Санкт-Петербургский  Государственный Политехнический Университет

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Деревянные конструкции» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент группы 3017/1

Проверил:

Семенов К.В.. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург 

2004 г. 
 

Содержание. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Конструктивная  схема здания.

 

      Проектируется одноэтажное здание с несущим деревянным каркасом. Основу каркаса составляют последовательно расположенные рамы, образованные двумя колоннами и ригелем. В качестве ригеля используется полигональная деревянная ферма. Колонны жестко закреплены в фундаменте в плоскости рамы и шарнирно в плоскости стены.

 

      Пространственная  жесткость здания обеспечивается связями, объединяющими отдельные рамы. 
 

1.1. Деревянные фермы. 

      Рассмотрим  полигональную деревянную ферму. 

      В фермах различают следующие элементы:

1 – Нижний пояс.

2 – Верхний пояс.

3 – Раскосы.

4 – Стойки.

      Все элементы фермы в данном проекте  выполнены из деревянного бруса, за исключением стоек, которые выполняются из стального кругляка.

      Высота  фермы определяется по пролету. Для полигональной фермы: 

h_ф =1/6L_ф– 8-ти панельная ферма

В данном проекте  пролет фермы L_ф=19,2 метра,

поэтому высота фермы h_ф=1/6*19,2=3,2 метра

 

      Точки пересечения элементов фермы  – узлы. Выделяют несколько характерных  узлов:

5 – Опорные.

6 – Коньковый.

7 - Центральный узел  нижнего пояса.

      Расстояние  между соседними узлами нижнего пояса называется длиной панели(l_п). В этом проекте рассмотрена равно панельная ферма. 
 

1.2. Выбор шага рам. 

      Шагом рам называется расстояние между  двух рядом стоящих рам в плоскости  стены. В зданиях такого типа он зависит  от нагрузок на покрытие и обычно составляет 3.5 до 5 метров. Так как проектируемое здание будет с внутренним отоплением (т.е. покрытие будет утепленное), а снеговая нагрузка будет соответствовать 5-му снеговому району, зададим 15 по 4.5 м и крайние по 3.6 м.

      Высота  здания, пролет фермы и ветровой район при назначении шага рам не учитываются. 

1.3. Связи. 

      Конструктивная  схема каркаса одноэтажного деревянного  здания с полигональной 8-ти панельной фермой и схема размещения связей представлены на рисунке:

1 – вертикальные связи между фермами. Размещаются так, чтобы ни одна ферма не осталась без вертикальных связей, что приводит к их расстановке через пролет между рамами, а при четном количестве пролетов приходится их устанавливать подряд в двух пролетах (например, у одного из торцов здания).

2 – связи  в плоскости верхних поясов  ферм. Устанавливаются в торцевых  пролетах, но если длина здания  превосходит 30 м, то они устанавливаются  и в центральных пролетах, по  возможности с равным шагом.

3 – связи  в плоскости нижних поясов  ферм. Эти связи расставляются так, чтобы на виде снизу они проецировались на связи в плоскости верхних поясов ферм.

      Связи 1, 2 и 3 принято называть ветровыми, так  как они, придавая пространственную жесткость конструкции, позволяют наряду с прочими элементами каркаса распределять ветровую нагрузку, действующую на торец здания между всеми рамами.

      

      Кроме связей между фермами в каркасе  здания выделяют связи между колоннами:

6 – горизонтальные  связи между колоннами.

7 – связи  в плоскости стены между колоннами.  Они устанавливаются в крайних от торцов здания пролетах, а в зданиях, длинна которых превосходит 30 м, и в центральных пролетах.

      На  рисунке изображены также прогоны (4) и стропильные ноги (5) – это  элементы покрытия, не входящие в структуру связей. Прогоны располагаются вдоль всего здания по узлам верхних поясов ферм. Стропильные ноги укладываются поперек прогонов в плоскости верхних поясов ферм с шагом от 0.8 до 1.2 м в зависимости от величины снеговой нагрузки. В этом курсовом проекте шаг стропильных ног принят равным 0,9 м.

2. Конструирование  и расчет покрытия здания. 

2.1. Конструкция покрытия. 

1 – Прогон.

2 – Стропильные  ноги.

3 – Рабочий настил.

4 – Пароизоляция.

5 –Утеплитель.

6 – 3 слоя рубероида. 

2.2. Подбор сечения  рабочего настила. 

      Рабочий настил рассчитывается на прочность и прогиб. Выполняется из досок. Для обеспечения достаточной жесткости, каждая доска опирается как минимум на 3 опоры (имеется двухпролетная неразрезная балка). 

Расчет  рабочего настила  по первой группе предельных состояний.

Первое сочетание  нагрузок: постоянная (собственного веса) + временная (снеговая).

 

Расчетная схема:

 

Таблица 1. Нагрузки собственного веса. 

 
 

Обозначения в таблице:

g_н – нормативная нагрузка собственного веса;

g - коэффициент надежности по нагрузке собственного веса;

g - расчетная нагрузка собственного веса. 

Определим снеговые нагрузки. Снеговой район = 5 Þ P^**= 320 кг/м²

Далее определяем погонные нагрузки q и P. 

q = g * b = 36.5  кг/м - расчетная

q_н= g_н*b=32.5 кг/м - нормативная

где b – ширина полосы сбора нагрузки (b = 1 м); 

P^*= P^*** cosa=320*1=320кг/ м²

P= P^** B=320кг/ м² - расчетная

P_n= P*0.7=224кг/ м² - нормативная 

где a - угол наклона кровли к горизонту (cosa ≈ 1). 

Расчет  по прочности:

s= M_max / W <= R_изг * m_в 

где s - напряжение;

M_max - расчетный изгибающий момент;

W - момент сопротивления рабочего настила;

R_изг - расчетное сопротивление изгибу (R_изг = 130 кгс/см²);

m_в - температурно-влажностный режим-коэффициент, учитывающий работу древесины, зависящий от отапливаемости здания (так как здание отапливается        m_в =1). 

М_max = 0.125(q+ P) * L_nр² = 0.125 * (36.5+ 320) * 0.9² = 36.09 кгс*м

W = b * h² / 6 = 1 * 0.025² / 6= 1.04*10^-4 м³

s = 36.09/1.04*10^-4 =3.46*10⁵ кг/ м² < R_изг * m_в = 130 * 1= 13*10⁵ кг/ м² 

Расчет  на жесткость:

f=2.13*( q_н+P_n)* L⁴_nр /384/E/I<=1/150* L_nр 

где  f  – допустимый прогиб;

E – модуль нормальной упругости (E = 1 * 10⁵ кг/см²);

I – момент инерции.

I=b*t³/12=1* 0.025³/12=1.3*10^-6 м⁴ 

f=2.13*(32.5+224)*0.9⁴ / 384/ 10⁵/10⁴/1.3* 10^-6=0.72*10^-3м.

1/150* L_nр=0,9/150=6*10^-3

0,72*10^-3<6*10^-3