Курсовая. 1. Теплотехнический расчет наружной стены

• Название: 1. Теплотехнический расчет наружной стены
• Анкор: Курсовая
• Дата: 28.10.2022
• Размер: 351.64 Kb.
• Имя файла: Kursovaya.docx
• Тип: Документы; #759397

1.Теплотехнический расчет наружной стены.

- Относительная влажность внутреннего воздуха φ = 60%;

- Расчётная зимняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 t_и = -26ºС;

- Расчётная температура внутреннего воздуха t_в = 20ºС;

- Коэффициент теплопередачи α_β = 8,7 Вт/м²ºС;

- Коэффициент теплопередачи для зимних условий α_н = 23 Вт/м² ºС;

- Температура относительного перепада t_от.пер. = - 2,7ºС;

- Средняя продолжительность отопительного периода Z_от.пер. = 205 суток;

Параметры материалов конструкции стены

Материал	Плотность,	Коэффициент теплопроводности,	Толщина ограждения,
1.Легкий бетон	1600	1,92	0,08
2.Утеплитель - пенополистирол	100	0,05
3. Тяжёлый бетон	2500	0,7	0,12

Рисунок 1 - Расчетная схема стены здания.

1.Определяем требуемое сопротивление теплопередачи исходя из условий комфортности нахождения в помещении:



2.Определяем требуемое сопротивление теплопередачи исходя из условия энергосбережения. Для этого определяем величину градусо-суток отопительного периода:

.

По величине ГСПО определяем требуемое сопротивление теплопередачи (табл.1БСНиП II 3-79*) .

3.Определяем фактическое сопротивление теплопередачи: , где R_к- термическое сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции;



;

отсюда находим: . Принимаем .

.

Условия R₀ ≥R₀ ^тр2 выполняется, принимаем конструкцию стены, толщиной 300 мм.

2. Расчет и конструирование центрально сжатой колонны

Главные балки опираются на верхнюю часть колонны (оголовок), которая закрепляется от горизонтального смещения вертикальными связями и конструкцией перекрытия. Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундамент на грунт. В зависимости от того, как передается нагрузка на колонну, различают центрально сжатые колонны.

Колонны рабочей площадки работают на центральное сжатие, нагрузки приложены либо непосредственно к центру сечения колонны, либо симметрично относительно оси стержня. Наиболее нагруженной является колонна среднего ряда, на которую опираются две главные балки (рис. 2). При проектировании центрально сжатой колонны следует стремится к равно устойчивости колонны, т.е. к тому, чтобы гибкости колонны относительно главных осей сечения были равны (λ_х λ_у).



Рисунок 2. Конструктивная и расчетная схемы колонны.

Усилие в колонне численно равно двум реакциям главных балок:

.

Расчетные длины колонны l_ef,x и l_ef,y зависят от высоты колонны и закрепления концов колонны на опорах. Для данной конструктивной схемы закрепления колонны вверху и внизу принимают шарнирными. Тогда коэффициенты расчетных длин μ_x = μ_y = 1. Расчетные длины колонны относительно главных осей:

l_ef,x = l_ef,y = μ_x,y·h_k .

Высоту колонны h_к определяют в соответствии с конструктивной схемой в зависимости от способа сопряжения балок (рис. 1 и 2):

.

Требуемая площадь сечения стержня колонны определяется из основной формулы расчета сжатых стержней:

,

,

где φ_о = 0,6 - 0,8 - коэффициент, принимаемый из опыта проектирования;

γ_с - коэффициент условий работы.

По величине А_тр в сортаменте выбирают колонный двутавр с индексом К или сварные трубы из прокатных швеллеров или уголков и выписывают геометрические характеристики сечения: площадь А и радиусы инерции i_x и i_у, а также габариты сечения h и b. Затем определяют гибкость колонны по формулам:

.

При этом максимальная гибкость колонны не должна превышать предельную ≈ 120 (из опыта проектирования),

.

По максимальной гибкости определяют фактический коэффициент продольного изгиба φ и подобранное сечение проверяют на устойчивость по формуле:

,

где φ_min - коэффициент продольного изгиба и зависит от максимальной гибкости колонны.

Для рабочей площадки, рассмотренной в примерах 1, 2 и 3. требуется подобрать сечение средней колонны К1. Отметка верха площадки Н = 4,8 м; отметка низа колонны Н₁ = - 0,150 м. Колонна выполнена из стали С235, R_y = 230 мПа = 23 кН/см². Сопряжение балок этажное.

Расчетное усилие в колонне N = 2·R_гб = 2·220,2 = 440,4 кН.

Высота колонны

м = 4110 м мм = 0,840 м.



Рисунок 2.1. Конструктивная и расчетная схемы колонны.

Расчетная длина колонны

l_ef,x = l_ef,y = μ · h_k= 1 ·4,11 = 411 cм.

Задаемся коэффициентом продольного изгиба φ = 0,6.

Требуемая площадь сечения колонны

см².

Минимальный радиус инерции из условия предельной гибкости

см.

По имеющейся площади подбираем сечение главной колонны. По сортаменту выбираем сварные трубы из прокатных швеллеров (рис. 3), площадь поперечного сечения которого подходит по величине А_тр. Методом подбора принимаем по сортаменту профиль № 16. Геометрические характеристики сечения А = 36,2 см², J_x = 1494 cм⁴,

J_y = 892,6 cм⁴.

Радиус инерции сечения:

i_x = 6,42 см;i_y = 4,97 см



Рисунок 3. Схема составного сечения главной колонны.

Определяем гибкость колонны относительно главных осей:



По максимальной гибкости λ_mах = 114,3 и расчетному сопротивлению стали R_y = 230 МПа, интерполируя, определяем φ = 0,625 и проверяем устойчивость колонны по формуле

кН/см².

Предельная гибкость:





Устойчивость колонны обеспечена.

База колонны.

База колонны служит для передачи нагрузки с колонны на фундамент и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны в соответствии с расчетной схемой. Различают два основных типа баз - шарнирные и жесткие. Для легких колонн применяют шарнирное закрепление базы, в которых все усилие передается на плиту через сварные швы (рис. 4).



Рисунок 4. База колонны.

Передача усилия от стержня колонны осуществляется при помощи траверсы, которая служит для равномерной передачи силовых потоков от стержня на плиту.

Размеры сечения базы определяют, исходя из условия смятия бетона фундамента под плитой, по формуле:

,

где R_b,loс = R_b·ψ_b,loc - расчетное сопротивление бетона фундамента смятию; коэффициент ψ_b,loc обычно принимают 1,2 - 1,5;_b - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, зависит от класса бетона.

Ширину плиты В_пл принимают конструктивно

В_пл > 2с + 2t_тр + b

где: t_тр - толщина траверсы, t_тр = 10 - 12 мм;

с - свес плиты, с = 40 - 50 мм;- ширина полок сварных швеллеров.

Длину плиты L_пл определяют по расчету при известной ширине В_пл

.

Длина плиты должна быть не менее конструктивного размера:



где: h - высота св. швеллера;

а - свесы для размещения анкерных болтов, а = 100-120 мм.

Длину L_пл и ширину В_пл плиты округляют до 10 мм.

Толщину плиты базы рассчитывают из условия работы ее на изгиб. В курсовом проекте допускается принять толщину в пределах 25 - 30 мм.

Высоту траверсы определяют из условия полной передачи усилия от стержня колонны на опорную плиту через сварные швы траверсы. При расчете по металлу шва:

см,

где: β_f - коэффициент, зависящий от вида сварки, для ручной сварки β_f =0,7;_f - катет шва, принимаемый равным 6-12 мм, но не более 1,2 t_тр;_wf - расчетное сопротивление сварного шва на срез, принимают в зависимости от типа электрода.

Высота траверсы из конструктивных соображений должна быть не менее 200 мм и не более 85 β_f k_f и кратной 10 мм. Анкерные болты принимают конструктивно диаметром 30-36 мм.

Запроектировать базу колонны, рассмотренной в примере 4. Исходные данные: усилие в колонне N = 440,4 кН, материал фундамента - бетон класса В10, размеры сечения стержня колонны из примера 4: h = 180 мм, b = 140 мм, t_тр =10 мм.

Расчетное сопротивление бетона сжатию R_b = 6,0 МПа = 0,6 кН/см².

Расчетное сопротивление бетона смятию

_b,loс = R_b·ψ_b,loc= 0,6·1,2 = 0,72 кН/см².

Требуемая площадь плиты

см².

Назначаем размеры плиты в плане.

Ширина плиты

В_пл = 2с + 2t_тр + b = 2·40+2·10+140 = 240 мм = 24 см.

Длина плиты по расчету.

Конструктивная длина плиты

мм.

Принимаем большую длину (с округлением) L_пл = 38 см.

Назначаем толщину плиты базы t_пл = 20 мм.

Высоту траверсы вычисляем, задавшись: катетом шва k_f = 6 мм, видом сварки - ручной, при которой β_f = 0,7, типом электрода Э42 с расчетным сопротивлением шва срезу (по металлу шва)

_wf = 180 МПа =18 кН/см², γ_wf =1,0; γ_c= 1,0.

см.

Принимаем h_тр = 20 см. Анкерные болты принимаем диаметром 30 мм.

База колонны служит для передачи нагрузки с колонны на фундамент и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны в соответствии с расчетной схемой. Различают два основных типа баз - шарнирные и жесткие. Для легких колонн применяют шарнирное закрепление базы, в которых все усилие передается на плиту через сварные швы (рис. 4).

Задача №1

Определить несущую способность центрально-сжатого элемента стропильной фермы из двутавра №40 длиной l = 2,2 м, выполненного из стали марки С285. Сечение ослаблено в полке четырьмя отверстиями диаметром 16 мм. Коэффициент условий работы γc = 0,9.

Решение

1.По таблице сортамента «Двутавровые балки» по ГОСТ 8510-72* для сечения №40 определяем площадь А = 40,2 см 2 , ix = 11,2 см, iy = 2,54 см, t = 9,8 мм. Минимальный радиус инерции imin = iy = 2,54 см.

2.Аn = А - Аосл =40,2–9,8· 0,8 · 4 = 8,84 см 2 .

3.По таб.51 СНиП II-23-81* определяем для фасонного изделия с толщиной проката t = 13 мм расчетное сопротивление по пределу текучести Ry = 280 МПа (для стали марки С285).

4.Для заданной расчетной схемы коэффициент µ = 1,0 , тогда расчетная длина элемента lef = µl = 1,0 · 2,2 = 2,2 м. Гибкость элемента λ = lef /i min = 220/2,54 = 86,61; λ = 86,61 ≤ [λ]=200 (таб. 19* СНиП II-23-81*), условие выполнено.

5.По λ = 86,61 и Ry = 280 МПа по таб.72 СНиП II-23-81* определяем коэффициент продольного изгиба:

λ φ при Ry = 240 МПа

4 0 0,883

50 0,836

Составляем пропорцию: 50-40/0,883-0,836=50-40,2/x

х =0,04606, φ = 0,836+ х=0,836+ 0,04606= 0,886

6. Определяем несущую способность из условия прочности: N = An R y γc = 0,882 · 10^-4 · 280 · 10³ · 0,9 = 222,768 кН.

7. Определяем несущую способность элемента из условия устойчивости: N = ϕ AR y γc= 0,882· 40,2 · 10^-4 · 280 · 10³ · 0,9 = 893,501 кН.

Ответ: Несущая способность центрально-сжатого элемента:

из условия прочности N = 222,768 кН,

из условия устойчивости N = 893,501 кН.

Задача №2

Проверить прочность стыкового шва двух элементов на действие растягивающей силы N при следующих исходных данных:

- расчетная растягивающая сила N = 320 кН;

- толщина листов t 1 = 10 мм, t 2 = 12 мм;

- длина шва l = 220 мм;

- марка стали С255;

- вид сварки – ручная.

Коэффициент условий работы γc = 1,0. Способ контроля качества – визуальный.

Решение

1.Согласно таб.51* СНиП II-23-81* листовой прокат марки С255 при толщине tmin = t 1 = 10мм имеет расчетное сопротивление Ry = 240 МПа.

2. Rωy = 0,85Ry = 0,85 · 240 = 204 МПа.

3. lω = l – 2t = 220 - 2·10 = 200мм, где t = tmin = 10мм.

4. N/tlw≤RwyYc 320/10*204=6582

Ответ: прочность сварного стыкового шва не обеспечена.

Задача №3

Проверить прочность и прогиб второстепенной прокатной балки рабочей площадки при следующих исходных данных:

- вид сечения - [ № 14;

- марка стали - С275;

- нагрузка: нормативная qn = 9,36 кН/м, расчетная q = 11,2 кН/м;

- расчетный пролет l = 6,0 м;

- коэффициент условий работы γc = 0,9.

Решение

1.По сортаменту стальных прокатных профилей для швеллера №14 определяем толщину полки t = 7,5 мм, момент инерции сечения Iх = 572 см⁴, момент сопротивления сечения Wх = 81,7 см³.

2. t = 9,5 мм С275 Ry = 270 МПа.

3. M=q*l²/8=11,2*6,0²/8=50,4кН*м

4. M/Wn,min=50,4*10³/81,7*10^-6=616,89Мпа; RyYc=270*0,9=243МПа, прочность сечения балки не обеспечена.

5. 5qⁿ*l³/384ELx=5*9,36*10³*6,0³/384*2,06*10⁵*10⁶*572*10^-8=

=0,0219>0,004 жесткость сечения балки не обеспечена.

Ответ: прочность и жесткость сечения балки не обеспечена.

Задача №4

Проверить прочность центрально-растянутой деревянной подвески, ослабленной отверстием для болтов диаметром d = 16 мм при следующих исходных данных:

- размеры сечения b×h =125×125 мм;

- расчетная растягивающая сила Nd = 120 кН; d=20

- порода древесины - Дуб;

- сорт древесины -2.

Решение

1.Rp =0,1 МПа. По таб. 4 (пункт 2) СНиП II-25-80 определяем коэффициент mп = 1,3.

Определяем. Rp mп=0,1·1,3=0,13 Мпа

2. Fнт = b·h - b·d = 0,13·0,125 – 0,13·0,020 = 0,01365 м².

3. σ =Nd/Fhm=120*10³/0,01365=87912008,7 Па=8,79Мпа>Rp=0,1Мпа, условие не выполняется.

Ответ: прочность подвески не обеспечена.

Задача №5

Определить требуемую марку камня и марку раствора для центральносжатого столба многопролетного здания при следующих исходных данных:

- размеры сечения b×h =0,51×0,77 м;

-высота столба Н = 3,3м;

-условия опирания – не подвижные шарнирные опоры;

-расчетная нагрузка на столб N = 135 кН;

-расчетная продольная сила от длительных нагрузок Ng = 60 кН;

-вид кладки – из кирпича силикатного полнотелого.

Решение

1.A = b× h = 0,51 × 0,77 = 0,392 м³.

Так как А=0,392м² > 0,3м² , учитываем коэффициент условий работы γс= =1.

2. 25-200

α=750

3. λh=L0/h=3,3/0,51=6,4

L0=H наименьшее

4 . λh φ

6 0,95

8 0,9

Составляем пропорцию

8-6/0,95-0,9=8-6,4/x

х = 0,05, φ = 0,9 + х=0,9 + 0,05 = 0,95

5.mg=1

6.Rтреб=N/mg ϕA=135/1*0,95*0,392*10³=0,36Мпа.

7. Rтаб=Rтреб/yc=0,36/1=0,36Мпа.

Ответ: марка камня -35 , марка раствора -0,45.

Задача №6

Определить максимальный изгибающий момент от внешней нагрузки Ммах в

железобетонной балке с одиночным армированием при следующих исходных

данных:

- размеры сечения b× h= 0,3×0,55 м, величина с = 0,04 м;

- балка армирована 2 стержнями Ø25 мм;

- класс бетона В25, класс арматуры А400.

Решение

1. Для бетона класса В35

- по таблице 5.2

определяем нормативное сопротивление бетона осевому сжатию Rbn=14,5Мпа;

- по пункту 5.19 СП 52-101-2003

коэффициент безопасности по бетону γb=1,5 (для железобетонных конструкций);

- определяем расчетное сопротивление бетона осевому сжатию по формуле

R_b=R_b,n/γ_b

R= R_{b,n b}/γ_b=14,5/1,5=9,6Мпа

γ_b=1,5

по п. 5.1.10 СП 52-101-2003 коэффициенты условий работы γbi, учитывающие особенности работы бетона в, конструкции (характер нагрузки, условия .окружающей среды и т.д.):

R_s=355Мпа. По таблице Таблица 5.8 СП 52-101-2003 определяем расчетное сопротивление.

2. Определяем рабочую высоту сечения

h_о = h – c = 0,55 – 0,04 = 0,51 м

3. По сортаменту для 2-х стержней Ø25 мм определяем площадь сечения растянутой арматуры As1 = 9,82см² . Определяем высоту сжатой зоны бетона

X=R_s*A_s1/γ_b1*R_b*b=355*9,82*10^-4/0,9*9,6*0,55=0,073м

4. Определяем

ξ=x/h₀

0,073/0,51=0,143

5. Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

ξ_R =X_R/h₀=0,8/0,51=1,568

6. Проверяем условие ξ =0,143< ξ lim =1,568

Условие выполняется.

7. Определяем максимальный изгибающий момент:

M_ult=R_bb_x(h₀-0,5_x)+R_scA_s(h₀-a)

M_ult=14,5*0,55*0,073(0,51-0,5*0,073)+335*9,82*(0,51-0,073/2)=16,50кН*м

Ответ: М_max=16,50кН·м