`Конструкции из дерева и пластмасс` для

Федеральное агентство по образованию
Ульяновский государственный технический университет
КОНСТРУКЦИИ ГРАЖДАНСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Методические указания
к курсовой работе «Конструкции из дерева и пластмасс»
для студентов специальности 27030265
«Дизайн архитектурной среды»
Ульяновск
2006
1
Федеральное агентство по образованию
Ульяновский государственный технический университет
КОНСТРУКЦИИ ГРАЖДАНСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Методические указания
к курсовой работе «Конструкции из дерева и пластмасс»
для студентов специальности 27030265
«Дизайн архитектурной среды»
Составитель: В.В.Карсункин
Ульяновск
2006
2
УДК 624.012.35: 46(076)
ББК
Конструкции гражданских и промышленных зданий: Методические указания к
курсовой работе
«Конструкции из дерева и пластмасс»
для студентов специальности
27030265 «Дизайн архитектурной среды»/Составитель В.В.Карсункин. – Ульяновск: УлГТУ,
2006. - 16 с
Методические указания к курсовой работе «Конструкции из дерева и пластмасс» разработаны в
соответствии с учебным планом специальности «Дизайн архитектурной среды». В указаниях изложены
особенности расчета и конструирования элементов покрытия из дерева и пластмасс.
Ил. 1. Библиогр.: 6 назв.
Работа подготовлена на кафедре "Строительные конструкции".
Рецензент эам.директора Средневолжского филиала
НИИОМТП Е.Ф.Сидоров
Одобрено секцией методических пособий
научно-методического совета университета
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4
1. ТЕМАТИКА, СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА.............. 4
2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПАНЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЯ ....................................................... 5
2.1 Общие указания......................................................................................................................................... 5
2.2 Методика и основные положения расчета ............................................................................. 7
3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
НЕСУЩИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ...................................................... 10
3.1. Общие указания ..................................................................................................................................... 10
3.2 Методика и основные положения расчета ........................................................................... 11
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...................................................................... 15
Методические указания ...................................................................................... 16
4
ВВЕДЕНИЕ
Работа над курсовым проектом по дисциплине «Конструкции из дерева и
пластмасс» преследует цель закрепить у студентов теоретические знания,
полученные в процессе изучения курса, привить навыки в расчете и
проектировании
конструкций
из
дерева
и
пластмасс,
подготовить
к
самостоятельному решению конкретных инженерных задач.
Предлагаемые методические указания (МУ) направлены на повышение
качества выполнения курсового проекта, развитие навыков работы с учебной,
нормативно-технической и справочной литературой. При этом учитывается тот
факт, что к моменту выполнения данного курсового проекта студенты освоили
ряд технических наук, таких как сопротивление материалов, архитектура,
строительные материалы.
Необходимо отметить, что МУ не являются готовым руководством по
выполнению конкретного курсового проекта. В них даются лишь общие
принципы проектирования конструкций и порядок выполнения проекта.
1. ТЕМАТИКА, СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Для курсового проектирования студентам выдается задание на разработку
общественного, промышленного, сельскохозяйственного и т. п. здания. Несущие
конструкции и конструкции покрытия решаются из клееной древесины и
пластмасс.
Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки (20–25
страниц) и 1 листа чертежей формата А1.
Расчетно-пояснительная записка должна содержать все исходные данные
проекта, обоснование выбора типа конструкций, конструкционных материалов,
действующие нагрузки. В записке должны быть отражены все этапы
проектирования и расчета ограждающих и несущих конструкций в соответствии
с действующими нормами, проиллюстрированные необходимыми схемами и
5
эскизами. В записке необходимо отразить соображения по изготовлению,
монтажу и защите разрабатываемых конструкций.
На чертеже в соответствии с ЕСКД необходимо изобразить конструкции и
их основные элементы, привести спецификацию, особо важные примечания и
требования.
.
2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАНЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЯ
2.1 Общие указания
Плиты покрытия на деревянном каркасе применяются в отапливаемых
зданиях с наружным отводом воды сельскохозяйственного, промышленного,
гражданского и транспортного назначения в районах с расчетной температурой
наружного воздуха до -50°. Они могут применяться также и для покрытия
неотапливаемых зданий, если в них отсутствует интенсивное парообразование.
Рекомендуемые размеры плит: ширина 1,2–1,5 м; высота 1/32–1/20 пролета;
длина до 6 м при опирании на несущие конструкции, расположенные вдоль
здания, при двухскатных и односкатных кровлях длина их может быть до 9–12 м.
Плиты состоят из несущего каркаса, обшивок, утеплителя и пароизоляции.
Утепленные плиты имеют верхнюю и нижнюю обшивки, неутепленные – только
верхнюю.
Каркас плит покрытия состоит из продольных ребер, торцовых ребер, а в
панелях длиной более 3 м также и поперечных ребер. Расстановку ребер
производят с учетом местного изгиба обшивки от действия основной и
монтажной нагрузки и ее местной устойчивости от действия сжимающих усилий.
Обычно шаг продольных ребер 0,4–0,5 м. Шаг поперечных ребер зависит от
длины материала обшивки (обязательная постановка под стыки обшивки), но не
менее 0,75 м. Минимальная ширина ребер назначается из условий обеспечения
необходимой надежности клеевого соединения с обшивками.
Ребра из цельной или клееной древесины выполняют из древесины хвойных
6
пород, удовлетворяющей требованиям для второго сорта в соответствии со
СНиП [1]. Расчетные сопротивления древесины также принимаются в
соответствии с указаниями соответствующих глав СНиП [1].
В фанерных элементах каркаса должна применяться водостойкая фанера
ФСФ, заготовленная из березового или лиственного шпона. Для обшивок плит
могут применяться различные материалы. Фанерные обшивки плит покрытия
должны изготавливаться из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта не ниже В/ВВ
или из бакелизированной фанеры марки ФСБ толщиной не менее 6 мм в
растянутой зоне и не менее 8 мм
–
в сжатой. Стыки обшивки осуществляются
«на ус» с длиной «уса» 8–10 толщин фанеры, а также посредством зубчатого
клеевого соединения по II группе соединений с шагом 10 мм.
Использование в качестве обшивок синтетических пластмасс наиболее
целесообразно при изготовлении светопроницаемых плит покрытия. Основными
материалами
служат:
полиэфирный
стеклопластик,
органическое
стекло
(полиметилметакрилат), светопрозрачный поливинилхлорид – винипласт.
Светопрозрачные листы крепятся к каркасу с помощью клея, болтов или
шурупов. Постановка металлических связей должна обязательно осуществляться
через прокладку для обеспечения равномерного усилия прижима.
Конструкция
плит
покрытия
должна
отвечать
определенным
теплотехническим требованиям. Теплотехнический расчет производится на
основании соответствующих глав СНиП [2].
Надежная работа конструкций в этом плане обеспечивается правильным
расположением тепло- и пароизоляционных материалов. Здесь должно
выполняться
следующее
правило:
расположение
материалов
должно
обеспечивать постоянность падения упругости водяных паров воздуха,
проходящих через толщу конструкций в направлении от более высоких
температур воздуха помещений к более низким температурам наружного
воздуха.
Поэтому
наиболее теплопроводные материалы располагают у
внутренней поверхности ограждения, далее
–
в порядке падения степени их
теплопроводности. Пароизоляция располагается у внутренней поверхности, т. е.
7
со стороны более высоких температур.
Практически все утепленные плиты покрытия с деревянным каркасом
относятся к сгораемым и могут быть применены для зданий и сооружений III и
IV степени огнестойкости с пределами огнестойкости 0,25–0,5 часа в
зависимости от материала обшивки.
2.2 Методика и основные положения расчета
Расчет плит покрытия и панелей стен производится на основе требований
СНиП [1] по двум предельным состояниям:
– по
несущей способности на действие расчетных нагрузок;
– по
деформациям на действие нормативных нагрузок.
Плиты перекрытия рассчитываются на следующие нагрузки: постоянные от
собственного веса и временные от веса снегового покрова. Кроме того, верхнюю
обшивку рассчитывают на местный изгиб от сосредоточенного груза Р = 1 кН с
коэффициентом перегрузки 1,2 (вес человека с грузом). Расчетная схема при этом
зависит от способа крепления обшивки к ребрам плиты.
Панели стен рассчитываются на эксплуатационные нагрузки, равные весу
рассчитываемой и вышележащей панели и ветровой нагрузки с учетом
аэродинамических коэффициентов. Кроме того, стеновые панели рассчитываются
на монтажные нагрузки.
Последовательность и правила приложения нормативных и расчетных
нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями СНиП [3].
При расчете плит покрытия с применением древесины и древесных
материалов фактическое поперечное сечение плиты заменяется приведенным.
Приведение осуществляется к наиболее напряженному материалу
–
материалу
обшивок. Коэффициент приведения осуществляется по формуле
η = Е р / Еоб ,
где Ер и Еоб
– соответственно
(2.1)
модули упругости ребра (древесины) и обшивки
8
(фанеры, ДВП, пластика и др.)
Приведенное сечение плиты с двумя обшивками изображено на рис. 2 1.
Геометрические характеристики такого сечения определяются по общим
правилам сопротивления материалов как для составного сечения.
Рис. 2.1 Схема приведенного сечения плиты покрытия с деревянным каркасом и двумя
обшивками
Прочность растянутой обшивки определяется по формуле
σ р = М у / I ПР > kф Rф. р ,
0
(2.2)
где Rф. р – расчетное сопротивление фанеры растяжению;
kф – коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках
фанерной обшивки, принимаемый в соответствии с требованиями СНиП [1];
I ПР – приведенный момент инерции сечения,
y0 – координата нейтральной оси относительно нижней грани сечения,
M – расчетный изгибающий момент.
Проверка напряжений в крайних растянутых волокнах материала ребер
производится по формуле
σ g = [M ( y0 − δ H )η ] / I ПР < RИ
где δ Н – толщина нижней обшивки;
RИ – расчетное сопротивление материала ребра изгибу.
(2.3)
9
Устойчивость сжатой обшивки проверяется по формуле
σ с = M / WПРϕф < Rф.с
(2.4)
где WПР – момент сопротивления приведенного сечения;
ϕф
–
коэффициент продольного изгиба, определяемый по правилам
строительной механики;
Rф.с – расчетное сопротивление фанеры сжатию.
Проверка верхней обшивки на местный изгиб от сосредоточенной
монтажной нагрузки Р = 1,2 кН производится как для балки шириной 100 см,
защемленной на опорах (в местах прикрепления к ребрам плиты) по формуле
σ И = М / W < RФ.И k Н
(2.5)
W = bδ / 6 – момент сопротивления верхней обшивки ( δ – толщина
где
обшивки);
k Н – коэффициент, учитывающий кратковременность нагрузки;
RФ.И – расчетное сопротивление изгибу фанеры поперек волокон. Прочность
на скалывание материала ребер проверяется по формуле
τ = (QS ) / (I ПРbрас ) < RСК
(2.6)
где Q – расчетная поперечная сила,
S
–
статический момент сдвигаемой части сечения относительно
нейтральной оси;
bрас – расчетная ширина сечения, принимаемая равной суммарной ширине
ребер панели,
RСК – расчетное сопротивление древесины скалыванию.
Прогиб плиты определяется по формуле
10
(
)
f = 5 g H L4 k ДЛ / (384 ЕФ I ПР )
(2.7)
где g Н – нормативное значение нагрузки;
L
– пролет
плиты;
k ДЛ – коэффициент, учитывающий прирост прогиба конструкции в процессе
эксплуатации, вследствие снижения модуля упругости материала и ползучести
клеевых соединений;
ЕФ модуль упругости фанеры.
3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕСУЩИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. Общие указания
Проектирование и расчет несущих деревянных конструкций осуществляется
в соответствии со СНиП [1], а также специальной нормативно-технической
документацией.
Для несущих деревянных конструкций следует применять массивные
клеедеревянные и цельнодеревянные элементы преимущественно прямоугольного
сечения, в связи с их технологичностью и огнестойкостью.
Напряжения и деформации от изменения температуры древесины, явлений
усушки или разбухания вдоль волокон не учитываются. При пролетах более 30 м
одна из опор делается подвижной.
Не допускается ослабление на кромках в растянутых и изгибаемых
элементах. Стыки растянутых элементов должны быть совмещены в одном
сечении и перекрыты накладками на стальных цилиндрических нагелях.
Конструкции стыков в растянутых элементах должны обеспечивать осевую
передачу усилий.
Элементы деревянных конструкций должны быть сцентрированы в узлах,
11
стыках, опорах. Эксцентрическое соединение допускается только в случае, если
оно уменьшает действующий в расчетном сечении изгибающий момент.
Площадь поперечного сечения нетто деревянных элементов сквозных
несущих конструкций должна быть не менее 50 см2, а также не менее
0,5 полной площади сечения брутто при симметричном ослаблении и 0,67 –
при несимметричном.
Собственный вес конструкции при расчете определяется по формуле
H
g CB
=
g H + pH
(1000 / kCB L) − 1
(3.1)
где g H и pH– постоянная и временная нормативные нагрузки;
L - пролет конструкции;
k СВ – коэффициент собственного веса, принимаемый по справочникам.
3.2 Методика и основные положения расчета
Многообразие видов несущих деревянных конструкций и большие объемы
расчетных формул не позволяют в пределах настоящих МУ привести подробное
описание их расчетов. Подобные описания приведены в нормативно-технической,
справочной и учебной литературе [4, 5, 6]. Ниже приведены основные требования
и расчетные соотношения для наиболее распространенных типов несущих
деревянных конструкций.
Балки
Для покрытий зданий и сооружений рекомендуются клеедеревянные балки
(дощатоклееные и клеефанерные) и балки из цельной древесины на
пластинчатых нагелях.
Дощатоклееные балки применяются для пролетов до 18 м. Высота балок
назначается не менее 1/15 пролета.
Расчет дощатоклееных балок на прочность по нормальным напряжениям
следует проводить в соответствии с п. 4.9 СНиП [1].
Для балок с относительной высотой h/L > 1/10 необходима, кроме того,
проверка прочности по главным растягивающим напряжениям. Проверка
12
проводится на нейтральном слое на расстоянии от оси опорной площадки х =
0,9ho для балок постоянной высоты и x = 1,1ho – для балок переменной высоты.
Проверка осуществляется по формуле 44 [4].
Расчет клеефанерных балок проводится по методу приведенного сечения по
указаниям [1] в части особенностей расчета клееных элементов из фанеры с
древесиной. При этом значение модуля упругости фанеры вдоль волокон
наружных слоев (табл. 11 [1]) следует повышать на 20 %. Проверку прочности по
нормальным краевым, максимальным скалывающим и главным растягивающим
напряжениям следует производить в соответствии с указаниями тш 4 28-4 30 [1].
При этом Rôð α умножается на коэффициент ò ô = 0,8 , учитывающий снижение
расчетного сопротивления фанеры.
Фермы
В покрытиях зданий и сооружений следует применять однопролетные фермы
Рекомендуемые типы и схемы ферм приведены в табл. 1 [4].
Проектирование ферм следует выполнять в соответствии с пп. 6.21 – 6.24 [1].
Осевые усилия и перемещения в элементах ферм допускается определять в
предположении шарниров в узлах. Расчетные значения усилий определяются в
поясах и элементах решетки всех типов ферм от действия постоянной и снеговой
нагрузки по всему пролету, а также от действия постоянной нагрузки по всему
пролету и снеговой на половине пролета.
Расчет верхнего пояса на прочность рекомендуется производить согласно
требованиям раздела 4 [4]. Расчетную длину сжатых элементов ферм при расчете
на устойчивость следует принимать по п. 4.21 и 6.23 [1].
При внецентренном креплении элементов решетки к растянутому нижнему
поясу необходимо учитывать возникающие в нем изгибающие моменты и
рассчитывать его на внецентренное растяжение.
Арки
Гнутоклееные деревянные арки, как правило, следует проектировать
кругового очертания постоянного прямоугольного сечения с отношением стрелы
подъема к пролету свыше 1/6 и ширины к высоте сечения 1/8.
13
Очертание стрельчатых трехшарнирных арок определяется из условий
обеспечения заданного внутреннего габарита здания; при этом стрелу подъема
полуарок рекомендуется принимать 1/12–1/15 длины хорды полуарки.
Рекомендуемые схемы, пролеты и другие геометрические параметры арок
представлены в табл. 1 [4].
Расчет и проектирование арок следует производить по правилам
строительной механики и в соответствии с пп. 6.25–6.27 [1].
Расчет арок на прочность производится при следующих сочетаниях нагрузок:
А. В пологих арках (f<l/3L ):
–
расчетная постоянная и снеговая нагрузки на всем пролете и временная
нагрузка от подвесного оборудования:
–
расчетная постоянная нагрузка на всем пролете, односторонняя снеговая
нагрузка на половине пролета и временная нагрузка от подвесного
оборудования;
–
расчетная постоянная нагрузка на всем пролете, односторонняя снеговая
нагрузка, распределенная по треугольнику на половине пролета, и временная
нагрузка от подвесного оборудования;
Б. В стрельчатых арках (f >l/3L ):
–
расчетная постоянная и снеговая нагрузки на всем пролете и временная
нагрузка от подвесного оборудования;
–
расчетная постоянная нагрузка на всем пролете, односторонняя снеговая
нагрузка на половине пролета и временная нагрузка от подвесного
оборудования;
– ветровая
нагрузка с постоянной и остальными временными нагрузками.
Расчетным сечением арки для каждого сочетания нагрузок при расчете на
прочность является сечение с наибольшим изгибающим моментом, для
которого
определяется
также
нормальная
сила.
Проверка
нормальных
напряжений в нем от сжатия с изгибом производится в соответствии с пп.
6.256.27 [1].
Рамы
14
Дощатоклееные рамы могут применяться в зданиях с утепленными или
неутепленными ограждающими конструкциями из плит или прогонов с
рулонными, асбестоцементными или другими кровлями.
Расчет рам производится по правилам строительной механики с учетом
требований пп. 4.17, 4.18, 6.28–6.30 [1] для следующих схем загружения:
– постоянная
и снеговая нагрузки на всем пролете,
– постоянная
на всем пролете и снеговая на половине пролета,
– по
двум предыдущим схемам с добавлением ветровой нагрузки.
В трехшарнирных рамах со стойками высотой до 4 м расчет на ветровую
нагрузку не производится.
Проверку нормальных напряжений следует производить в карнизном узле
для трехшарнирных рам ломаного очертания и в месте максимального момента
криволинейной части для гнутоклееных рам. В других сечениях ригеля и стойки
проверка нормальных напряжений не требуется. Если высота сечения ригеля в
коньке составляет более 30 % от высоты сечения ригеля в карнизном узле, а
высота стоек рам в пяте – свыше 40 % от высоты в карнизном узле.
15
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП Ц-25–80 Деревянные конструкции. Нормы проектирования.
–
М.:
Стройиздат, 1982.
2. СНиП И-3–79* Строительная теплотехника. Нормы проектирования. – М.:
Стройиздат, 1980.
3. СНиП 2.01.07– 85 Нагрузки и воздействия. – М: Стройиздат, 1987.
4. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25–80) /
ЦНИИСКим. В. А. Кучеренко. М.: Стройиздат, 1986.
5.
Конструкции из дерева и пластмасс: учебник для вузов / под ред.
Г. Г Карлсена 2-е гад.
–
М.:Стройиздат, 1986.
6. Зубарев А. В. Конструкции из дерева и пластмасс: учебное пособие. /
А. В. Зубарев. -М: Высшая школа, 1990
16
Конструкции гражданских и промышленных зданий
Методические указания
к курсовому проекту «Конструкции из дерева и пластмасс»
для студентов специальности 27030265 «Дизайн архитектурной среды»
Составитель: Карсункин Владимир Викторович
Редактор:
Подписано в печать
Бумага писчая. Усл. печ. л.
Формат 60×84/16
Уч.-изд.л.
Тираж 100 экз.
Ульяновский государственный технический университет,
432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.
Типография УлГТУ, 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.