Сбор нагрузок на покрытие. Определение расчетных усилий и геометрических характеристик сечений панели. Проверки несущей способности панели

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлических и деревянных конструкций

Курсовая работа

на тему:

Производственное здание

                                                                                                       Выполнила:         студентка группы 415

Принял: Н  

Новосибирск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1.   ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ3

2.   РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ4

2.1.   Сбор нагрузок на покрытие. 4

2.2.   Определение расчетных усилий и геометрических характеристик сечений панели. 6

2.3.   Проверки несущей способности панели. 8

3.   РАСЧЕТ КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ.10

3.1.   Выбор конструкций и компоновка покрытия  10

3.2.   Конструктивный расчет  12

Список ЛИТЕРАТУРЫ28

1.  Исходные данные для проектирования

Спроектировать и рассчитать клеефанерную балку пролетом L = 9м для покрытия производственного отапливаемого здания.

Шаг расстановки балок a=4,5м. Длина здания  a×n=4,5×12=54м.

Снеговой район IV. Ветровой район III.

Производственное здание высотой h₁ = 4м.

Выбор конструктивной схемы.

Принимаем клеефанерную балку. Высота балки  h₂/L = 1/9 ÷ 1/12 ,                     h₂ = L/12 = 9/9 ≈ 1м. Уклон кровли i ≤ 1:10, принимаем i = 1:16.

2.  Расчет ограждающей конструкции покрытия

Утепленная клеефанерная панель покрытия.

Номинальные размеры панели (рис.1) в плане 1,48 × 4,48 м.

Обшивки панели из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ по ГОСТ 3916-69* толщиной 6мм и 8мм; ребра из основных досок  второго сорта. Клей марки ФРФ-50.

Утеплитель – минеральные плиты толщиной 8см. на синтетическом связующем по ГОСТ 9573-82*. Плотность утеплителя 1 кН/м³.

Пароизоляция из полиэтиленовой пленки толщиной  0,2мм.

Рис.1.

1 – обшивки из фанеры; d =6 и 8мм. 2 – утеплитель ; 3 – пароизоляция; 4 – продольные ребра из досок ; 5 – поперечные ребра из досок ; 6 – торцевая доска для крепления панели к опоре; 7 – боковые трапецивидные бруски.

Компоновка рабочего сечения панели.

Ширина панели b_п = 1480мм. Толщины фанерных обшивок принимаются: нижняя δ_н = 7мм; верхняя δ_в = 9мм.

На склейку идут доски сечением 42 × 142мм. (h_р = 150 – 8 = 142мм). Высота панели принимается из условия жесткости панели и теплотехнического расчета: h_p/l_p = 1/30 ÷ 1/35 , h_p= 4480/30 = 149мм.

Каркас панели состоит из четырех продольных ребер (рис.1). Шаг ребер принимают из расчета верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперек волокон от сосредоточенной силы P = 1 × 1,2 = 1,2 кН как балки, заделанной по концам (у ребер) шириной  1000 мм.

Расстояние между ребрами в осях: с = (1480 – 2 × 42)/3 =465мм.

Расстояние между ребрами в свету: с₀ = 465 – 42 =423мм.

Изгибающий момент в обшивке

М = Р × с / 8 = 1,2 × 0,465 / 8  = 0,0698 кН·м = 69,8 кН·мм

Момент сопротивления обшивки шириной 1000 мм.

W = b × d²_в/6 = 1000×8² /6=

= 10670мм³.

Напряжения от изгиба сосредоточенной силой

σ = M/W = 69,8  × 10³ / 10670 = 6,54 МПа < R⁹⁰_ф × m_н = 6,5  × 1,2 = 7,8 МПа

m_н = 1,2 – коэффициент условия работы для монтажной нагрузки.

2.1 Сбор нагрузок на покрытие

Нагрузки на панель.

Нагрузка	Нормативная, кН/м2	Коэф-т надежности по нагрузке	Расчетная, кН/м2
Трехслойный рубероидный ковер	0,09	1,3	0,12
Фанерные обшивки марки ФСФ (γ = 7кН/м3) (0,008+0,006)·7	0,098	1,1	0,108
Продольные ребра каркаса         4·0,117·0,042·5/1,48	0,066	1,1	0,073
Поперечные ребра каркаса        3·0,092·0,042·5/4,48	0,015	1,1	0,016
Утеплитель - минераловатные плиты   0,08·0,423/0,465·1	0,073	1,1	0,08
Пароизоляция	0,02	1,1	0,022
Постоянная	0,362		0,42
Временная (снеговая)	1,68	-	2,4
Полная	2,04		2,82

Полная нагрузка на 1 м. панели: нормативная  q_н = 2,04 × 1,5 = 3,06 кН/м²; расчетная  q = 2,82 × 1,5 = 4,23 кН/м².

Расчетные характеристики материалов.

Для фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ семислойной толщиной 8мм, по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 имеем: расчетное сопротивление сжатию R_фс=12МПа; расчетное сопротивление растяжению R_фр = 14МПа; расчетное сопротивление скалыванию R_фск = 0,8МПа; модуль упругости Е_ф = 9000МПа;

расчетное сопротивление изгибу R_фи = 6,5МПа.

Для фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ семислойной толщиной 6мм, по табл. 10 и 11 СНиП II-25-80 имеем: R_фс=13МПа; R_фр = 14МПа; R_фск = 0,8МПа; Е_ф = 9000МПа; R_фи = 3МПа.

Для древесины ребер по СНиП II-25-80 имеем модуль упругости R_и = 13МПа; R_ск = 1,6МПа; Е_др = 10000 МПа.

2.2 Определение расчетных усилий и геометрических характеристик сечений панели

Расчетные усилия

Расчетный пролет панели l_p = 0,99 × l =0,99 × 4,48 = 4,43м;

Расчетный момент М = q × l_p² / 8 = 4,23 × 4,43² / 8  = 10,37 кН·м;

Расчетная поперечная сила: Q = q × l_p / 8 = 4,23 × 4,43 / 2  = 9,37 кН.

Расчетное сечение панели

Расчетная ширина панели B_р = 0,9×1,48 = 1,332м.

h_р = 0,142м; b_р = 0,042×4 = 0,168м; d_в = 9мм; d_н = 7мм.

Геометрические характеристики сечения панели.

Ввиду совместности работы деревянных рёбер и фанерных обшивок, имеющих разные модули упругости, конструктивный расчет следует выполнять по методу приведённого сечения.

Согласно этому методу геометрические характеристики приводят к тому материалу, в котором проверяется напряженное состояние. При расчете панели приводим к материалу обшивок (фанере), так как производим проверку их прочности как наиболее напряженных.

m = Е_др/Е_ф = 10000/9000 = 1,111; 

F_н = В_расч× δ_н = 1,332×0,007 = 0,009324м² ;

F_в = В_расч. ×δ_в = 1,332×0,009 = 0,011988м²;

h = δ_н +  h_р + δ_в = 0,007 + 0,142 + 0,009 =  0,158м;

F_р = h_р× b_р×m = 0,142×0,168×1,111 = 0,0265м²;

F_пр = F_н + F_р + F_в = 0,009324 + 0,0265 + 0,011988 = 0,0478 м².

Статический момент относительно нижней плоскости нижней обшивки:

S_пр.ф  = F_н× δ_н/2 + F_в× ( h – δ_н/2) + F_р × ( δ_н+ h_р/2) = 0,009324×0,007/2 + 0,011988×(0,158 – 0,007/2) + 0,0265×(0,007 + 0,142/2) = 0,00395;

y_o = S_пр.ф/ F_{пр =} 0,00395/0,0478 = 0,083м;

J_пр.ф. = F_н×( y_o – δ_н/2)² + F_р×[ (h_р/2)² + ( y_o– h_р/2– δ_н)² ]+ F_в×( h – y_o – δ_в/2)² = 0,009324×(0,083 – 0,007/2)² + 0,0265×[(0,142/2)²/3 + (0,083 – 0,142/2 – 0,007)²] + 0,010656×(0,158 – 0,083 – 0,009/2)² = 0,000473 м⁴;

S_пр.ф^п  = F_н× ( h – y_o – h_р/2) = 0,009324×(0,158 – 0,083 – 0,142/2) = 0,000037м³;

S_пр.ф^о = S_пр.ф^п + b_р/2×( h – y_o– δ_в)² = 0,000324 + 0,168/2×(0,158 – 0,083 – 0,009)²  = 0,000366м³.

Таким образом, основные геометрические характеристики сечения составляют:

J_{пр.ф .}= 0,96^.10^-4м⁴ – момент инерции, приведённый к фанере;

y_o = 0,069м – расстояние от нижней кромки до нейтральной оси;

S_пр.ф^п  =  0,37^.10^{-4 м3} – статический момент верхней обшивки, приведённой к фанере;

S_пр.ф^о  = 3,66^.10^{-4 м3} – статический момент отсеченной выше нейтральной оси части сечения, приведённый к фанере;

h = 0,158м – полная высота панели.

Приведенный момент сопротивления поперечного сечения панели

;

;

2.3 Проверка несущей способности панели

Проверка панели на прочность.

Максимальный изгибающий момент в середине пролета:

М_max=q × l²_p / 8 = 4,23 × 4,43² / 8 = 10,38кН·м.

1) Напряжения в растянутой обшивке:

σ_р = М_max /W_пр =(10,38×10^-3)/(5,7×10^-3) =1,82 МПа < R_фр×m_ф =0,6×14 =8,4МПа.

где m_ф = 0,6 – коэффициент, учитывающий ослабление фанеры в стыке