Курсовая работа (т): Деревянные конструкции

Расчёт опорного узла

Высоту опорного швеллера определим из условия смятия древесины арки в месте опирания на арку швеллера. Расчётное усилие Н = 78,88 кН; RСМ = 15 МПа; RСМ 90о = 3 МПа.

 ; ; a = 53о; Sina = 0,8;

МПа;  см2;

FСМa = вhопт; hопт = FСМ / в = 158 / 13,6 = 11,62 см,

где в - ширина поперечного сечения арки 13,6 см.

Расчёт стальных деталей узла и сварных швов производим по СНиП II-23-81. Принимаем швеллер №20 длиной, близкой к ширине арки, - 14 см. Сечение швеллера проверим на поперечный изгиб как балку пролётом l = 14 см: W = 20,5 см3; s = М / W £ Rygc;

FСМa = вl = 13,6 · 20 = 272 см2;

s СМa = Н / FCМa = 78,88 · 10 / 272 = 2,9 МПа < 8 МПа.

Нагрузка на швеллер:

Нормальные и поперечные силы в коньковом и опорном сечении арки

Qo1 = (S1 + q) · l/2 = (4,78 + 3,27) · 19,2 / 2 = 77,28 кН;

Qo2 = (S2 + q) · l/4 = (18,66 + 3,27) · 19,2 / 4 = 105,26 кН;

Qo3 = (3/4·S1 + q) · l/2 = (3/4 · 4,78 + 3,27) · 19,2 / 2 = 65,81 кН;

N1 = Hcosφ + Qosinφ = 78,88 · 0,602 + 77,28 · 0,799 = 109,23 кН;

N2 = 77,58 · 0,602 + 105,26 · 0,799 = 130,81 кН;

N3 = 55,5 · 0,602 + 65,81 · 0,799 = 85,99 кН;

Q1 = Qo cosφ - Hsinφ = 77,28 · 0,602 - 78,88 · 0,799 = -16,74 кН;2 = 105,26 · 0,602 - 77,58 · 0,799 = 1,09 кН;

Q3 = 65,81 · 0,602 - 55,5 · 0,799 = -4,73 кН.

Н = = (4,9 · 3,27 + 4,9 · 4,78/2)· 2 = 55,5 кН;

М = ql2 / 8 = = 98 кН · см;

Требуемый момент сопротивления швеллера:

W = M / Rygc = см3 < 20,5 см3;

Сечение швеллера достаточно. Принимаем [ № 20.

Опорный швеллер и уголки затяжки прикрепляют к стальной фасонке толщиной 8 мм сварными угловыми швами высотой hшв = 0,6 см. Усилие, приходящееся на один уголок затяжки: NL = кН;

На обушок каждого уголка приходится 70% усилия:

NОБ = 46,4 · 0,7 = 32,5 кН;

Необходимая длина сварного шва у обушка уголка:

из условия среза по металлу шва:

 = 4,3 см;

из условия среза по металлу границы сплавления:

= 4,8 см;

Принимаем длину шва lш по длине уголка конструктивно, но не менее 4,8 + 1 ≈ 6 см.

Длина сварного шва при высоте шва 0,4 см:

из условия среза по металлу шва:

 см;

из условия среза по металлу границы сплавления:

 см;

Принимаем длину шва по контуру швеллера № 20 не менее 12 см с каждой стороны прикрепления швеллера к стальной фасонке.

Проверим напряжение смятия в арке в месте опирания ее на стойку. Угол смятия древесины в опорной части арки:

β = 90о - 53о = 37о; Sin 37o = 0,602;

 МПа;

FCМβ ≥ Nн / RCМβ = 1052,6 / 8 = 131,63 см2;

FCМβ = b · lCМ; lСМ = FCМβ / b = 131,63 / 13,6 = 9,7 см;

Длина опорной площадки арки должна быть не менее 10 см.

Расчёт конькового узла

Поперечная сила в коньковом шарнире при загружении арки односторонней треугольной нагрузкой составит:

Q = VB = 14,93 кН;

При загружении арки односторонней равномерно распределённой на половине пролёта снеговой нагрузкой:

Q = VB · S1 = 2,4 · 4,78 = 11,47 кН;

Расчётное значение Q = 14,93 кН. Принимаем болты диаметром 20.

Определим несущую способность конькового болта на 1 шов. При α = 90о Kα = 0,55.

Т’c = 0,5сd Kα = 0,5 · 13,6 · 2 · 0,55 = 7,48 кН;

Т’’c = 0,8аd Kα = 0,8 · 10 · 2 · 0,55 = 8,8 кН;

ТИ =  кН;

Расчётное значение несущей способности одного двухсрезного болта:

Т = 2 · 6,8 = 13,6 кН.

В месте действия силы N1 устанавливаем два болта. Усилие

 кН < 2 · 13,6 = 27,2 кН;

Усилие

кН.

В месте действия силы N2 достаточно поставить 1 болт. Конструктивно для обжатия накладок ставим также 2 болта.

Расчёт и конструирование колонны

Продольная сила от постоянной нагрузки:

G = gp · f · l /2 = 0,62 · 4,7 · 9,6 = 27,97 кН;

Рсн =

= 109,25 кН;

Высота сечения:

h = H / 12 = 4700 / 12 = 392 мм;

Принимаем сечение из 10 досок по 42 мм, h = 10 · 42 = 420 мм.

Ширина сечения стойки равна ширине деревянных элементов арки, b = 136 мм.

Объём стойки: V = 0,136 · 0,420 · 4,7 = 0,27 м3;

Расчётная нагрузка Gст = 0,27 · 420 · 1,1 = 1,24 кН;

Массу 1 м2 стены принимаем ориентировочно равной массе 1 м2 кровельной панели без кровли 0,312 кН. Нагрузка от стены:

Gн = 0,312 · 4,7 · 4,7 = 6,89 кН;

момент от нее: Мст = Gн · е, где эксцентриситет ее приложения - половина высоты сечения стойки плюс половина толщины панели:

Мст =  кНм.

Момент от ветровой нагрузки:

Wо = qo · gn · b = 0,30 ·0,8· 1,2 · 5,3 = 1,53 кН/м,

С23 = 0,4 + 0,1 · 0,73 = 0,473; C4 = -0,4;

qз = 0,30 · 0,473 = 0,178; q4 = 0,30 · (-0,4) = -0,12 кН/м2

Wз = 0,178 · 1,2 · 5,3 = 1,13 кН/м, W4 = 0,12 · 1,2 · 5,3 = 0,76 кН/м;

Х =  = 0,35

Нагрузка на арку: W = W4 · S1 · Sinb/2 = 0,76 · 4,78 · sin (29o/2) = 0,91 кН;

Горизонтальная нагрузка на стойки:

левую: W/2 - X = 0,91/2 - 0,35 = 0,11 кН;

правую: W/2 + X = 0,91/2 + 0,35 = 0,81 кН;

Изгибающие моменты от ветра в стойках:

левой: 17,42 кНм;

правой: 16,29 кНм;

арка колонна фундамент швеллер

расчётной стойкой является левая.

Проверка стойки на сжатие с изгибом:

Гибкость l = lo/tx = 85,2;

Площадь сечения: Fбр = 136 · 420 = 5,7 · 104 мм; принимая ориентировочно коэффициент ослабления отверстиями опорных накладок 0,8; Fнт = 0,8 · 5,7 · 104 = 4,56 · 104 мм2;

3,2 · 106 мм3.

Расчётные усилия при сочетании двух временных нагрузок (снеговой и ветровой):

N = G + Gc + Gн + 0,9Р = 27,97 + 1,24 + 6,89 + 0,9 · 109,25 = 134,43 кН;

М = МG + 0,9МW = 2,08 + 0,9 · 17,42 = 17,76 кНм.

Расчётное сопротивление:

Rс mсл mн = 15 · 0,95 · 1,2 = 17,1 МПа,

Мд = М / x = (17,76 · 106) / 0,67 = 26,5 · 106 Нмм ;

2,95 + 8,3 = 11,25 МПа < Rc = 17,1 МПа.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования.

ly = lo / ly = 4700 / 0,289 · 136 = 120;

jу =3000 / ly2 = 3000 / 1202 = 0,21;

3,33 > 1, принимаем jм = 1.

0,66 + 0,16 = 0,82 < 1.

Проверка устойчивости показала, что горизонтальные связи на уровне половины высоты стойки не требуются.

Крепление колонны к фундаменту

Осуществляется анкерами за накладки, прикреплённые болтами d = 12. Несущая способность одного болта:

ТИ = (18d2 + 0,2а2)= (18 · 122 + 0,2 · 902)=

Н > 25d2 = 25 · 122 = 3940 Н;

Та = 8аdmн = 8 · 90 · 12 · 1,2 = 10370 Н. Расчетная величина Т - наименьшая, 3940 Н.

Сила, растягивающая анкера:

 Н;

М = Мветр + Мст = 17,42 + 2,08 = 19,5 кНм;

N = G + Gст + Gн = 27,97 + 1,24 + 6,89 = 36,1 кН;

а = 420 + 90/2 = 465 мм;

Необходимое количество болтов: n = Z / Tмин = 46287 / 3940 = 11,7;

принимаем 12 болтов.

Требуемая площадь анкеров: Abn, тр = Z / Rbt = 46287 / 145 = 319 мм2;

принимаем анкер d = 16, Abn =157 мм2 ВСт3КП2. Шайбы 90 х 90 х 6,

1,25 · 104 мм3;

Изгибающий момент в траверсе:

Нмм;

М / W = 1,24 · 106 / 1,25 · 104 = 96 Н/мм2 < Ry = 245 МПа.

Поперечная сила на опоре, равная ветровой нагрузке на стойку:

Q = WзН + Qп = 1,13 · 4,7 + 0,81 = 6,12 кН, воспринимается забетонированными в фундамент уголками 45 х 45 х 5, выступающими из фундамента на 50 мм.

Смятие: Q / F = 6120 / 2 · 40 · 50 = 1,53 Нмм < Rсм = 3 МПа.

Литература

1. СНиП II-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конструкции.- М.: Стройиздат, 1982. - 66 с.

2. СНиП II-6-74. Нагрузки и воздействия.- М.: Стройиздат, 1976.- 60с.

3. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования: Учеб. пособие для вузов / Ю.В. Слицкоухов, И.М. Гуськов и др.; под ред. Ю.В. Слицкоухова.- М.: Стройиздат, 1991. - 256 с.: ил.

4. Примеры проектирования клееных деревянных конструкций. Методические указания для выполнения курсового проекта по курсу «Конструкции из дерева и пластмасс». Свердловск, изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1985, 41 с.