Скачать .docx  

Курсовая работа: Проектирование хоккейного стадиона

Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра Строительных Конструкций

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему «Проектирование хоккейного стадиона»

Выполнил:

Семёнов К.В.

Проверил:

Фаизов И.Н.

Пермь 2009


Задание на проектирование

Рис. 1 - Геометрическая схема конструкции

Таблица 1 - Задание

Наименование величин

Н

№ схемы

2 (Хоккейный стадион)

Е

Место строительства

г. Соликамск

С

Шаг конструкций

3,5 м

Т

Расчетный пролет

18 м

Е

Высота

f/l= 1/2

Р

Длина здания

55 м

О

Тип панели покрытия

Асбестоцемент

В

Средний слой панели

Пенополиуретан


1. Компоновка плиты

Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,5 м.

Ширина плиты принимается равной ширине плоского асбестоцементного листа по ГОСТ 18124 – 1,5 м. Толщина листа – 10 мм.

Асбестоцементные листы крепятся к деревянному каркасу шурупами диаметром 5 мм и длиной 50 мм через предварительно просверленные и раззенкованные отверстия.

Высота плиты h

Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер.

Ребра принимаем из ели 2-го сорта.

Толщину ребер принимаем 50 мм.

По сортаменту принимаем доски 50*150 мм.

После острожки кромок размеры ребер 50*145 мм.

Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 50 см.

Поперечные ребра принимаются того же сечения, что и продольные и ставятся в местах стыков асбестоцементных листов. листы стыкуются на «ус». Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра. Пароизоляция – окрасочная по наружной стороне обшивки.

Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза.

Вентиляция в плитах осуществляется вдоль плит через вентиляционные отверстия в поперечных ребрах.

1.1 Теплотехнический расчет плиты

Место строительства: г. Соликамск

Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92:

text =-37°С;

Средняя температура наружного воздуха отопительного периода:

tht =-6,7°С;

Продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой ≤8°С: zht =245 суток;

Расчетная средняя температура внутреннего воздуха: tint =12°С;

Зона влажности: 3 (сухая);

Влажностный режим помещений: влажный (75%);

Условия эксплуатации: Б (нормальный);

Расчетные формулы, а также значения величин и коэффициентов приняты по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Наименование слоя

Рулонный ковёр (2 слоя рубероида)

600

0,010

0,17

0,059

Асбоцементный лист

1800

0,010

0,52

0,019

Пенополиуретан ТУ 67-87-75

40

Х

0,04

Асбоцементный лист

600

0,010

0,52

0,019

Принимаем толщину утеплителя 80 мм.

1.2 Сбор нагрузок на плиту (кН/м2 )

Сбор нагрузок выполняем в табличной форме:

N п/п

Наименование нагрузки

Единицы измерения

Нормативная нагрузка

gf

Расчетная нагрузка

I

Постоянные:

1

Кровля 2 слоя рубероида

кН/м2

0,100

1,3

0,130

2

Собственный вес продольных ребер:

кН/м2

0,098

1,1

0,108

3

Собственный вес поперечных ребер:

кН/м2

0,033

1,1

0,036

4

Верхняя и нижняя обшивки из асбоцементного листа:

кН/м2

0,36

1,1

0,396

5

Утеплитель: Пенополиуретан

кН/м2

0,032

1,2

0,038

ИТОГО: qпокр

кН/м2

0,623

0,708

II

Временные:

кН/м2

3,91

5,58

6

Снеговая

7

Ветровая

кН/м2

кН/м2

0,105

1,4

0,147

ВСЕГО q

кН/м2

4,638

6,435

1.3 Снеговая нагрузка

Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле

Sg =3,2 кН/м2 – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли (г. Соликамск – V снеговой район);

Схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента m принимаем в соответствии с приложением 3 СНиП Нагрузки и воздействия [1], при этом промежуточные значения коэффициента m определяем линейной интерполяцией (рис. 2).

Рис. 2 - Схема распределения снеговой нагрузки

m1 = cos 1,8a;

m2 = 2,4 sin 1,4a,

где a - уклон покрытия, град

sin 50 = l1 /R =>

l1 = R ∙ sin 50= 9000∙ 0,766= 6900 мм ≈ 7000 м

sin a = 6000/9000=0,667; a=42о ; m1 = cos (1,8∙42) = 0,25; m2 = 2,4 sin (1,4∙42) = 2,05;

sin a = 4000/9000=0,444; a=26о ; m1 = cos (1,8∙26) = 0,67; m2 = 2,4 sin (1,4∙26) = 1,44;

sin a = 2000/9000=0,667; a=13о ; m1 = cos (1,8∙13) = 0,92; m2 = 2,4 sin (1,4∙13) = 0,74;

1.4 Ветровая нагрузка

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли

w 0 = 0,30 нормативное значение ветрового давления;

(г. Соликамск – II ветровой район)

k = 1,0 (z = 9 м)– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности;

(местность тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями)

Высота z , м

£ 5

10

Коэффициент k

0,5

0,65

с e - аэродинамический коэффициент внешнего давления, принимаем по обязательному приложению 4 СНиП Нагрузки и воздействия [1], где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов с e соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак «минус» - от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

gf – коэффициент надежности по нагрузке. gf = 1,4

Ветровую нагрузку находим на двух участках

1 участок - ;

2 участок -

На каждом участке находим средний коэффициент:

- протяженность участка с однозначной эпюрой на определенном участке.

- тангенс угла наклона эпюры ветрового давления на участке с однозначной эпюрой (рис. 3).

;

;

;

;

;


Рис. 3 - Схема аэродинамических коэффициентов и коэффициентов k

Расчетное значение ветровой нагрузки

;

;

;

1.5 Статический расчет

Наиболее нагруженными являются два промежуточных ребра, так как нагрузка, воспринимаемая ребром, собирается с двух полупролетов справа и слева от ребра (рис. 4).

Рис. 4 - Поперечное сечение плиты


Ширина площадки опирания на верхний пояс несущей конструкции 8 см, расчетный пролет плиты: .

Плита рассчитывается как балка на 2-х опорах.

Равномерно распределенная нагрузка на расчетное среднее ребро равна

= 6,435·0,48 = 3,09 кН/м2 ;

Расчетный изгибаемый момент: ;

Поперечная сила: ;

1.6 Определение геометрических характеристик расчетного сечения плиты

Расчет конструкции плиты выполняем по методу приведенного поперечного сечения в соответствии с п.4 СНиП 2.03.09-85 Асбоцементные конструкции [1].

В соответствии с п. 4.3 [1] для сжатых обшивок принимаем часть обшивки, редуцируемой к ребру:

= 18 см, с двух сторон – 36 см;

= 25 см, с двух сторон – 50 см, т.е. сечение получается несимметричным (рис. 5).

Рис. 5 - Расчетное сечение плиты


Отношение модуля упругости обшивки к модулю упругости каркаса равно:

na = = =(1,4·104 )/(1·104 ) = 1,4.

Определяем положение нейтральной оси сечения по формуле без учета податливости соединений ребер каркаса с обшивками

Отношение модуля упругости обшивки к модулю упругости каркаса равно:

= =(1,4·104 )/(1·104 ) = 1,4.

Y о =(19,5·6·(19,5/2+1)+1,4·36·1·(19,5+1+1/2)+1,4·50·1·0,5)/[19,5·6+(36+50)·1,4]=9,90 см.

Определяем моменты инерции каркаса и обшивок.

Собственный момент инерции каркаса

= 6·19,53 /12 = 3707 см4 .

Момент инерции каркаса относительно найденной нейтральной оси

= 3707 + 19,5·6· (19,5/2+1 – 9,9)2 = 3792 см4 .

Моменты инерции обшивок относительно нейтральной оси:

= [36·13 /12 + 36(1+19,5+0,5 – 9,9)2 ]1,4 = 6214 см4 ;

= [50·13 /12 + 50(9,9 –0,5)2 ]1,4 = 6191 см4 .

Суммарный момент инерции сечения:

= 3792 + 6214 + 6191 = 16197 см4 .

Шурупы в плите расставлены с шагом 200 мм, т.е. =9 – число срезов шурупов на половине пролета (3500/(2·200)=8,75).

Статические моменты относительно нейтральной оси будут равны:


= 36(1+19,5+0,5 – 9,9)1,4 = 559,4 см3 ;

= 50(9,9 – 0,5)1,4 = 658 см3 .

Определяем коэффициент податливости соединений т ( = 1 шурупы из стали, = 62·10-5 при диаметре шурупов 0,4 см):

Определяем :

т > , т.е. для расчета прочности каркаса принимаем т = =0,194;

для расчета прочности обшивок принимаем т = 0,44.

Положение нейтральной оси определяем с учетом коэффициента податливости соединений ребер каркаса с обшивками при т = 0,44, т.е. при т для определения напряжений в обшивках.

Определяем положение нейтральной оси:

см.

Моменты инерции будут равны:

= 3707 + 19,5·6·(19,5/2+1 – 10,2)2 = 3742 см4 ;

= [36·13 /12 + 36·(1+19,5+0,5 – 10,2)2 ]·l,4 = 5883 см4 ;

= [50·13 /12 + 50·(10,2 – 0,5)2 ]·1,4 = 6592 см4 .

Для определения напряжений в ребре каркаса положение нейтральной оси определяем при = 0,194:


см.

Моменты инерции:

= 3707 + 19,5·6·(19,5/2+1 – 10,5)2 = 3711 см4 ;

= [36·13 /12 + 36(1+19,5+0,5 – 10,5)2 ]l,4 = 5561 см4 ;

= [50·13 /12 + 50(10,5 – 0,5)2 ]1,4 = 7723 см4 .

= 3711 + 0,442 (5561 + 7723) = 6283 см4 .

1.7 Напряжение в ребре каркаса и обшивках

Определяем коэффициент для определения напряжений в обшивках:

Определяем напряжения в обшивках:

в нижней обшивке

кН/см2 ;

в верхней обшивке

кН/см2 ;

Определяем напряжения в каркасе.

Определяем коэффициент :

В растянутой зоне ребра


кН/см2

В сжатой зоне ребра

кН/см2

Статический момент относительно сдвигаемого сечения равен

= 50·1,4(10,5– 0,5) + 6·9,5·4,75 = 970,75 см3 .

Приведенный момент инерции равен:

= 3711 + 0,1942 · (5561+7723) = 4211 см4 ;

= (5,28·970,75)/(4211·6) = 0,145 кН/см2 .

1.8 Проверка прочности элементов плиты

Прочностные показатели материалов

В соответствии с ГОСТ 18124 – 75* первый сорт прессованного асбестоцементного плоского листа имеет временное сопротивление изгибу 23 МПа. Временное сопротивление изгибу для расчета плиты, равное 23•0,9 = 20,7 МПа. Принимаем значения расчетных сопротивлений асбестоцемента, соответствующие временному сопротивлению изгиба 20 МПа (Rc = 30,5 МПа, Rt = 8,5 МПа и Rst = 14,5 МПа).

Расчетные сопротивления следует умножить на коэффициент условия работы

Тогда = 3,05·0,7 = 1,83 кН/см2 ;

= 0,85·0,7 = 0,6 кН/см2 ;

= 1,45·0,7 = 1,5 кН/см2 .

Определение расчетных сопротивлений каркаса и производится по СНиП II–25–80 "Деревянные конструкции" для древесины II категории расчетное сопротивление древесины вдоль волокон сжатию = 13 МПа, растяжению = 10 МПа, скалыванию = 1,6 МПа.

Проверки прочности элементов плиты:

в обшивке

0,45 кН/см2 < =1,83 кН/см2 ;

0,41 кН/см2 < = 0,6 кН/см2 ;

в ребре каркаса

1,18 кН/см2 < = 1,3 кН/см2 ;

1,02 кН/см2= 1,0 кН/см2 ;

= 0,145 кН/см2 < = 0,16 кН/см2 .

1.9 Расчет и проверка прогиба плиты

Изгибная жесткость

= 6283·104 МПа·см4

Равномерно распределенная нормативная нагрузка на равна

= 4,638·0,48 = 2,23 кН/м;

Максимальный прогиб плиты

(5/384)(2,23·3504 ·0,5)/(6283·104 ·100) = 0,07 см.

Предельный прогиб

0,07 см < (l/250)=1,4 см.

Вывод:

Подобранное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

2. Расчет арки

Хоккейный стадион пролетом 18 м представляет собой круговую арку. Геометрическая схема – трехшарнирная статически определимая арка.

2.1 Сбор нагрузок на несущие элементы арки

Несущий элемент арки – клееная деревянная балка прямоугольного сечения.

Шаг арок – 3,5 м.

Ширина сбора нагрузок – 3,5 м.

2.2 Постоянные нагрузки

Нормативная нагрузка от собственной массы несущей конструкции вычисляется приблизительно по эмпирической формуле:

=(0,623+ 3,91) / [1000/ (7∙ 18) - 1]= 0,65 кН/м2 ;

kсм = 7 – коэффициент собственной массы конструкции;

кН/м2 – нормативная нагрузка от массы покрытия;

кН/м2 – нормативная снеговая нагрузка;

2.3 Погонные нагрузки на полуарку

Нормативная постоянная

кН/м;

Расчетная постоянная

кН/м;

Расчетная снеговая нагрузка (рис. 6, 7, 8)


кН/м;

Рис. 6 - Эпюра продольных сил (постоянная нагрузка)

Рис. 7 - Эпюра продольных сил (2 снеговая нагрузка)

Рис. 8 - Эпюра продольных сил (ветровая нагрузка)


2.4 Расчет сочетаний нагрузок

Расчет сочетаний усилий производим по правилам строительной механики на ЭВМ с использованием расчетного комплекса «Лира Windows 9.0»

Сочетание нагрузок

Расчетные сочетания усилий принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП [1]. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний.

Первое сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок:

qI = g + S, кН/м

Второе сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:

qII = g + 0,9∙(S + W), кН/м

Третье сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 2 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:

qIII = g + 0,9∙(S’ + W), кН/м

Таблица 2 - РСУ

Усилия

№ элем

№ сечен

Тип РСУ

Кран/сейсм

Критерий

N (кН)

My (кН*м)

Qz (кН)

№№ загруж

1

1

2

-

2

-214.991

0.000

-69.687

1 2 3

1

2

2

-

2

-204.441

-149.395

-70.937

1 2 3

2

1

2

-

2

-215.427

-149.395

-20.480

1 2 3

2

2

2

-

2

-205.377

-197.354

-24.230

1 2 3

3

1

2

-

2

-205.740

-197.354

20.924

1 2 3

3

1

1

-

13

-146.436

-101.827

23.974

1 3

3

2

2

-

2

-198.040

-163.524

15.924

1 2 3

3

2

1

-

13

-138.736

-62.398

18.974

1 3

3

2

2

-

14

-109.278

-142.995

-2.337

1 2 4

4

1

2

-

2

-191.727

-163.524

52.099

1 2 3

4

2

1

-

2

-106.518

-128.391

12.671

1 2

4

2

2

-

13

-163.784

-107.332

25.486

1 2 3

5

1

1

-

2

-101.326

-128.391

35.210

1 2

5

1

2

-

13

-154.513

-107.332

60.002

1 2 3

5

2

1

-

1

-70.049

24.318

-2.830

1 3

5

2

1

-

2

-87.623

-66.032

14.910

1 2

5

2

2

-

18

-120.126

-24.738

9.057

1 2 3

6

1

1

-

1

-68.466

24.318

15.073

1 3

6

1

1

-

2

-80.953

-66.032

36.698

1 2

6

1

2

-

13

-113.875

-24.738

39.302

1 2 3

6

2

1

-

1

-58.071

22.494

-14.627

1 3

6

2

1

-

2

-71.223

-16.734

8.898

1 2

6

2

2

-

18

-97.906

8.960

-6.323

1 2 3

7

1

1

-

1

-59.859

22.494

-1.767

1 3

7

1

1

-

2

-67.631

-16.734

24.041

1 2

7

1

2

-

14

-56.445

21.695

-1.851

1 3 4

7

1

2

-

18

-96.968

8.960

14.928

1 2 3

7

2

2

-

2

-92.542

0.000

-21.957

1 2 3

8

1

2

-

2

-97.446

-32.344

33.083

1 2 3 4

8

1

2

-

13

-99.159

-32.032

33.188

1 2 3

8

2

2

-

2

-95.109

0.000

-0.561

1 2 3

8

2

2

-

13

-57.109

0.000

4.208

1 3 4

8

2

1

-

14

-63.827

0.000

-7.659

1 2

9

1

2

-

2

-114.963

-93.953

46.975

1 2 3 4

9

1

2

-

13

-116.659

-93.656

47.255

1 2 3

9

2

2

-

2

-102.286

-32.344

11.302

1 2 3 4

9

2

2

-

18

-103.982

-32.032

11.035

1 2 3

10

1

2

-

2

-148.647

-175.452

51.312

1 2 3

10

1

2

-

5

-146.936

-175.384

50.848

1 2 3 4

10

2

2

-

2

-123.129

-93.953

16.202

1 2 3 4

10

2

2

-

18

-124.840

-93.656

16.042

1 2 3

11

1

2

-

2

-173.461

-213.973

34.703

1 2 3

11

2

2

-

2

-156.191

-175.452

18.255

1 2 3

11

2

2

-

5

-154.420

-175.384

18.170

1 2 3 4

12

1

2

-

2

-184.585

-222.578

7.186

1 2 3

12

1

1

-

13

-124.167

-128.379

9.513

1 3

12

2

2

-

2

-176.885

-213.973

2.186

1 2 3

12

2

1

-

13

-116.467

-115.502

4.513

1 3

12

2

2

-

14

-109.627

-145.909

-2.110

1 2 4

13

1

2

-

2

-191.794

-155.701

-29.298

1 2 3

13

1

2

-

14

-189.955

-154.998

-29.323

1 2 3 4

13

2

2

-

2

-181.744

-222.578

-33.048

1 2 3

14

1

2

-

2

-189.942

0.000

-72.655

1 2 3

14

2

2

-

2

-179.392

-155.701

-73.905

1 2 3

Наибольшие усилия в элементах арки:

продольная сила N= - 215 кН;

поперечная сила Q= - 73,9 кН;

изгибающий момент М= + 222 кНм.

Коньковый узел

продольная сила N= - 92,5 кН;

поперечная сила Q= - 24 кН.

Опорный узел

продольная сила N= - 215 кН;

поперечная сила Q= - 70 кН.

2.5 Статический расчет арки

Статический расчет несущего элемента арки выполняем в соответствии с указаниями СНиП [2] как сжато-изгибаемого элемента. Расчетное сечение арки является сечение с максимальным изгибающим моментом от наиболее невыгодного сочетания нагрузок М= 1679 кНм. При этом же сочетании нагрузок определяем значения продольной силы N= -1147 кН в расчетном сечении и величины продольных и поперечных сил в коньковом и опорном узлах.

2.6 Подбор сечения полуарки

Материал для изготовления полуарок принимаем древесину сосны второго сорта толщиной 25 мм. Коэффициент надежности по назначению γn = 0,95. Сечение полуарки принимается клееным прямоугольным.

Оптимальная высота поперечного сечения арки находится в пределах

(1/40 - 1/50)l = (1/40 - 1/50)1800 = 45,0 – 36,0 см.

Согласно СНиП [2], пп. 3.1 и 3.2, коэффициенты условий работы древесины будут при h > 60 см, δсл = 2,25 см mб = 0,8; mсл = 1; соответственно расчетное сопротивление сжатию и изгибу

Rс = Rи = 0,96×0,8×1,5= 1,152 кН/см2 .

Предварительное определение размеров поперечного сечения арки производим по п. 4.17 СНиП [2]:

N/Fрасч + Mд /Wрасч ≤ Rс .

h3 - βNh/Rс - 6βM/(ξRс ) = 0.

h3 + 3ph + 2q = 0,

Принимаем β = h/b = 5,5; ξ = 0,65.

p = -βN/(3Rс )= -5,5×215/(3×11520)= -0,034;

q = -3βM/(ξRс )= -3×5,5×222/(0,65×11520)= -0,50;

h3 – 0,549×h – 7,4 = 0,

Поскольку q >> p, дискриминант уравнения Д = q2 + p2 > 0 и оно имеет одно действительное и два мнимых решения. Согласно формуле Кардано, действительное решение h = U + V,

;

h = U + V= 1,0- 0,1= 0,9 м.

Компонуем сечение из 36 слоев досок толщиной 25 мм, шириной 200 мм. С учетом острожки по 6 мм с каждой стороны, расчетное сечение получаем 900 х 200 мм.

Расчетные площадь поперечного сечения и момент сопротивления сечения:

Wрасч = b×h2 /6 = 20×902 /6 = 27000 cм3 ;

F расч = b×h = 20 ×90 = 1800 см2 .

Расчетная длина полуарки:

2.7 Расчет по прочности сжато-изгибаемой полуарки

Расчет элемента на прочность выполняем в соответствии с указаниями п. 4.17 СНиП [2] по формуле

Определяем гибкость согласно пп.4.4 и 6.25:

λ = l0 /r = l×μ/ = l×μ / = l×μ /(0,29h) = 1415×1/(0,29×90) = 54,2.

Fбр = Fрасч =1800 см2 - площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента;

Коэффициент продольного изгиба φ= 1-а× (λ /100)2 =1-0,8×(0,542) 2 =0,76

Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации оси элемента

ξ = 1 - N/(φ×Rс ×Fбр ) = 1 - 215/(0,76×1,152×1800) = 0,86;

Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок

Mд = M/ξ = 222 / 0,86 = 257 кНм;

N/Fрасч + Mд /Wрасч = 215/1800 + 257×102 /27000 = 0,12 + 0,95 = 1,07 < 1,152 кН/м2 , т.е. прочность сечения обеспечена с запасом 8%.


2.8 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования

Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производим в соответствии с п. 4.18 [2] по формуле

N/(Fбр φRс ) + [Mд /(Wбр φм Rи )]n ≤ 1

Показатель степени n = 1, т.к. элементы арки имеют раскрепления растянутой зоны из плоскости деформирования

lр = 450 см,

Коэффициент φМ определяем с введением в знаменатель коэффициента mб согласно п. 4.25 [3]:

φМ = 140×b2 ×kф /(lр ×h×mб ) = 140×202 ×1,13/(450×90×0,8) = 1,95.

Согласно п. 4.14, к коэффициенту φМ вводим коэффициенты Kжм и Kнм . С учетом подкрепления внешней кромки при m > 4 Kжм = 1

Kнм =1+ 0,142×lр ×/h + 1,76×h×/lр + 1,4×αр =1+ 0,142×450/90 + 1,76×90/450+ 1,4×0= 2,06;

φм Kнм = 1,95×2,06 = 2,07

Коэффициент продольного изгиба φ из плоскости

φ = A/λ2 y = 3000/[(lо/r]2 = 3000×/(450/0,29×20) 2 = 0,5.

Согласно п. 4.18, к коэффициенту φ вводим коэффициент Kн N :

Kн N = 0,75 + 0,06(lр /h)2 + 0,6αр lр /h = 0,75 + 0,06(450/90)2 = 2,25

φKн N = 0,5×2,25 = 1,13.

N/(Fбр φRс ) + Mд /(Wбр φм Rи ) = 215/(1800×1,13×1,152) + 257×102 / (27000×2,07×1,152) = =0,09 + 0,40 = 0,49 < 1.

Таким образом, устойчивость арки обеспечена при раскреплении внутренней кромки в промежутке между пятой и коньком через 4,5 м.


2.9 Проверка сечения арки на скалывание по клеевому шву

Проверку сечения арки на скалывание по клеевому шву производим на максимальную поперечную силу Q= 73,9 кН по формуле Журавского

.

Статический момент поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси

см3 ;

Момент инерции поперечного сечения арки относительно нейтральной оси

см4 ;

Прочность сечения обеспечена.


3. Расчет узлов арки

Рассмотрим опорный и коньковый узлы.

3.1 Расчет опорных узлов

Расчетные усилия: N=-215 кН; Q=70 кН

Так, как пролет арки 18 м, конструктивно узел решаем в виде: валикового шарнира.

Определим высоту валикового шарнира:

N - продольное усилие в опорном узле

b =20 см– ширина плиточного шарнира

Rст см =1,66 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245

Конструктивно принимаем hш = 30 см.

Принимаем диаметр болтов dб =24 мм, тогда по п. 5.18

Принимаем накладки А – образной формы, толщина листа башмака 16 мм.

Стальные башмаки опорного узла крепятся к арке 10 болтами d = 24 мм.

Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:

,


где M б = Q·e = 70·0,490 = 34,3 кНм.

e = 0,490 расстояние от ц. т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;

zi – расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;

n б число болтов в крайнем ряду по горизонтали;

m б – общее число болтов в накладке.

Zmax – максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;

Несущая способность одного болта T б : определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:

(т.17(1))

3.2 Несущая способность болтового соединения обеспечена

Т.к. арка в опорном узле опирается неполным сечением через стальные башмаки и древесина испытывает смятие, то необходимо проверить условие:

- расчетное сопротивление древесины смятию под углом к волокнам.

KN – коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений под кромками башмаков. KN =0,9 –смятие поперек волокон.

Fсм =20ּ40=800 см2 – площадь смятия под башмаком.

215/800 = 0,3 кН/см2 <1,29 ּ0,9 = 1,161 кН/см2

3.3 Прочность на смятие обеспечена

Проверка опорного узла на скалывание по клеевому шву:

, ,

Прочность на скалывание обеспечена

3.4 Коньковый узел

Продольное усилие N= - 92,5 кН;

Поперечное усилие Q= - 24 кН.

Коньковый узел решаем в виде классического валикового шарнира.

Материал шарнира – сталь марки С245.

Конструирование узла начинаем с выбора диаметров крепежных болтов и назначения размеров боковых пластин стального башмака из условия размещения болтов.

Толщину опорной пластины принимаем 20 мм.

Определим высоту валикового шарнира:

N - продольное усилие в опорном узле

b =20 см– ширина плиточного шарнира

Rст см =1,66 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245

Конструктивно принимаем hш = 30 см.

Принимаем диаметр болтов dб =24 мм, тогда по п. 5.18

Принимаем накладки А – образной формы, толщина листа башмака 16 мм.

Стальные башмаки карнизного узла крепятся к арке 6 болтами d = 24 мм.

Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:

,

где M б = Q·e = 24·0,340 = 8,2 кНм.

e = 0,340 расстояние от ц.т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;

zi – расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;

n б число болтов в крайнем ряду по горизонтали;

m б – общее число болтов в накладке.

Zmax – максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;

Несущая способность одного болта T б : определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:


(т.17(1))

3.5 Несущая способность болтового соединения обеспечена

Проверка карнизного узла на скалывание по клеевому шву:

, ,

Прочность на скалывание обеспечена.


4. Меры защиты конструкций от загнивания и возгорания

При проектировании деревянной клееной арки предусматриваем конструктивные меры защиты от биологического разрушения, возгорания и действия химически агрессивной среды.

Конструктивные меры, обеспечивающие предохранение и защиту элементов от увлажнения, обязательны, независимо от того, производится антисептирование древесины или нет.

Конструктивные меры по предохранению и защите древесины от гниения обеспечивают:

1. устройство гидроизоляции от грунтовых вод, устройство сливных досок и козырьков для защиты от атмосферных осадков;

2. достаточную термоизоляцию, а при необходимости и пароизоляцию ограждающих конструкций отапливаемых зданий во избежание их промерзания и конденсационного увлажнения древесины;

3. систематическую просушку древесины в закрытых частях зданий путем создания осушающего температурно-влажностного режима (осушающие продухи, аэрация внутренних пространств).

Деревянные конструкции следует делать открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра.

Защита несущих конструкций:

В опорных узлах, в месте опирания арки на фундамент устроить гидроизоляцию из двух слоев рубероида. При этом низ арки запроектирован на отметке +0,5м. Торцы арок и места соприкосновения с металлическими накладками в опорном и коньковом узлах защитить тиоколовой мастикой У-30с с последующей гидроизоляцией рулонным материалом.

Для защиты от гигроскопического переувлажнения несущих конструкций через боковые поверхности необходимо покрыть пентафталевой эмалью ПФ-115 в два слоя.

Список используемой литературы

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.:ГП ЦПП, 1996. - 44с.

2. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции.- М., 1983.

3. СНиП II-23-81. Стальные конструкции: М., 1990.

4. Рохлин И.А., Лукашенко И.А., Айзен А.М. Справочник конструктора-строителя. Киев, 1963, с. 192.

5. А.В. Калугин Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций). - М.: Издательство АСВ, 2003. - 224 с.