Курсовая работа: Проектирование пролета в виде арки из балок

1. Исходные данные

Рама с ригелем в виде арки треугольного очертания с затяжкой (арка из балок, Деревягина).

Пролет

Характер теплового режима: отапливаемое здание

Район строительства: г. Енисейск

Снег: 2,24 кН/м² .

α=19,4

2. Расчет клеефанерной панели

Принимаем клеефанерную панель с размерами 5,58´1,38 м. с пятью продольными ребрами, расстояние между которыми составляет 46 см и четырьмя поперечными.

Для облицовки используем водостойкую фанеру d_ф =0,8 см, h_p = 19,2 см.

см (не проходит)Þh_p = 19,2 см.

Сбор нагрузок на 1 м² панели

№ п/п	Вид нагрузки	gⁿ , кН/м²	g_m	g^p , кН/м²
I	Постоянная нагрузка
1	Асбестоцементные листы ОП	0,15	1,1	0,165
2	Утеплитель (мин. вата)	0,068	1,2	0,082
3	Пароизоляция	0,02	1,2	0,024
4	Продольные ребра 0,192×5×0,052×5/1,45=	0,172	1,1	0,189
5	Поперечные ребра 0,192×4×0,052×5/5,57=	0,036	1,1	0,0396
6	Обшивка из фанеры 0,008×7=	0,056	1,1	0,0616
Итого:	0,502	0,561
II	Временная нагрузка
1	Снеговая	2,24	3,2
Итого:	2,742	3,761

Нагрузка на 1 м погонный:

Находим максимальные внутренние силовые факторы:

;

Расчетное сечение клеефанерной панели

d=0,8 см; h_p =19,2 см

В_р =0,9×138.2=124.4 см

В_пр =4×5,2=20,8 см

Н₀ =19,2+0,8=20 см

y₀ =8,7 см

y₀ ^/ = 11,3 см

· Статический момент площади сечения:

· Расстояние от нижнего края сечения до нейтральной оси:

Þy₀ ^/ =11,3 см; y_p =1.7 см.

Приведенный момент инерции:

· Приведенный момент сопротивления:

Проверка обшивки в растянутой зоне:

Проверка ребра в сжатой зоне:

Проверка фанеры на скалывание вдоль волокон:

Проверка прогиба панели:

2.2 Расчет необходимого числа гвоздей

От сползания по скату плиты удерживаются отрезками металлических уголков, прибиваемых к опорам гвоздями.

Задаемся диаметром гвоздя: d_гв =5 мм

Несущая способность гвоздя:

Требуемое количество гвоздей: гвоздей.

Расстояние от края плиты до первого гвоздя 15d=7,5 см, а между гвоздями 45 см. Длина гвоздя принимаем конструктивно 30d=15 см.

3. Расчет трехшарнирной арки

Нагрузка на покрытие: q^p =0,15 кН/м²

Снеговая нагрузка:

- вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности,

-коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Определяем собственный вес арки:

Полная нагрузка:

3.1 Статический расчет арки

Расчет арки ведем при двух сочетаниях нагрузки:

I. Постоянная и снеговая нагрузки равномерно распределены по всему пролету [g+P₁ ]:

R_A ₍ _g+ _P1) = R_B ₍ _g+ _P1) = 110,33 кН; Н₍ _g+ _P1) = 147,25 кН; F₍ _g+ _P1) = 110,33 кН;

II. Постоянная нагрузка по всему пролету и снеговая равномерно распределена на 0,5 пролета [q+P₂ ]:

R_A(g+P2) =11,77+24,64= 36,41 кН; R_B(g+P2) =11,77+73,92=85,69 кН;

Н_А( _g+ _P2) =15,71+49,28=64,99 кН; Н_В( _g+ _P2) =15,71+82,25=97,96 кН;

3.2 Определение усилий в сечениях арки

Сочетание I:

X, м	М, кН×м	Q, кН	N, кН
0	0	55,155	175,537
2,75	159,49	0	173,673
5,5	0	-55,155	171,810

Сочетание II:

Левая стойка

X, м	М, кН×м	Q, кН	N, кН
0	0	20,94	73,39
2,75	55,09	0	71,53
5,5	0	-20,94	69,67

Правая стойка

X, м	М, кН×м	Q, кН	N, кН
0	0	67,42	120,86
2,75	190,61	0	118,99
5,5	0	-67,42	117,12

Максимальные усилия в арке

X, м	М, кН×м	Q, кН	N, кН
0	0	67,42	175,537
2,75	190,61	0	173,673
5,5	0	-67,42	171,810

4. Расчет ригеля из балок Деревягина

Определяем геометрические характеристики:

b=21 cм; h=63 см; F=1323 см²

где κ_w и κ_ж – коэффициенты для составных элементов определяемые в зависимости от пролета.

4.1 Расчет ригеля как сжато-изгибаемого элемента

· Проверка прочности

– коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента.

Прочность обеспечена

· Проверка устойчивости

Гибкость в плоскости изгиба и коэффициент продольного изгиба:

а=0.8 для древесины.

Устойчивость обеспечена

· Относительный прогиб арки:

4.2 Расчет необходимого числа нагелей

Т.к. b>15 см Þ устанавливаем пластинчатые нагели в сечении глухо

Несущая способность одного нагеля:

при глухом соединении.

Требуемое число нагелей:

k=0,2 – коэффициент, учитывающий нормальные силы, приложенные на концах ригеля обоим брусьям

5. Проектирование конькового узла

Деревянные элементы соединяют с помощью деревянных накладок на металлических болтах согласно принятому количеству элементов принятых в нагельном соединении и направлению усилий.

Находим геометрические размеры накладки: диаметр болта d= 2,4 см

При b£ 10d S₁ ³ 7d; S₂ ³ 3,5d; S₃ ³ 3d

S₁ =7×2,4= 16,8 см; S₂ =3,5×2,4= 8,4 см; S₃ =3×2,4= 7,2 см

Принимаем: S₁ =18 см; S₂ =10 см; S₃ =8 см Þ накладка 75´36 мм

е₁ =S₁ =18 см; е₂ =S₁ =18 см

Определяем усилия:

Определяем расчетную несущую способность на смятие у среднего и крайнего элементов и на срез:

, где k_a – коэффициент по графику

, где а=10 см – толщина накладки

Расчет необходимого числа болтов:

n_ш – число расчетных швов одного нагеля

В ряду, где действует сила N₁ :

В ряду, где действует сила N₂ :

6. Проектирование опорного узла

6.1 Расчет упорной пластины

Из условия смятия верхнего пояса в месте упора, определяем площадь смятия упорной площадки:

;

ширину упорной пластины принимаем b=23 см Þ

;

Определяем фактическое напряжение:

Находим момент:

Определяем момент сопротивления пластины из условия прочности:

;

6.2 Расчет опорной плиты

Определяем площадь опорной плиты из условия на прочность на смятие:

– расчетное сопротивление смятию поперек волокон

Определяем размеры плиты:

принимаем плиту: 40´16 см; l_k =8 см; F_см = 640 см²

Определяем фактическое напряжение смятия:

Находим максимальный момент и момент сопротивления:

;

принимаем =1,2 см.

6.3 Определение анкерных болтов

; - площадь болта; - коэффициент условия работы;

Рассчитаем болты от действия распора:

принимаем 2 болта диаметром 24 мм

7. Расчет металлической затяжки

7.1 Подбор сечения

Затяжку выполняем из двух уголков стали С255 (R_y = 24МПа). Из условия прочности определяем требуемую площадь уголков:

где m=0,85 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения усилий между стержнями.

- площадь поперечного сечения одного тяжа

принимаем 2 уголка №45: S=2×3,48=6,96см² ; i_x =1.38; m=2,73 кг/м

Проверяем гибкость:

Þ ставим 2 подвески, тогда

7.2 Расчет сварного шва

; - толщина стенки уголка

Крепление затяжки к закладной детали – при помощи сварки. Сварку принимаем полуавтоматическую, положение нижнее «в лодочку», сварочная проволока СВ-08,

1) По металлу шва

2) По металлу границы сплавления

принимаем длину шва равной 14 см.

7.3 Расчет подвески

Подвеску проектируем из стальной проволоки С225 (R_y = 210МПа)

Определяем нагрузку на подвеску: ;

m=2,73 кг/м

Определяем требуемую площадь сечения тяжа и диаметр стержня:

;

Конструктивно принимаем 2 подвески диаметром 3 мм.

8. Проектирование и расчет клеефанерной стойки

Неопределенность рамы находим из предположения одинаковой жесткости левой и правой стоек.

Принимаем клееные стойки прямоугольного сечения с шагом вдоль здания

а= 5,6 м. Крепление стоек с аркой шарнирное.

8.1 Определение усилий в стойке

Определяем ветровую нагрузку:

где - коэффициент надежности по нагрузке,

-ветровая нагрузка для данного ветрового района,

-коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (z£5 м k=0,4; z=10 к=0,4.),

- аэродинамический коэффициент, зависящий от схемы здания,

- шаговое расстояние между арками,

-коэффициент условия работы конструкции,

при z£5 м:

Действие ветра на арку:

Моменты, возникающие в опорной части стойки:

Поперечные силы, возникающие в опорной части стойки:

8.2 Подбор сечения стойки

Принимаем сечение размерами 21´56,1 см. Используем сосновые доски 2 го сорта толщиной 3,3 см (после острожки), ширина доски 23 (21 – после острожки). Древесина пропитана антипиренами.