Экспертиза технического состояния деревянного каркасного однопролетного одноэтажного здания

Курсовая работа

" Экспертиза технического состояния деревянного каркасного однопролетного одноэтажного здания"

1. Исходные данные

1.1 Описание здания

1.2 Условия эксплуатации

1.3 Материалы несущих и ограждающих конструкций

2. Перерасчет конструкций кровли

2.1 Сбор нагрузок на клеефанерную панель покрытия

2.2 Конструкция клеефанерной панели

2.3 Расчетная схема (эксплуатационная)

2.4 Особенности расчета клееного элемента из фанеры с древесиной

3. Проверка несущей способности балки

3.1 Сбор нагрузок на балку

3.2 Проверка прочности по нормальным напряжениям ()

3.3 Проверка прочности по касательным напряжениям ()

3.4 Проверка устойчивости плоской формы деформирования

3.5 Проверка по допустимому прогибу

4. Узел опирания балки на колонну

5. Статический расчет

6. Проверка несущей способности стойки

6.1 Проверка прочности внецентренно-сжатой стойки в плоскости поперечной рамы

6.2 Проверка несущей способности стойки из плоскости рамы (центрально-сжатый элемент)

7. Проектирование узла крепления стойки к фундаменту Заключение Список литературы

1. Исходные данные

1.1 Описание здания Одноэтажное однопролетное каркасное здание с несущими конструкциями из древесины. Поперечный каркас здания представляет собой раму, состоящую из стоек консольно защемленных в фундаменты и ригеля — двускатной балки. Для обеспечения устойчивости сжатых поясов, ригелей и для восприятия горизонтальных ветровых усилий между поперечными рамами на период монтажа установлены связевые фермы и распорки. А во время эксплуатации жесткость обеспечивается клеефанерными плитами и стеновыми панелями.

Назначение здания — Манеж Размеры здания в плане — 24×48 м.

Шаг поперечных рам — 5 м.

Высота помещения — 5,5 м.

1.2 Условия эксплуатации Географическое месторасположение — г. Кемерово Снеговой район — IV

Ветровой район — III

Эксплуатационная влажность помещения — 66%. Здание отапливаемое, температура эксплуатации < С.

Температурно-влажностные условия эксплуатации А2 (табл. 1,[1])

Коэффициент условий эксплуатации (табл. 5, [1])

Коэффициент температуры эксплуатации (п. 3.2 б, [1])

1.3 Материалы несущих и ограждающих конструкции Фанера березовая, пиломатериалы из лиственница сибирская.

Клеефанерная плита покрытия, толщина верхней обшивки — 8 мм, нижней — 6 мм, каркас из 4х досок 50^х200 мм.

Балка двухскатная дощатоклееная, торцевое сечение мм, h=32*50=1600мм, уклон верхнего пояса i=0,12, максимальный суммарный диаметр сучков на длине см — на нижней доске — 32 мм, на верхней доске — 20 мм.

Стойка дощатоклееная, сечение мм, h=32*17=544мм, опорный узел на вклеенных стержнях.

Переходный коэффициент для лиственница сибирская m_п = 1.2

2. Пересчет конструкции кровли

2.1 Сбор нагрузок на клеефанерную панель Таблица 2.1 Нагрузка на плиту покрытия

2.2 Конструкция клеефанерной панели Вид сверху

2.3 Расчетная схема (эксплуатационная)

q = (0,756 + 1,5696)*1,5 = 3,4884 кН/м Приведенное сечение

?_???мм,? ?₂=6мм, h_р = 200 мм ;

Находим центр тяжести сечения:

— статический момент инерции всего сечения

2.4 Особенности расчета клееных элементов из фанеры с древесиной Расчет клееных элементов из фанеры с древесиной следует выполнить по методу приведенного поперечного сечения.

где

— момент инерции сечения, приведенного к фанере;

— момент инерции поперечного сечения фанерных обшивок;

— момент инерции поперечного сечения деревянных ребер каркаса;

— отношение модулей упругости древесины и фанеры.

Проверка прочности нижней растянутой фанерной обшивки плиты

где

— расчетный изгибающий момент, кН*м (см. п. 2.3);

— расчетное сопротивление фанеры растяжению, (табл. 10 [1]);

— коэффициент учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки, m_ф=1(п. 2.4 [1]);

— момент сопротивления поперечного сечения приведенного к фанере:

где

— расстояние от центра тяжести приведенного сечения до внешней грани обшивки, см Условие выполняется Проверка устойчивости верхней сжатой фанерной обшивки

где, при

— расстояние между ребрами в свету,

— толщина фанеры.

>

— расчетное сопротивление фанеры сжатию, (табл. 10 [1])

Условие выполняется.

Проверка верхней обшивки на монтажную нагрузку

где

— изгибающий момент от сосредоточенного груза;

(с коэффициентом перегрузки);

(табл. 6, [1]);

— расчетное сопротивление фанеры изгибу поперек волокон,

(табл. 10 [1]);

Условие выполняется Проверка прочности на скалывание Проверка на скалывание обшивки по шву в месте примыкания ее к ребрам (по)

где

— расчетная поперечная сила;

— статический момент фанерной обшивки относительно Н. О;

— момент инерции сечения, приведенного к фанере,

;

— расчетное сопротивление скалыванию фанеры вдоль волокон наружных слоев, (табл. 10, [1])

— расчетная ширина сечения, которую следует принимать суммарной ширине ребер каркаса,

Условие выполняется Проверка на скалывание ребер каркаса по ()

где

Q = 860 кгс (см. п. 2.4.3.1),

— статический момент сдвигаемой части сечения относительно Н.О., приведенный к древесине

— момент инерции сечения, приведенного к древесине

Условие выполняется

3. Проверка несущей способности балки

3.1 Сбор нагрузок на балку Таблица 3.1 Нагрузки на балку

3.2 Проверка прочности по

Где m_п— Переходный коэффициент, учитывающий породу древесины

m_п = 1,2 (Лиственница сибирская) [табл. 4, [1]];

m_в — Коэффициент, для различных условий эксплуатации конструкций; [табл. 5, [1]] m_в =1;

балка прогиб рама фундамент

m_сл — Коэффициент, изгибаемых элементов, учитывающий толщину слоев; [табл. 8, [1]] ;

m_сл=1+0,007=1,007

m_б — коэффициент, учитывающий высоту сечения, более 50 мм

m_б = 0,8 [табл. 7, [1]].

Условие выполняется

3.3 Проверка прочности по касательным напряжениями Условие не выполняется

3.4 Проверка устойчивости плоской формы изгиба (деформирования)

[п.4.14[1]]

где М максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке l_р;

где W_бр максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваемом участке l_p.

где k_ф коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_p, k_ф =1,13 [тб.2,прил.4 [1]];

k_жМ — Дополнительный коэффициент, учитывающий линейно меняющуюся по длине высоту.

[п.4.14 [1]]

[тб.2,прил.4 [1]]

Условие выполняется

3.5 Проверка по допустимому прогибу В соответствии со СНиП II-25−80, прогибы элементов зданий и сооружений не должны превышать величин оговоренных в п. 4.32. В нашем случае для клееных балок (кроме консольных) предельные прогибы, не должны превышать 1/300.

[п.4.33[1]]

где f_о прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига;

h_ср наибольшая высота сечения (середина пролета);

l пролет балки;

k коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения;

[тб.3,прил.4 [1]]

С — коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.

[тб.3,прил.4 [1]]

Условие выполняется

4. Узел опирания балки на стойку При расчете определяется достаточность площадки опирания на смятие поперек волокон у балки

Где А_см — Площадь площадки опирания балки на стойку

N_А — усилие опирания,

R_см — Расчетное сопротивление балки смятию поперек волокон, местное в узловых примыканиях элементов Условие выполняется Для закрепления в проектном положении конструктивно балку и стойку соединяют двухсторонними накладками.

Конструктивные требования:

Болты — минимально допустимого диаметра d = 12 мм, диаметр отверстия равен диаметру болта плюс 5 мм. Расстояния между осями болтов и до края элементов из условия расстановки болтов.

5. Результаты статического расчета поперечной рамы Сечение ригеля.

А = b*h_x = 0,135*2,39 778=0,32 м²

I =

Сечение стойки, А = b*h_x = 0,135*0,544 = 0,073 м²

I =

Таблица 5.1 Нагрузка на поперечную раму.

Загружение 1 Постоянная нагрузка

q = 1,1*5(м) = 5,5кН/м Загружение 2 Снеговая нагрузка

q = 1,5696*5(м) =7,85 кН/м Загружение 3 Ветровая нагрузка

q_акт = 0,215*5(м) =1,075 кН/м

q_пас = 0,108*5(м) =0,54 кН/м Узловая нагрузка от ветра

q _акт = W_акт*h_тор = 1,075*1,6=1,72кН/м,

q _пас = W_пас*h_тор = 0,54*1,6 = 0,864кН/м Далее расчет производится в программе intab 13, результаты расчета для сечений 1−1,2−2 сведем в таблицу 5.2

Таблица 5.2 Результаты расчетов от загружений 1,2,3

6. Проверка несущей способности стойки В расчетное сочетание усилий для проверки прочности стойки входят все три загружения:

Снег и ветер — временные нагрузки, а при наличии 2-ух временных загружений и более вводится коэффициент сочетаний 0,9, то усилия в нижнем сечении стойки будут равны:

М = М₁ + 0,9 (М₂ + М₃) = 0 + 0,9(0 + 3,21) =- 2,8 кНм;

N = N₁ + 0,9 (N₂ + N₃) =-32,7 +2,42+ 0,9(-43,85 + 0) = -69,75кН;

— собственный вес стойки.

6.1 Проверка прочности внецентренно-сжатой стойки в плоскости поперечной рамы

(ф.28 [1]),

где — площадь расчетного сечения нетто;

— изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок:

(ф.29 [1]),

где — изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продольной силы;

— коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента:

(ф.30 [1]),

где — коэффициент, продольного изгиба:

(ф.8 [1])

А = 3000 — для древесины,

;

;

;

— условие выполняется.

6.2 Проверка несущей способности из плоскости рамы Проверка по прочности

(ф.5 [1]),

— смотри п. 6.1:

— условие выполняется.

Проверка на устойчивость — смотри п. 6.1:

(ф.8 [1])

А = 3000 — для древесины,

;

— условие выполняется.

7. Проектирование крепления стойки к фундаменту Узел запроектирован с применением ж/б элемента, прикрепленного к колонне, на вклеенных стержнях.

В расчетное сочетание усилий для расчета узла войдут только два загружения: постоянная и нагрузка от ветра:

М = М₁ + М₃ =0 + -3,21 =-3,21 кНм

N = N₁ + G+ N₃ = -32,7 + 2,42+ 0 = -30,28кН Определяют напряжения на поверхности фундамента при действии M и N. Вычисляют длины участков эпюры Определение длины участков эпюры:

.

Равнодействующая напряжений смятия по подошве колонны равна площади эпюры ?_max:

D = 0,5* X *?_max=0,5 * 0,447 * 682,3 = 152,49кН Деревянная стойка проверяется на смятие по краевым напряжениям ?_max: R_см =1500 кН/м² — смятие вдоль волокон элемента прямоугольного сечения (табл.3 [1]);

;

1944 — условие выполняется.

Расчет вклеенных стержней:

M — N*a — N_a*e = 0

e = h_н — X/3 — S; S2d — расстояние между осями вклеенных стержней до наружных граней.

Принимаем S = 105 мм, тогда е = 0,544 -0,447/3- 0,105=0,29 м;

Вклеенные стержни крепления добавочного бетонного элемента к деревянной стойке рассчитывается на усилие N_а:

В качестве вклеенных стержней применяют арматуру периодического профиля диаметром 12…25 мм.

Расчетная несущая способность одного стержня на выдергивание/ продавливание равна:

Т = R_ск *? *(d+0,005) *l *k_с(ф.59 [1]),

где d — диаметр стержня, м;

R_ск* - расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон с учетом всех коэффициентов условий работы, кН/м²;

l — длина вклеенной части стержня, м;

k_с=1,2−0,02(l/d) — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня (ф.60 [1]), конструктивные ограничения:

l 10d — длина вклеенной части не менее,

l 30d — в расчете учитывается длина вклеенной части Принимаем l = 0,12 м.

Диаметром стержней и количеством стержней в одном ряду задаются исходя из возможности их расстановки в сечении: d = 12 мм, n = 1.

где — переходный коэффициент, учитывающий породу древесины (табл. 4 [1]), =1,2;

— коэффициент, учитывающий условия эксплуатации (табл. 5, [1]), =1;

— коэффициент, учитывающий температуру эксплуатации (п. 3.2, б, [1]), =1;

— коэффициент, учитывающий вид нагрузки, (табл. 6, [1]), =1,2;

k_с=1,2 — 0,02(l /d) = 1,2 — 0,02(0,12/0,012) = 1

Т = R_ск *? *(d+0,005) *l *k_с= 3024*3,14*(0,012 +0,005)*0,12*1=19,37кН Проверяют несущую способность вклеенных стержней:

n*T = 1*19,37 кН N_a = 1,77 кН — условие выполняется.

Заключение

Анализируя проделанные вычислениям делаем вывод что при соблюдении следующих рекомендаций, конструкцию можно эксплуатировать:

1. Необходимо усилить конструкцию балки, т.к. условие прочности по касательным напряжения не выполняется По другим пунктам расчета, все конструкции рассчитаны заделом прочности, нарушений выявлено не было.

1. СНиП II-25−80 — Деревянные конструкции

2. СНиП 2.01.07−85 — Нагрузки и воздействия

3. Конструкции из дерева и пластмасс. Под ред. Карлссена М.1986

4. Р. Л, Маилян Строительные конструкции. М. 2004