Описание конструктивнокомпоновочной схемы здания

• Название: Описание конструктивнокомпоновочной схемы здания
• Дата: 02.02.2023
• Размер: 454.33 Kb.
• Имя файла: Derevo4.docx
• Тип: Документы; #917692

ёсс

1. Описание конструктивно-компоновочной схемы здания.

Проектируемое здание – производственное здание на деревянном каркасе. Размеры в осях 13,5х105 м; пролёт, м; шаг основных несущих конструкций В=6,7 м; высота здания от уровня чистого пола до низа стропильных конструкций Н=9,8 м; тип стропильной конструкции – клеедощатые балки прямоугольного поперечного сечения; Фундаменты железобетонные, цокольная панель из легкого монолитного бетона, отделанного водо- и морозостойким материалом (пиленый или колотый натуральный камень, фасадная цементно-песчаная плитка и т.д.).

В торце здания сделан проем для ворот.

Пространственная жесткость здания обеспечивается за счет защемления в фундаментах колонн по оси А и Б с помощью натяжных анкеров, поперечное сечение которых определяется расчетом. Продольная жесткость и устойчивость здания с плоскими стойками создается за счет постановки связей по продольным стенам в продольном направлении. Для неизменяемости каркасных торцовых стен в их крайних пролетах также ставятся аналогичные связи. Шаг связевых блоков в продольном направлении обеспечивает расстояние в свету между связевыми блоками не более 24-х метров. Ветровое давление, передающееся на деревянную торцовую стену, распределяется между фундаментом и диском покрытия с помощью работающих на изгиб колонн фахверка.

Покрытие выполнено из разрезных кровельных панелей, жестких и неизменяемых в своей плоскости в продольном направлении. Поэтому требуется установка монтажных связей, которые прикрепляются непосредственно к основной несущей конструкции.

Крепление панелей покрытия к балкам обеспечивает непрерывное раскрепление верхнего пояса балок из плоскости. Также для этих целей служат распорки между верхними поясами балок, установленные в каждом шаге несущих конструкций.

Связевые блоки по стенам и балкам расположены в одних и тех же осях. Связи жесткие крестовые, соединяющие попарно несущие конструкции вдоль здания. Вертикальные связи не непрерывны по всей длине здания, так как при обрушении по какой-либо причине одной из несущих конструкций, она перегрузит через связи соседнюю конструкцию, что может привести к последующему обрушению всего покрытия. Связи рассчитывают на усилия, направленные перпендикулярно плоскости раскрепляемой конструкции.

Крепление стеновых панелей к продольным колоннам не обеспечивает раскрепление их из плоскости. Несущие колонны продольного ряда раскреплены распорками на всю длину здания из плоскости в середине и в опорных узлах балки.

Крепления стеновых панелей к колоннам фахверка обеспечивает раскрепление их из плоскости через 1,2 м (высота стеновой панели).

1.1 Задаемся ориентировочным размером плиты покрытия.

h_пл= (1/30…1/35) ∙l_пл= (1/30…1/35) ∙6700=224…191=193мм

δ_в.ф.о.=10…18мм=12мм

δ_н.ф.о.=6…14мм=6мм



h_p x b_p =175х32

F=56 см^{2 ≥} 50 см²

1.2 Задаемся ориентировочными размерами стеновых панелей

δ_фо=6…14=12мм

h_пан=(1/35…1/40)∙l_пан=(1/35…1/40)∙6700 =191…168= 180мм

h_р=156мм

1.3 Задаемся размерами колонны

H_к=H-0,15=9,6-0,15=9,45м

h_к=(1/10÷1/15)∙H_к=(1/10÷1/15)∙8 =0,945…0,63=0,8м

h_к/b_к ≤ 6

0,80/0,15=5,3<6

b_к ≥11см, b_к=15см

1.4 Задаемся размерами стропильной балки

h_ср=(1/10…1/15)∙l=(1/10…1/15)∙21,5=1,5м

b_ст≥hср/8,5=1,5/8,5=0,18 м

b_п=2∙b_ст=2∙0,18=0,36 м

h_п=0,86 м

1.5 Расстановка связевых блоков

2 Конструктивные и химические меры по защите деревянных конструкций от гниения и возгорания

2.1 Защита деревянных конструкций от гниения

Конструктивная защита от гниения.

Необходимо обеспечить такой режим эксплуатации конструкций, при котором их влажность не достигает благоприятного для загнивания уровня. Защита от атмосферных осадков достигается полной водонепроницаемостью кровли (трёхслойный рубероидный ковер), которая имеет необходимые уклоны. Водосток наружный. Свес кровли должен обеспечить максимально возможную защиту стен от атмосферных осадков. В проектируемом здании свес принят равным 500 мм.

Защита от капиллярной влаги осуществляется с помощью битумной гидроизоляции бетонных конструкций фундамента. Деревянные конструкции опираются на фундаменты выше уровня пола и грунта. Узел защемления колонны решен таким образом, что любая колонна может быть заменена без разрушения фундамента. Замоноличивание и заделка деревянных конструкций в бетонные и каменные конструкции исключена. Для защиты от проникновения в конструкцию водяных паров со стороны помещения укладывается слой пароизоляции. Необходимое хорошее проветривание деревянных конструкций для удаления влаги обеспечивается их открытостью с внутренней стороны здания. Это также способствует обнаружению и своевременной ликвидации очагов коррозии и гниения.

Химическая защита древесины от гниения.

Заключается в пропитке или покрытии конструкций ядовитыми для биовредителей веществами (антисептиками). Для защиты от поражения грибами применяются фунгициды, а от поражения насекомыми инсектициды. Для защиты деревянных конструкций стеновых панелей и панелей покрытия применяется состав ХМБ-444 (ТУ 65-14-23-75). Данный состав рекомендован к применению как внутри, так и снаружи помещения /3/. Этот состав имеет следующие свойства: трудновымываемый, окрашивает древесину в зеленоватый цвет, не препятствует склеиванию, вызывает коррозию металла. Для защиты от биовредителей несущих колонн, колонн фахверка, распорок и деревянных элементов балок применяю состав ТФБА (ТУ 6-08-297-74). Данный состав рекомендован к применению внутри помещений /3/. Этот состав имеет следующие свойства: легковымываемый, не окрашивает древесину, не препятствует склеиванию, вызывает слабую коррозию металла.

Стеновые панели с наружной стороны покрываются водоотталкивающим составом или обшиваются сайдингом, или аналогичными ему материалами.

2.2 Защита деревянных конструкций от возгорания

Конструктивная защита от возгорания.

Заключается в ликвидации условий благоприятных для возникновения и распространения пожара. Так как в проектируемом здании нет горячих процессов, способных стать источником пожара, то применение деревянных конструкций разрешено. Все имеющиеся нагревательные приборы в здании отделены от деревянных конструкций либо большими расстояниями, либо огнестойкими материалами. Деревянные ограждающие конструкции не имеют сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространиться пламя, не доступное для тушения.

Для всех элементов конструкции выдержаны противопожарные требования по минимальному сечению. Несущие элементы приняты максимально возможного с экономической точки зрения сечения и имеют достаточные пределы огнестойкости.
Химическая защита от возгорания.

К химическим мерам защиты деревянных конструкций от возгорания относится применение пропитки огнезащитными составами или нанесение огнезащитных красок. Для клеёных конструкций в соответствии с рекомендациями /3/ применяются вспучивающиеся составы и антипирены. Принимаю из таблицы II.2 фосфатное огнезащитное покрытие ОФП-9(ГОСТ 23790-79). Данный состав имеет следующие свойства: серый цвет, на прочность древесины не влияет, не вызывает коррозии металлов. Для конструкций из цельной древесины использую пропиточные составы. Принимаю из таблицы II.2 пропиточный состав ТХЭФ. Данный состав имеет следующие свойства: цвет древесины не меняет, не вызывает коррозию металлов, не снижает прочность древесины. Принятые антипирены ОФП-9 и ТХЭФ повышают пределы огнестойкости конструкций на 5 минут и уменьшают пределы распространения огня по деревянным конструкциям (по вертикали менее 40см, по горизонтали менее 25 см) и переводят древесину в группу труднодоступных материалов.

3 Расчет ограждающих конструкций покрытия

3.1 Выбор конструктивной схемы панели

Материалы: сосновые доски 2-го сорта; фанера ФСФ.

Ширину крайних и среднего ребер принимаем с учетом сортамента досок и острожки (6 мм с двух сторон) равной 44 мм.



С учетом требования пожаробезопасности ( )

_{Высота плиты}

3.2 Сбор нагрузок на плиту

Таблица 1 – Сбор нагрузок на 1м² плиты

Наименование	qn, кг/м2 (кН/м2)	f	q, кг/м2 (кН/м2)
Постоянная: 2х слойный рулонный материал В.ф.о. (0,012х700) Продольные рёбра (4·0,02·0,169·500)/1,5 Утеплитель (0,12х150) Пароизоляция (1 слой рулонного материала) Н.ф.о. (0,06х700 Итого вес основных элементов Вес вспомогательных элементов Итого собственный вес 1 м2 плиты	10 8,4 4,5 18 5 6 51,9 5,19 57,09	1,3 1,1 1,1 1,2 1,2 1,1	13 9,24 4,95 21,6 6 6,6 61,39 6,139 67,529
Временная: Снеговая Всего нагрузка на 1 м2 плиты	168 225,09	1,4	240 307,529

Нормативная нагрузка на 1 погонный метр плиты составит



Расчетная нагрузка

3.3 Расчетные характеристики используемых материалов

Для сосновых досок 2-го сорта

;

; ;

Для фанеры березовой ФСФ ;

верхняя обшивка (t = 12 мм)

; ; ;

3.4 Геометрические характеристики приведенного сечения

Учитывая неравномерность распределения напряжения по ширине панелей, уменьшаю расчетную ширину фанерной обшивки путем введения в расстоянии между ребрами коэффициента 0,9:



Определение площади поперечного сечения:

• 
  верхней полки ;
  
• 
  нижней полки ;
  

древесины продольных ребер

Отношение модулей упругостей материалов:

Приведённая к фанере площадь поперечного сечения панели равна:





Приведённый к фанере статический момент сечения относительно нижней плоскости определяется по формуле:



см²

Положение нейтральной оси приведённого сечения определяется по формуле: .

Приведенный к фанере момент инерции:









= 31150,8см⁴

Приведённый момент сопротивления верхней (сжатой) части панели:



Приведённый момент сопротивления нижней (растянутой) части панели:

3.5 Определение максимальных значений момента и поперечной силы

Расчетный пролет плиты

3.6 Расчет по нормальным напряжениям

Напряжения в нижней полке



где k_ф. – коэффициент учитывающий соединение листов фанеры по длине панели на ус.

Напряжения в верхней полке



Проверяем сжатую полку на устойчивость по формуле (148) /6/:

3.7 Проверка верхней обшивки на действие монтажной нагрузки

Фанерную полку рассчитываю, как пластинку, заделанную в местах приклейки к ребрам. Груз Р = 120кг считаю распределенным на ширину 100 см.

3.8 Расчет поперечного сечения плиты на скалывание

Проверку скалывающих напряжений произвожу по клеевому шву между шпонами фанеры.



где S_ф – статический момент инерции верхней полки относительно к нейтральной оси.

3.9 Проверка по деформациям

Прогиб панели от нормативной нагрузки



Относительный прогиб



Корректировку поперечного сечения в сторону уменьшения не произвожу, так как поперечное сечение ребра 4,4х17,5= 77 см²>50см² назначено из условия пожаробезопасности, а шаг ребер b₀=70 см назначен из условия восприятия монтажной нагрузки.

4 Расчет ограждающей стеновой конструкции

4.1 Определение типа и размеров сечения стеновой панели

Конструктивную схему стеновой панели принимаем в соответствии с рисунком 4.1. Утеплитель – пенополистирольные плиты ρ=150 кг/м³.



Рисунок 4.1 – Конструктивная схема стеновой панели

а) расчетная схема панели при изгибе в вертикальной плоскости

б) расчетная схема при изгибе в горизонтальной плоскости

4.2 Сбор нагрузок на панель

а) в вертикальной плоскости

Наименование	qn, кг/м2 (кН/м2)	f	q, кг/м2 (кН/м2)
Постоянная: 1. Продольные рёбра (2·0,044·0,156·500/1,2) 2. Поперечные рёбра (4·0,044·0,175·500/4,6) 3. Фанерные обшивки (2·0,012·700) 4. Пароизоляция 5. Утеплитель 6. Вес основных элементов 7. Вес вспомогательных элементов	3,7 7,45 16,8 5 4 36,94 3,69	1,1 1,1 1,1 1,2 1,2	4,07 8,2 18,48 6 4,8 41,55 4,15
8. Собственный вес 1 м2 панели 9. Итого вес двух панелей:	40,63 81,27		45,71 91,41

Таблица 2 – Сбор нагрузок на панель

Расчетная нагрузка на 1 погонный метр панели составит:

.

б) В горизонтальной плоскости (ветровая нагрузка)

;

Где w₀ — нормативное значение ветрового давления, Па (см. п. 6.4, /3/).

с — аэродинамический коэффициент (см. п. 6.6, /3/);

k - учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от типа высоты здания (см. п. 6.5, /3/);

;

_t — коэффициент надежности по нагрузке (см. п. 6.11, /3/);



4.3 Определение максимальных значений момента поперечной силы



Проверку по поперечной силе Q производить не нужно, так как из-за малой высоты поперечного сечения стеновой панели расчет на скалывание всегда выполняется, если выполняется расчет по нормальному напряжению от действия постоянной и ветровой нагрузки.

4.4 Определение геометрических характеристик поперечного сечения панелей

Определение момента сопротивления:



Учитывая неравномерность распределения напряжения по ширине панели, уменьшаю расчетную ширину фанерной обшивки путем веления в расстояние между ребрами коэффициента 0,9



Приведенный к фанере момент инерции:

.

Момент сопротивления:

.

4.5 Проверка прочности по нормальным напряжениям в растянутой обшивке

.

Где m_ф – коэффициент учитывающий соединение листов фанеры по длине, m_ф=0,6.

.

4.6 Расчет панели по деформации

При действии нормативной ветровой нагрузки

.

Все проверки по прочности устойчивости и деформативности выполняются. Корректировку поперечного сечения в сторону уменьшения не произвожу, так как поперечное сечение ребра 4,4х15,6= 64,64 см²>50см² назначено из условия пожаробезопасности.

5 Расчет стропильной конструкции покрытия

5.1 Определение типа и размеров поперечного сечения стропильной конструкции

Рисунок 5.1 – Сечение стропильной балки.





5.2 Определение нагрузок на стропильную конструкцию



5.3 Проверка опасного сечения на скалывание

Определяем максимальное значение поперечной силы, возникающей в балке:



Проверка на скалывание выполняется по формуле:

,

где b– ширина стенки балки.см

Статический момент относительно нижней грани поперечного опорного сечения стропильной балки:

,



Момент инерции относительно центра тяжести:



Проверка на скалывание выполняется.


5.4 Проверка балки на действие нормальных напряжений

Проверяем прочность принятого сечения балки по формуле:



где:

m_б – коэффициент, зависящий от высоты сечения; при высоте сечения h_оп = 86 см m_б=0,8.

m_сл- коэффициент, зависящий от толщины слоя; при толщине слоя 44 мм m_сл=1,1.

Определим расстояние от опоры до наиболее опасного сечения по формуле:

,

Изгибающий момент, действующий в опасном сечении определим по формуле:



Определим высоту сечения балки в опасном сечении по формуле:


Определяем момент сопротивления опасного сечения балки:









Прочность стропильной балки по нормальным напряжениям обеспечена.

5.5 Определение прогиба балки

Наибольший прогиб шарнирно-опертых балок переменного сечения переменного по высоте сечения определяется по формуле:



с – коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы, определяемый по таблице 3 приложения 4 :







k – коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, определяется по формуле:



f₀ – прогиб балки, определяемый без учета сдвигающих напряжений по формуле:






Прогиб балки находится в пределах допустимых значений.

5.6 Расчёт опорного узла балки

Расчёт опорного узла балки сводится к проверке её опорной площадки на смятие поперёк волокон:



где: F^см90 – площадь опирания балки на колонну:



Q_max – максимальная поперечная сила:



Увеличим площадь опирания. Принимаем ширину b_k=200 мм, с учетом строжки b_k=185 мм, тогда



Все проверки по прочности и деформативности выполняются с запасом.

6. Расчет поперечника с подбором сечения колонн

6.1 Конструктивная и расчетная схема колонны и поперечной рамы



Рисунок 6.1 – Расчетная схема поперечной рамы



Рисунок6.2 – Расчетная схема основной колонны

Сбор нагрузок на раму и конструирование колонны

Равномерно распределенная нагрузка на стену:











Эксцентриситет приложения нагрузки от веса стеновых панелей

6.3 Раскрытие статической неопределимости поперечной рамы

6.4 Определение расчетных усилий для основной колонны

Расчетные усилия определяем с учетом понижающего коэффициента сочетания на временные нагрузки равного 0,9.

6.5 Проверка колонны по предельной гибкости

Определяем расчетные длины:



Фактическая гибкость колонны в плоскости поперечной рамы:

6.5 Проверка сечения колонны по нормальным напряжениям

где М_Д – изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый по деформированной схеме.



Коэффициент ξ, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента определяется по формуле:





,

условие выполняется.

6.7 Проверка клеевых швов на скалывание
Проверка прочности клеевых швов на скалывание выполняется по формуле:






Прочность клеевых швов на скалывание обеспечена.

7 Конструирование и расчет узла защемления колонны в фундаменте

7.1 Определение требуемого момента сопротивления швеллера



Рисунок 7.1 –Опорный узел основной несущей колонны.

Момент сопротивления швеллера

,

где R- расчетное сопротивление стали по СНиП, R=2400 кгс/см²



Принимаем швеллер № 27У

t_w = 10,5мм;

<sub>h= 270 мм;

b= 95 мм;

Jx= 4160 см4.</sub>







Условие выполняется.
7.2 Назначение расстояния между осями тяжей

Назначаем расстояние h_о между осями тяжей:

h_о>0,1Н=0,1х9,6=0,96 м

h_о>2h_к=2х0,8=1,6 м

Окончательно принимаем h_о=2 м.

7.3 Проверка принятого сечения колонны на скалывание

Проверяем принятое сечение колонны на скалывание:



где





Прочность сечения колонны на скалывание обеспечена.

7.4 Определение диаметра тяжей с учетом их ослабления резьбой

Определяем усилие, действующее в тяжах:

Определяем диаметр тяжей с учетом ослабления их резьбой:


где m₁ – коэффициент, учитывающий ослабление резьбой, m₁=0,8;

m₂ – коэффициент, учитывающий возможное неравномерное распределений усилия между двумя параллельно работающими тяжами, m₂=0,85.


Окончательно принимаем тяжи диаметром d=18 мм.

7.5 Определение ширины планки из условия ее работы на смятие поперек волокон



где m_н - коэффициент, учитывающий переменность ветровой нагрузки, m_н=1,4;

Окончательно принимаем:



7.6 Определение толщины планки из условия ее работы на изгиб



где

Так как толщина планки более 1 см принимаем уголок.

Требуемая длина уголка:



Окончательно из условия смятия принимаем уголок 100×100×8.

Список использованных источников

1. 
   СНиП II-25-80. Деревянные конструкции
   
2. 
   СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.
   
3. 
   Конструкции из дерева и пластмасс. Под ред. Карлсена Г.Г., - М: Стройиздат, 1986.
   
4. 
   Зубаре Г. Н., Лялин И. Н. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебное пособие.-М.: Высшая школа, 1980г.-311 с.
   
5. 
   Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. – М: «Высшая школа», 1990.
   
6. 
   Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет. – Киев, «Вища школа», 1975.
   
7. 
   Шишкин В.Е. Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс. – М.: Стройиздат, 1974.
   
8. 
   Иванов В.А. Деревянные конструкции. – Киев, Государственное изд. литературы по строительству и архитектуре УССР, 1962.
   
9. 
   Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов; Под общ ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1986.
   
10. 
    СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/ Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2003. – 90с.
    
11. 
    Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. Под ред. Иванова В.А. - Киев, «Вища школа», 1981.
    

Содержание

1 Конструктивно - компоновочная схема здания………………...……...………....4

1. 
   Определение ориентировочных размеров плит покрытия …..……..…..5
   
2. 
   Определение ориентировочных размеров стеновых панелей……..…....6
   
3. 
   Определение ориентировочных размеров колонн ……………..………..6
   
4. 
   Определение ориентировочных размеров стропильной конструкции…7
   
5. 
   Расстановка связевых блоков…………………………...………………....8
   

2 Конструктивные и химические меры по защите деревянных конструкции от гниения и возгорания………………………………………..……………………………9

2.1 Защита древесины от гниения………………………………………………….9

2.2 Защита деревянных конструкций от возгорания……………………………10

3 Расчет ограждающих конструкций покрытия……...……………………………11

3.1 Определение типа и размеров поперечного сечения плиты……………….11

3.2 Сбор нагрузок на плиту………………………………………………………12

3.3 Расчетные характеристики используемых материалов………………….....12

3.4 Геометрические характеристики приведенного сечения……………..……13

3.5 Определение максимальных значений момента и поперечной силы……..14

3.6 Расчет по нормальным напряжениям……………………………………..…15

3.7 Проверка верхней обшивки на действие монтажной нагрузки……………..15

3.8 Расчет поперечного сечения плиты на скалывание………………………….15

3.9 Расчет плиты по деформациям……………………………………………….16

4 Расчет ограждающих стеновых конструкций……………………………………17

4.1 Определение типа и размеров поперечного сечения панели…….………….17

4.2 Сбор нагрузок на панель………………………………………………………18

4.3 Определение максимальных значений момента и поперечной силы………19

4.4 Определение геометрических характеристик поперечного сечения стеновой панели.......................................................................................................................…19

4.5 Проверка прочности по нормальным напряжениям в растянутой обшивке.20

4.6 Проверка панели по деформациям………………………..………………….20

5 Расчет стропильной конструкции покрытия……………………………………...21

5.1 Определение типа и размеров поперечного сечения стропильной конструкции…………………………….………………………………….…………………...21

5.2 Определение нагрузок на стропильную конструкцию…………………......22

5.3 Проверка опасного сечения на скалывание…………………………..…......22

5.4 Проверка балки на действие нормальных напряжений……………………..23

5.5 Определение прогиба балки………………………………………………......24

5.6 Расчет опорного узла балки………………...……………………..…….....…25

6 Расчет поперечника с подбором сечения колонн……………………………..…23

6.1 Конструктивная и расчетная схема колонны и поперечной рамы…….……26

6.2 Сбор нагрузок на раму и конструирование колонны…………….……..…..27

6.3 Раскрытие статической неопределимости поперечной рамы…….…...……27

6.4 Определение расчетных усилий для основной колонны……………...…….28

6.5 Проверка колонны по предельной гибкости………………………..……….28

6.6 Проверка сечения колонны по нормальным напряжениям…………….…28

6.7 Проверка клеевых швов на скалывание……………………………………29

7 Конструирование и расчет узла защемления колонны в фундаменте……...…30

7.1 Определение требуемого момента сопротивления швеллера…………….30

7.2 Назначение расстояния между осями тяжей……………………………….31

7.3 Проверка принятого сечения колонны на скалывание………………….....31

7.4 Определение диаметра тяжей с учетом их ослабления резьбой………..…31

7.5 Определение ширины планки из условия ее работы на смятие поперек волокон…………………………………………………………………………………....32

7.6 Определение толщины планки из условия ее работы на изгиб……………32

Список использованных источников…………………………………...……..……33