Расчет конструктивных элементов

Введение

Курсовой проект (КП) по конструкциям из дерева и пластмасс является разновидностью реального проектирования на основе упрощенных исходных данных. Прорабатываются конструкции, конструктивная схема которых зависит от величины перекрываемых пролетов, наличия и размещения промежуточных опор. Рассчитываются: ограждающие конструкции (дощатые настилы, клеефанерные плиты, настилы из пластика, прогоны), балки, фермы-стойки, арки, рамы и другие основные несущие конструкции из дерева и пластмасс зданий общественного и сельскохозяйственного назначения.

Целью курсового проекта является:

-освоение принципов и методики компоновки и конструирования различного вида сооружений с деревянным каркасом с учетом предъявляемых к ним требований эксплуатационного и технико-экономического характера;

-приобретение навыков в выборе расчетных схем сооружений, в решении вопросов, связанных с назначением материала конструкций и ее отдельных элементов, проведении необходимых силовых и конструктивных расчетов для обеспечения необходимой прочности, жесткости и устойчивости как всего сооружения, так и отдельных его элементов;

-приобретение навыков в самостоятельной работе со специальной, нормативной и справочной литературой по конструкциям из дерева и пластмасс;

-освоение методов графического изображения проектируемых конструкций из дерева и пластмасс, как при ручном, так и при компьютерном исполнении.

Темой курсового проекта являются различные сооружения общественного и сельскохозяйственного назначения, включающие в свой состав ограждающие конструкции, несущие конструкции каркаса и связи. К числу таких сооружений относятся спортзалы, кинотеатры, животноводческие здания, склады, крытые стоянки для транспорта и другие.

Курсовой проект состоит из графической части, в которой показывается компоновочное решение сооружения, конструктивное решение его элементов, узлов сопряжений, рабочих чертежей одного из элементов и пояснительной записки к графической части.

При выполнении графической части необходимо руководствоваться указаниями ГОСТ 21.101-79, ГОСТ 21.102-79. Объем графической части курсового проекта – один, полтора листа формата А-1, выполненных в карандаше или с применением компьютерной графики.

Пояснительная записка, объемом 30-40 страниц, к графической части отражает вариантное проектирование, основные конструктивные и силовые расчеты, мероприятия по биозащите и повышению огнестойкости конструкций, указания по их монтажу и транспортировке, основные требования по эксплуатации. Приводится в конце пояснительной записки список использованной литературы.

Настоящие указания содержат рекомендации по компоновке простейших сооружений, выбору расчетных схем для элементов проектируемого сооружения, сбору нагрузок, назначению расчетных сопротивлений, проверке сечений элементов по прочности, устойчивости, жесткости, а так же основные требования по конструктивному оформлению элементов проектируемого сооружения.

Содержание пояснительной записки к курсовому проекту

Введение

Во введении четко и сжато, с учетом проработки специальной литературы, обосновывается необходимость возведения рассматриваемого сооружения с применением конструкций из дерева и пластмасс.

Технико-экономическое сравнение вариантов

Проектирование любого сооружения начинается с назначения компоновочной схемы, в которой принимаются те или иные основные несущие элементы (стойки, ригели, арки, рамы и.т.д.) и ограждающие конструкции. В общем случае, назначение той или иной компоновочной схемы определяется проведением соответствующих технико-экономических расчетов. Сравнение технико-экономических показателей позволяет принимать наиболее экономичный вариант компоновочной схемы.

Основой для проведения расчетов служит техническое задание на проектирование. Оно отражает: расположение и габариты технологического оборудования здания, район строительства, условия эксплуатации.

При назначении компоновочной схемы решают вопросы размещения основных несущих конструкций в плане здания, выбирают схему поперечника здания, устанавливают внутренние габариты здания, назначают генеральные размеры основных конструктивных элементов, решают систему связей и выбирают тип ограждающих конструкций. Учитывая учебные цели данного курсового проекта, габариты здания и генеральные размеры основных несущих элементов (пролет и шаг) задаются в задании на курсовой проект. Определению подлежат пролет ограждающих конструкций и стен, а также шаг прогонов.

Расчетный пролет настила назначают исходя из конструктивных требований к толщине досок настила [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], опыта предыдущего проектирования. На каждой плоскости ограждения должно располагаться целое число пролетов настила. Кроме того, при сквозных несущих конструкциях необходимо стремиться к тому, чтобы действующие на настил нагрузки передавались на узлы с минимальным приложением вне узловой нагрузки. Исходя из этого, пролет настила назначают обычно 0.8-1.5 метра.

Задача 1: определить расчетные пролеты настила покрытия и ограждения стен склада сыпучих материалов. Поперечник здания – рама со стойками из клееной древесины и ригелем в виде треугольной фермы. Высота стоек – 4.8 метра, длинна панели по верхнему поясу фермы 3-4 метра. Исходя из приведенных выше условий, назначаем пролет дощатого настила: покрытия -1,5 метра; ограждения стен – 0,8 метра. Данное решение позволяет в каждой плоскости покрытия расположить целое число пролетов настила, уменьшить количество мест передачи вне узловой нагрузки на ригель.

При применении панелей покрытия расчетный пролет определяется их конструктивными особенностями [3, 7, 8, 9]. В частности, при устройстве кровли из волнистых стеклопластиковых листов, расчетный пролет равен геометрической длине листа минус 200 – 300 миллиметров на нахлестку при стыковании листов.

Расчетный пролет настила определяет шаг прогонов на поперечнике здания. Расчетный пролет прогонов равен шагу поперечных несущих конструкций каркаса.

Пространственную жесткость и неизменяемость как всего здания, так и его отдельных элементов, создают схемы связей в плоскости стен и покрытия. Их компоновка, конструктивное оформление и расчет достаточно подробно рассмотрены практически во всех пособиях по проектированию деревянных конструкций [1, 2, 3, 4, 5, 6, 9].

Используя приведенные рекомендации, можно скомпоновать здание с применением тех или иных несущих и ограждающих конструкций. Однако, нет однозначного ответа на вопрос: а какой вариант рациональнее, экономичнее? Ответ дает проведение технико-экономического сравнения различных вариантов компоновки.

В реальном проектировании при определении технико-экономических показателей принимают во внимание следующее:

-срок службы проектируемого сооружения. Он определяется как протекающим в здании технологическим процессом, так и физическим сроком службы применяемого для конструкции материала с учетом текущих ремонтов.

-типизации и унификация применяемых конструкций. Это требование позволяет привести к минимуму стоимость и трудозатраты на проектирование, изготовление, транспортировку и монтаж конструкций проектируемого сооружения.

-эксплуатационные воздействия, определяющие в конечном итоге физический срок службы конструкций проектируемого сооружения. Экономическая эффективность того или иного варианта проектируемого сооружения оценивается по минимуму приведенных затрат [10].

При выполнении курсового проекта студент должен выбрать рациональную конструкцию с точки зрения ее изготовления, транспортирования и монтажа. Для этого необходимо определить стоимость «в деле» каждого конструктивного элемента проектируемого сооружения. В пояснительной записке приводится оценка экономичности конструкций «в деле» двух-трех вариантов компоновочных решений. За основной принимают вариант с наименьшей стоимостью.

Полная стоимость рассматриваемого варианта сооружения определяется как сумма стоимости «в деле» его отдельных конструктивных элементов:

(1)

где: - стоимость «в деле» ограждающих конструкций, определяемых по [11, 12] или ориентировочно по данным таблицы 1

- стоимость «в деле» прогонов, руб./м²

- стоимость «в деле» основных несущих конструкций (рама, арка, балка и т.д.), руб./м²

Для определения стоимости «в деле» прогонов и основных несущих конструкций необходимо определить расход древесины и металла, идущих на их изготовление. Для определения данных показателей используют коэффициент собственного веса и коэффициент расхода металла . Эти характеристики определяют по данным, приведенным в [1] или другим литературным источникам на проектирования конструкций из дерева и пластмасс.

Расход древесины и металла на основные несущие конструкции определяется следующим образом:

(2)

(3)

(4)

(5)

где - нормативная временная нагрузка на поперечник здания,

- нормативная постоянная нагрузка на поперечник здания от ограждающих конструкций и прогонов, . При определении расхода древесины на прогоны в значении заключают только собственный вес ограждающих конструкций

- коэффициент собственного веса конструкций

- коэффициент расхода металла, %

- собственная масса основных несущих конструкций,

- масса металлических деталей в основных несущих конструкциях,

- пролет основных несущих конструкций, м.

- объемная масса древесины,

Величины нормативных нагрузок временных и постоянных сводятся в таблицу 3. Полученные значения и помещают в таблицу 4.

Таблица 1 - Технико-экономические показатели некоторых типов ограждающих конструкций на (1 горизонтального участка перекрываемой площади)

№ п/п	Тип конструкции	Масса конструкции в кг.	Стоимость руб.
	Деревянный двойной настил с рулонным гидроизоляционным ковром, пролетом 0,8-1,5м.	30,00	5,50
	Деревянный двойной настил с утеплителем из минерального войлока	50,00	6,80
	Деревянный настил, утепленный фибролитом с гидроизоляционным ковром по выравнивающему слою	100,00	9,80
	Деревянное вентилируемое покрытие, утепленное минераловойлочными плитами с рулонным гидроизоляционным ковром	85,00	10,70
	Деревянный настил с гидроизоляционным покрытием из кровельной стали	18,00	10,30
	Ограждение с гидроизоляционным покрытием из обычных асбестоцементных листов по обрешетке из деревянных брусьев	21,00	3,90
	То же с листами усиленного профиля	40,00	8,10
	Асбоцементная панель с деревянным каркасом и утеплителем из минераловатных плит на синтетической связке	68,00	12,50
	Асбоцементные плиты с каркасом из асбоцементных швеллеров и утеплителем из минераловатных плит	55,00	15,40

Продолжение таблицы 1

	Асбоцементные панели пустотные с утеплителем из минераловатных плит	60,00	11,00
	Асбоцементная панель типа "сендвич" со средним слоем из пенопласта	38,00	17,70
	Комбинированная панель с внутренней алюминиевой и наружной асбоцементной обшивкой с утеплителем из минераловатных плит	40,00	12,50
	Клеефанерные панели с деревянными ребрами и утеплителем из минераловатных плит, гидроизоляционный ковер рулонный	42,00	13,20
	То же под асбоцементную кровлю	46,00	11,10
	Алюминиевая панель с утеплителем из пенопласта	16,00	31,40
	Панель из стальных профилированных листов с минераловатным утеплителем	70,00	22,50

Стоимость «в деле» основных несущих конструкций определяется следующим образом:

; (6)

где - расход древесины на основную несущую конструкцию, м³/м

- удельная стоимость «в деле» деревянных элементов, руб/м³

- удельная стоимость «в деле» металлических элементов, руб/кг

и определяют с помощью данных [12, 13] или ориентировочно по таблице 2. Полученные показатели помещают в таблицу 4.

Практическая последовательность определения технико-экономических показателей следующая:

- в пояснительной записке, в разделе технико-экономического сравнения вариантов, схематически изображают принятые для сравнения компоновочные решения: план здания с элементами покрытия, продольный и поперечный разрезы с изображением связей. Масштаб 1: 400 или 1: 500;

- для рассматриваемых вариантов определяют действующие нормативные постоянные и временные нагрузки. Полученные значения помещают в таблицу 3;

- с использованием данных схем и таблицы 3, определяют по приведенным выше формулам, стоимость «в деле» ограждающих конструкций, прогонов, основных несущих конструкций. Полученные данные заносят в таблицу 4.

На основании анализа данных таблицы 4 подбирают наиболее экономичный вариант компоновки, утверждаемый руководителем проекта. Утвержденный вариант принимается для дальнейшей разработки.

Таблица 2 - Коэффициент стоимости «в деле» деревянных и металлических элементов

Конструктивные элементы	Cдр, руб/м3 См, руб/кг
Несущие конструкции, выполненные преимущественно из круглого леса	72,00
Несущие конструкции из чистообрезных бревен	100,00
Несущие конструкции с преимущественным использованием чистообрезных досок	115,00

Продолжение таблицы 2

Несущие конструкции из прямых клеевых блоков прямоугольного двутаврового сечения	140,00
Несущие конструкции из гнутых клееных блоков	82,00
Клеефанерные несущие конструкции с одной стенкой фанеры ФСФ	204,00
Клеефанерные несущие конструкции с двойной стенкой фанеры ФСФ	240,00
Клеефанерные несущие конструкции с одинарной стенкой из фанеры ФБ или ФБА	304,00
Клеефанерные несущие конструкции с двойной стенкой из фанеры ФБ или ФБА	340,00
Металлические элементы из обычного круглого проката	0,20
Металлические элементы с применением листа	0,21
Металлические элементы с применением фасонного проката (уголок, швеллер, двутавр)	0,24
Соединение деревянных элементов с использованием металлических узловых соединений: - с преимущественным применением гвоздей	0,32
- с преимущественным применением болтов	0,55
- с преимущественным применением болтов нормальной точности	0,75

Таблица 3 - Действующие нагрузки

Номер варианта	Нагрузки	Нормативная нагрузка qн, кН/м2	Коэффициент условия работы γн	Расчетная нагрузка qр, кН/м2
Постоянные нагрузки q
	Собственный вес ограждающих конструкций и прогонов, включая утеплитель и гидроизоляционный ковер
	Итого
Временные нагрузки* р
	Снеговая
	Ветровая
	Итого

* Временные нагрузки определяют по СНиП 2.01.07-85.

Таблица 4 - Технико-экономические показатели рассматриваемых вариантов на 1 перекрываемой площади

Показатель	Вариант
Расход древесины на основные несущие конструкции в м3/м2
Расход металла на основные несущие конструкции в кг/м2
Стоимость ограждающих конструкций "в деле" в руб/м2
Стоимость прогонов "в деле" в руб/м2

Продолжение таблицы 4

Стоимость основных несущих конструкций "в деле" в руб/м2
Полная стоимость "в деле" 1 м2 площади здания в руб/м2 (сумма стоимостей основных ограждающих конструкций и прогоно)
Способ изготовления
Степень готовности на монтаж
Прочие показатели

Расчет конструктивных элементов

Принятый вариант – основа для конструирования и расчета ограждающих и основных несущих конструкций.

На основании проработки литературных источников [1, 2, 9, 14, 15, 16, 17] выбираются требуемая порода и категория древесины и изделий из нее, назначается предельная влажность древесины и характер ее обработки, способы соединений, мероприятия по био- и огнезащите, класса стали и способы ее антикоррозионной защиты.

Уточняются действующие временные и постоянные нагрузки. Методика определения действующих нагрузок на здания и величины нормативных значений приведены в [18]. Для каждой рассчитываемой конструкции значения действующих нагрузок сводятся в таблицу, аналогичную таблице 3.

Назначаются расчетные сопротивления древесины и стали. Методика определения данных значений приведена соответственно в [2] и [14].

Руководитель проекта назначает конструктивные элементы и узловые сопряжения, для которых проводятся соответствующие конструктивные и прочностные расчеты.

Расчеты по обоснованию и проверке принятых сечений проводятся в соответствии с требованиями строительных норм и правил [2, 14]. Конструкции из дерева и пластмасс необходимо рассчитывать с учетом требований [19, 20]. Все расчеты ведутся по двум группам предельных состояний: проверке и обеспечении прочности и устойчивости; проверка деформативности конструкций? определение ее прогибов.

Расчет каждой конструкции должен сопровождаться: расчетной схемой с ее обоснованием; определением действующих нормативных и расчетных нагрузок; назначением сечений элементов; проверкой их несущей способности по указанным выше группам предельных состояний.

Обязательному расчету в курсовом проекте подлежат огражда­ющие конструкции; основные несущие конструкции так же как балки, фермы, рамы, стойки, арки, назначенные руководителем курсового проек­та.

Последовательность расчета конструктивных элементов следу­ющая:

- рассчитывают ограждающие конструкции и прогоны. По полу­ченным сечениям уточняют собственный вес ограждающих конструк­ций и прогонов;

- рассчитывают основные несущие конструкции с учетом изме­нившихся значений нагрузок от собственного веса ограждающих конструкций и прогонов.

Ниже приведены основные положения расчета конструктивных элементов, рассматриваемых в различных вариантах курсовых про­ектов.