающее покрытие института ЦНИИСК им. Кучеренко ОФП получены на основе фосфатных цементов.
Вышеприведенные
покрытия переводят в древесину
в группу трудносгораемых материалов.
Конструктивные
меры защиты деревянных
конструкций от гниения
Древесина является долговечным строительным материалом.
Известные культовые сооружения, как в холодном климате (Норвегия, север России), влажном районе (Японии) эксплуатируются в течение нескольких столетий.
Несмотря
на эти достоверные факты, капитальность
деревянных сооружений подвергается сомнению
из-за повсеместно наблюдаемых
Наиболее
опасно для конструкций гниение
– процесс жизнедеятельности
грибов. В результате гниения
образуются конечные продукты, получаемые
также в результате горения: каждый
килограмм древесины
55% воды и углекислый газ, выделив при этом определенное количество тепловой энергии. В отличии от физико-химического процесса горения, гниение – процесс биологический, протекающий годы и десятилетия при Т от 0 до 40˚С и лишь во влажной среде.
Наиболее опасны грибы, уничтожающие лигнин или целлюлозу или и то, и другое. При придельном воздействии эти грибы полностью губят дерево.
Начальное увлажнение устраняется в результате заводского изготовления конструкций из высушенной древесины и предохранения от увлажнения во время транспортировки и монтажа.
В
случае необходимости можно
Защита
зданий от увлажнения атмосферными осадками
путем устройства водонепроницаемых
кровель, карнизов с большим выносом
относится к числу элементарных
условий долговечности
Наиболее опасным видом увлажнения является конденсационное увлажнение. Конденсация влаги из воздуха всегда связана с температурным перепадом и может быть поверхностной, а в пустотных ограждающих конструкциях – внутренней.
Например в клеефанерных плитах для устранения внутренней конденсационной влаги, характерной для зимнего режима ограждающих частей, отделяющих отапливаемое помещение от наружного пространства, по внутренней поверхности фанерной нижней обшивки устраиваются надежная пароизоляция.
Теплопроводные материалы, такие как стальные элементы, способствуют конденсационному увлажнению и должны таплоизолироваться от древесины, а при невозможности этого решения участки древесины, соприкасаемые с металлом, должны окрашиваться.
Очень опасно появление первоначального очага гниения, так как гниение сухой древесины может продолжаться за счет биологического увлажнения без добавления воды извне. При разрушении 1 м³ древесины выделяется количество воды, необходимое для увлажнения шестикратного объёма совершенно сухой древесины, который в свою очередь при последующем гниении сможет увлажнить 36 м³ древесины и т.д. Поэтому необходимо всегда использовать вентилируемые чердачные решения, а в подполье устраивать осушающие продухи.
Биологическое разрушение древесины на практике получало наибольшее развитие в тех случаях, когда временное местное увлажнение в результате конденсации при суточных колебаниях температуры переходило в сплошное биологическое увлажнение и скоростное развитие гниения по всей толще древесины вследствие полного замыкания ее со всех сторон в металлические башмаки, обмазки и пр. Чтобы этого явления не возникало, опорные узлы конструкций не должны заглубляться в ниши и гнезда каменных стен, так как необходимо обеспечить свободное проветривание. При этом элементы конструкции должны быть отделены от стен и колонн не только гидроизоляцией, непосредственно лежащей на камне, но и термоизоляцией, непосредственно прилегающей к древесине и состоящей из антисептированных сосновых досок.
Решающим
фактором в борьбе с гниением деревянных
частей зданий является создание осушающего
температурно – влажностного эксплуатационного
режима. Появление на конструкции
даже безвредной плесени всегда должно
служить тревожным
В тех случаях, когда конструктивно невозможно избежать появления очагов гниения, используют химические отравляющие вещества, называемые антисептиками и подразделяемые на водорастворимые и маслянистые. К первым из них относятся соли фтористого натрия, кремне – фтористого натрия, аммония, медного купороса, цинка, магния и многих соединений на их основе, а так же органические и синтетические смолы и различные отходы химической промышленности.
К масляным – относятся: каменноугольное, креозотовое, сланцевое масла; торфяной и древесный креозот, каменноугольная смола.
Практически
все антисептики ядовиты и
для людей, поэтому при работе
с ними требуется соблюдать правила промышленной
санитарии.