Реферат: Проектирование конструкций из дерева и пластмасс плавательного бассейна

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Пермский государственный технический университет

Строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту по дисциплине “Конструкции из дерева и пластмасс”

на тему

“Проектирование конструкций из дерева и пластмасс плавательного бассейна”

Выполнил Краснов В.Г.

Руководитель Осетрин А.В.

г. Пермь 2010

Исходные данные

буквы ФИО

номер зачетки

схема задания

исходные данные

К

Р

А

С

Н

О

В

6

ПО ПРИЛ. 1

СХЕМА 6:

Плавательный бассейн

место строительства – г. Челябинск

шаг несущих конструкций – 3,5м

расчетный пролет рамы – 24м

высота рамы 5,5 м

длина здания – 72м

материал обшивок панелей – фанера ФБС

средний слой панели – Минвата

Введение

Деревянные конструкции находят широкое применение в практике строительства благодаря разнообразию конструктивных форм, широкому диапазону перекрываемых пролетов, малой массе, относительно высокой долговечности и огнестойкости, простоте изготовления и монтажа, высокой степени заводской готовности, наличию обширной сырьевой базы.

С применением деревянных конструкций, таких как балки, рамы, арки, плиты покрытий и перекрытий на деревянном каркасе построено и эксплуатируется большое количество зданий производственного назначения, складов минеральных удобрений, спортивных, зрелищных, торговых и других гражданских зданий и сооружений. Весьма эффективно используются клееные деревянные конструкции.

Цель работы — закрепление теоретический знаний и развитие навыков самостоятельной работы в области расчета и проектирования конструкций из дерева и пластмасс. В процессе проектирования должнен проявить умение самостоятельно работать с научно-технической литературой, использовать новейшие нормативные и справочные материалы.

1. Компоновка плиты

Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, соответственно, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,5 м, а с учетом припусков при изготовлении – 3,48 м. Ширина плиты принимается равной ширине стандартного листа фанеры (1500*3500). С учетом обрезки кромок для их выравнивания ширина плиты – 1,48м. Направление волокон наружных слоев фанеры следует располагать вдоль плиты. Толщина фанеры – 10мм.

Высота плиты

/>

Толщину ребер принимаем 50мм. По сортаменту принимаем доски 50*175мм. Фанера приклеивается к нижней стороне деревянного каркаса, поэтому фрезеруются только кромки досок. После острожки кромок размеры ребер 50*170мм. Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 50см. Пароизоляция – окрасочная по наружной стороне обшивки. Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза.

1.1 Теплотехнический расчет плиты

Режим помещения:

— температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,98: -35ºC;

— средняя температура воздуха со среднесуточной температурой ≤8ºC: -6,5ºC;

— продолжительность периода со среднесуточной температурой ≤8ºC: 218 суток (определена путем интерполяции);

— условие эксплуатации: Б3.

/>

Условия эксплуатации конструкций Б3.

Наименование слоя

/>

/>

/>

/>

Фанера ФБС

1000

0,01

0,13

0,077

Окраска

Минвата

30

0,05

/>

aint = 8,7 Вт/(м2×°С) — по табл. 4*[2], aext = 23 Вт/(м2×°С) — по табл. 6*[2].

Dd = (tint – tht) × zht = (21+6,5) × 218 = 5995

Rreq=3,39 по таблице 4 СНиП 23-02-2003

/>

1.2 Сбор нагрузок

Наименование нагрузки

Нормативная Н/м2

коэффициент надежности

Расчетная Н/м2

А. Постоянные

--PAGE_BREAK--

Кровля из волнистых листов ONDULINE

31

1,1

34,1

Собственная маса плиты покрытия

Верхняя обшивка из фанеры марки ФСБ 0,01*6000=60

60

1,1

66

продольные ребра 0,05*0,170*4*5000/1,48=114,86

114,86

1,1

126,35

Утеплитель 300*0,15=45

45

1,3

58,5

Нижняя обшивка из фанеры марки ФСБ 0,01*6000=60

60

1,1

66

ИТОГО:

310,86

350,95

Б. Временные

Снеговая 1600

1120

1600

ВСЕГО:

1430,86

1950,95

Полные погонные нагрузки:

Нормативная />

Расчетная />

1.3 Статический расчет

Ширина площадки опирания на верхний пояс несущей конструкции – 6см, тогда расчетный пролет плиты равен />

Плита рассчитывается как балка на двух опорах.

Расчетный изгибающий момент:

/>

Расчетная поперечная сила:

/>

При уклонах кровли 1:4 расчет плиты допускается вести без учета явления косого изгиба.

Геометрические характеристики сечения

Расчет клееных элементов из фанеры и древесины выполняется по методу приведенного поперечного сечения в соответствии с п.4.25 СНиП II-25-80.

Расчетная ширина фанерной обшивки при />

Геометрические характеристики плиты приводим к фанере с помощью коэффициента приведения:

/>

Приведенная площадь поперечного сечения плиты

/>

Приведенный статический момент поперечного сечения плиты относительно нижней плоскости обшивки

/>

Расстояние от нижней грани до нейтральной оси поперечного сечения плиты

/>

Расстояние от нейтральной оси до верхней грани продольных ребер

/>

Расстояние от нейтральной оси плиты до центра тяжести продольных ребер

/>

Приведенный момент инерции плиты относительно нейтральной оси

/>

1.4 Конструктивный расчет

Проверка напряжений

Максимальные напряжения в растянутой фанерной обшивке:

/>, где

/>-коэффициент надежности по назначению.

/>

Максимальные растягивающие напряжения в ребре деревянного каркаса

/>,

где коэффициент />приводит геометрические характеристики к наиболее напряженному материалу – древесине, т.е./>

/>

Максимальные сжимающие напряжения в ребре деревянного каркаса

/>

Проверка скалывающих напряжений по клеевому шву между фанерной обшивкой и продольными ребрами каркаса:

/>,

где />-статический момент фанерной обшивки относительно нейтральной оси:

/>

/>

Прочность клеевого шва между фанерой и древесиной (фанера приклеивается на клее ФРФ – 50) принимается равной прочности фанеры на скалывание вдоль волокон наружных слоев 78,4Н/см2 (табл.10 СНиП II-25-80).

Проверка прогиба плиты

Относительный прогиб плиты:

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Скомпонованное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

2. Определение геометрических характеристик рамы

За расчетную ось принята наружная кромка рамы

а) высота в коньковом узле рамы

Н = 5,5 м;

б) задаемся высотой вертикальной части стойки hнст = 1 м, тогда

hвст = h — hнст = 5 — 1 = 4 м;

в) угол между ригелем и стойкой:

a = 90о + g = 90 + 14 = 104о, тогда

/>= 52о;

г) радиус закругления карнизного узла:

r = hвст · tg />= 4 · 1.28 = 5,12 м;

Сбор нагрузок

Таблица 2

Нагрузки на раму (Н/м2)

Наименование нагрузок

Нормативные

нагрузки

gf

Расчетные

нагрузки

А: Постоянные

покрытие

собственная масса рамы

311

277

1,2

1,1

374

306

Итого:

588

680

Б: Временные

— снеговая: S = So* m= 1600 * 0,7

So= 1680 Н/м2; m=,7

1120

1600

Полная нагрузка:

1708

2380

Собственная масса рамы:

gнс.м. = />Н/м2;

где gнп – нормативная нагрузка от собственной массы покрытия;

gнсн – нормативная снеговая нагрузка на покрытие;

ксм – коэффициент собственной массы несущих конструкций.

Полные погонные нагрузки:

а) постоянная gп = 680 · 3,5 = 2380 Н/м = 2,4 кН/м;

б) временная gсн = 1600 · 3,5 = 5600 Н/м = 5,6 кН/м;

в) полная g = gп + gсн = 8 кН/м

3. Конструктивный расчет рамы

Задаемся: 1. Материал несущей конструкции – ель II сорта;

2. Ширина сечения: b = 165 мм; Ru = 1,3 кН/см2

3. Толщина слоев: r/dсл/>200 à dсл = r/200;

r = 5.12 м (табл. 9 СНиП II-2580)

dсл = 512/200 = 2,56 />24 мм.

Определяем приближенно требуемую высоту сечения рамы в карнизном узле:

/>à />;

hтр = />= 97,33 см;

Компонуем сечение из 43 слоя h = 41·2,4 = 98 см

Принимаем высоту сечения в коньковом узле:

Hк = 0,3 · h = 0,3 · 105 =32 см;

в опорном узле:

hоп = 0,4 · h = 0,4 · 105 = 42 см

а). Проверка сечений элементов рамы по внутренней сжатой кромке.

s = />; />;

W = />= 26411.0 см3

Wрасч. = W * Кгв = 26411 * 0,93 = 24562,23 см3;

Кгв = />= />;

/>— коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации элемента;

N = 141,23 кН;

А2 = 1617 см2;

l = />

l =/>=57,01

где lo – расчетная длина рамы по осевой линии:

lo =16,148 м (свойства полилинии AutoCad)

/>;/>;

    продолжение
--PAGE_BREAK--

s = />кн/см2 <1,23 кн/см2;

mb = 1 (табл. 5), mн = 1 (табл. 6), md = 0,96

(табл. 7),

mсл = 1,1 (табл. 8), mгн = 0,9 (табл. 9)

Rc/ = Rc · mb · mн · md · mсл · mгн =1,3 · 1· 1 · 0.96 · 1.1 · 0.9 = 1,23 кН;

б) Проверяем по наружной растянутой кромке

s = -/><Rp;

Кгн/>= />;

/>;

W = />= 26411.0 см3

s = -/>=0,95>0,9

Сечение не удовлетворяет условиям прочности.

Принимаем размеры сечения b=16,5 см, h= 105,6 см.

а). Проверка сечений элементов рамы по внутренней сжатой кромке.

s = />; />;

W = />= 30319 см3

Wрасч. = W * Кгв = 26411 * 0,93 = 28196,44 см3;

Кгв = />= />;

/>— коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации элемента;

N = 141,23 кН;

А2 = 1732 см2;

l = />

l =/>=57,01

где lo – расчетная длина рамы по осевой линии:

lo =16,148 м (свойства полилинии AutoCad)

/>;/>;

s = />кн/см2 <1,23 кН/см2;

mb = 1 (табл. 5), mн = 1 (табл. 6), md = 0,96

(табл. 7),

mсл = 1,1 (табл. 8), mгн = 0,9 (табл. 9)

Rc/ = Rc · mb · mн · md · mсл · mгн =1,3 · 1· 1 · 0.96 · 1.1 · 0.9 = 1,23 кН;

б) Проверяем по наружной растянутой кромке

s = -/><Rp;

Кгн/>= />;

/>;

W = />= 26411.0 см3

s = -/>=0,82<0,9 кН/см2

Сечение удовлетворяет условиям прочности.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы.

/>— формула 33 [1]

где: F = 16,5*105,6 = 1732,5 кН

W = />= 30319 см3

n = 1– для элементов имеющих закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования;

j — коэффициент продольного изгиба для гибкости участка элемента расчётной длины lр из плоскости деформирования:

lр = l · m = 3 · 0.65 = 1.95м – формула 10 [1] — при шаге распорок 3м;

lр = lр1 · m0;

m0 = 0.8 – по п. 4.21 [1] — для jм

/>= 40.89 < 70

j = 1-0,8 · />;

N = 141.23 кН

mb = 1 (табл. 5), mн = 1 (табл. 6), md = 0,96

(табл. 7),

mсл = 1,1 (табл. 8), mгн = 0,9 (табл. 9)

Rc/ = Rc · mb · mн · md · mсл · mгн =1,3 · 1· 1 · 0.96 · 1.1 · 0.9 = 1,23 кН;

/>=/>=0.92; />

jм = />

где: kф = 1.13 – по табл. 2 приложения 4 [1]

jм = />=/>=2.10

/>

/>=0.08 < 1 – система связей и распорок обеспечивается устойчивость рамы.

Опорный узел

/>

Проверяем клеевые швы на скалывание:

t = 1,5 · />;

Qо = 88,96 кНм;

Расчетная длина сечения: bрасч = 0,6 · 165 = 99 мм = 10 см;

Ширина опорной части за вычетом симметричной подрезки по 3 см:

    продолжение
--PAGE_BREAK--

hоп = 90 – 2 · 3 = 84 см;

t = 1,5 · />= 1,06 кН/см2;

Проверяем древесину на смятие в месте упора стойки рамы на фундамент:

sсм = />;

Аоп = 16,5·84 = 1386 см2;

sсм = />= 102,21 Н/см2 < Rсм ·KN= 300·0,9 = 300 Н/см2;

KN-коэфициент учитывающий концентрацию напряжений под кромкой башмака (п 5.29 пособие по проектированию деревянных конструкций)

Высота вертикальной стенки башмака из условий смятия древесины поперек волокон:

hd = />= />см:

Для определения толщины этой стенки находим изгибающий момент в пластине:

М = />кН*см;

Н = Qo = 88,96 кН;

Wтр = 100,08/24,5 = 4,08 см3;

d = />= 1,25 см, принимаем d = 14 мм;

Траверсы проектируем из уголка 180x125x14 мм;

Проверяем вертикальную полку уголка без учета горизонтальной полки на внецентренное растяжение по формуле:

sр = />;

АВП = 1,4 · 16,6 = 22,96 см2;

WВП = />= 62,75 см3;

М = />729,47 кН·см;

sр = />= 13,55 кН/см2 < 24,5 кН/см2(для стали С245);

Крепление башмака к фундаменту предусматриваем 2-мя болтами d = 24 мм.

Проверяем анкерный болт на растяжение по ослабленному нарезкой сечению:

sр = />= 1,22 кН/см2 < Rрст = 14.5 кН/см2;(для анкерных болтов из стали ВСт3пс2)

Nр = />= 5,5 кН

Напряжение анкерного болта на срез:

t = />= 9,84 кН/см2 < Rсрб = 0,6*4,52*14,5=39,32 кН/см2;

Коньковый узел

/>

Соединение полурам выполняется впритык с помощью деревянных накладках.

Усилия, действующие в узле:

H = 105,32 кН;

Qc = 54,57 кН;

Торцы клееных блоков ригеля в узле соединяем впритык не по всей высоте, а со срезом крайних досок под углом по 25 мм для большей шарнирности узла и предотвращения откола крайних волокон при повороте элементов шарнирного узла. Боковая жесткость узла обеспечивается постановкой парных накладок сечением 200x125 мм на болтах d=20 мм.

Напряжение смятия в торцах ригеля при a = 14о:

sсм = />= 0,19 кН/см2 < Rсмa · mв

Асмa = />= 550,57 см2;

Асм = b·hсм; где hсм = h/cos a;

Находим вертикальные усилия в болтах при расстоянии между болтами

е1 = 100 мм и е2 = 250 мм:

V1 = />= 39,0 кН;

V2 = — Qc + V = — 54.57 + 39,0 = — 15,57 кН;

Расчетная несущая способность двух двухсрезных болтов d = 20 мм из условий изгиба нагеля при направлении усилий под углом к волокнам a=90о (для накладок):

количество болтов в одном ряду определяется:

/>

где: nc = 2 — количество плоскостей среза

/> — минимальная несущая способность одного болта – согласно п. 5.13 [1] несущая способность на смятие древесины среднего элемента под углом α;

крайнего элемента (накладки).

Тнаг= 2.5 · 22 = 10 кН

Тогда: в первом ряду

/>/>1.95 шт. принимаем 2 болта.

во втором ряду

/>/>0.78 шт. принимаем 1 болт.

Напряжение в накладках:

sм = />= 0,42 кН/см2 < Ru = 1,3 кН/см2;

М = />= 682,25 кН·см;

Wнак = 2· (Wбр – Wосл) = 2· (/>) = 1638 см3;

прочность накладок обеспечена;

Коньковый узел (валиковый шарнир)

/>

Принимаем толщину щек валикового шарнира 14 мм,

Диаметр валикового шарнира 60 мм

Напряжение смятия под пластиной валикового шарнира ригеля при a = 14о:

sсм = />= 0,34 кН/см2 < Rсмa · KN =1,3*0,5

Асмa = />= 306,18 см2;

Асм = b·hсм; где hсм = h/cos a;

Проверяем равнодействующее усилие в максимально нагруженном болте

/>

Тнаг= 2.5 · 22 = 10 кН

    продолжение
--PAGE_BREAK--

nш=2;

M=Q*e=54,57*17.6=960.43 кН·см;

e — расстояние от оси шарнира до центра болтового соединения;

nб – количество в крайнем ряду параллельном оси элемента;

mб – общее количество болтов

zi – расстояние между осями болтов в направлении перпендикулярном оси

элемента

zmax – максимальное расстояние в том же направлении

/>=10 кН

Такой тип конькового узла не рационален для соединения данных полурам, т.к.:

Равнодействующее усилие в максимально нагруженном болте больше несущей способности болта;

Диаметр болтов(нагелей) не возможно увеличить из условия компоновки нагелей.

При увеличении числа рядов болтов увеличится расчетный момент, что приведет к увеличению равнодействующего усилия в болте.

4. Рекомендация по защите конструкций от загнивания и разгорания

Основным направлением борьбы с загниванием является создание осушающего режима, исключающего возникновение очагов загнивания. При проектировании деревянных конструкций должна предусматриваться и соблюдаться меры, предотвращающие возможность капельного переувлажнения древесины, как при возведении зданий и сооружений, так и при их эксплуатация.

К мерам конструктивной профилактики относятся:

— устройство надежной гидроизоляции и пароизоляции,

-обеспечение свободного доступа к опорным узлам ферм и балок (низ несущих конструкций стоек, рам должен находиться на отметке + 0,3м, а арок — на отметке 0,5м);

— изоляция деревянных элементов от кирпича, бетона и металла; — обеспечение сквозного проветривании подвала и чердаков устройство вентиляционных продухов в стеновых панелях и плита покрытия.

Для изготовления конструкций допускается использовать только сухие пиломатериалы с влажностью не более 10% для КДК и с влажностью не более 20% для неклееных деревянных конструкций.

Если в процессе эксплуатации возникает опасность переувлажнения деревянных конструкций, то наряду с конструктивными мерами применяются химические меры защиты древесины от загнивания. Защита мелких деталей и изделий из древесины производится путем пропитки их водорастворимыми или масляными антисептиками.

Наибольшее применение находят водорастворимые антисептики смесь технической буры и борной кислоты (ББК-3), — кремнефтористый натрии, пентахлорфенолят натрия, хромат меди (ХМ — 5, ХМБ — 444), медно – хромцинковый препарат МХХД.

Для защити от гигроскопического переувлажнения несущих клееных деревянных конструкций через боковые поверхности рекомендуются влагозащитные покрытия из синтетических лаков и эмалей, Применяются главным образом пентафталевые эмали ПФ – 115, ПФ — 133. ПФ — 133 и хлорвиниловые эмали ХВ-110, ХВ-113, ХВ-1100.

Уретаковые и пентафталевые лаки ПФ-170, ПФ-238, ПФ — 283 используются при защите клееных и клеефанерных конструкций, а также изделий из древесных материалов для сохранения естественного вида защищаемых поверхностей. Толщина лакокрасочного покрытия должна находиться в пределах 90-150 мкм, в зависимости от типа покрытий и условий эксплуатации.

Торцы клееных деревянных конструкций и места соприкосновения с металлическими накладками защищаются тиокодовыми мастиками У – 30м, УГ – 32 или апоксидными шпаклевками К – 153 и К – 115. в металлодеревянных конструкциях металлические детали защищаются от коррозии в соответствии с рекомендациями СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии». В пояснительной записке следует конкретно указать какая конструкция (или элемент конструкции) защищается, чем защищается, каким способом. Например: для клеефанерной утепленной плиты покрытия под рулонную кровлю:

Конструктивные меры защиты: устройство вентиляции вдоль ската кровли, вынос карниза на 500мм от продольной стены, надежное устройство стыков (утепленный расширенный продольный стык)

Химические меры защиты: пропитка деревянных ребер плит 10%-ным раствором кремнефтористого аммония (КФА) по способу горячее – холодных ванн; окраска фанерных обшивок пентафталевой эмалью ПФ – 115 за два раза (эта окраска для нижней обшивки является и пароизиляцией).

По условиям огнестойкости рекомендуется проектировать конструкции массивного, прямоугольного сечения, предел огнестойкости которых составляет 30-40 минут и защита который антипиренами не требуется. Для повышения огнестойкости узловых соединений целесообразно размещать металлические крепежные элементы в толще деревянного элемента.

5. Технико-экономические показатели проекта

Расход древесины в деле — Vg [м3/м2]:

/>

Расход cтали Gст [кг/м2]

/>

Фактическая собственная масса несущей конструкции – gфсм [кг/м2]:

/>

Фактическая собственная масса несущей конструкции – KФСМ

/>

Литература

СНиП 2.01.07-86. Нагрузки и воздействия. — М.: Стройиэдат, 1988.

СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования- М.: Стройиздат, 1982.

Конструкции из дерева и пластмасс; Уч. для вузов/Под ред. Г.Г. Карлсена, и В.В.Сдицкоухова, — М.: Стройиздат,1986.

Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования; Уч.пособие для вузов /Под ред. В.А.Иванова.- Киев Высшая школа,1981.

5. Грин И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет. — Киев: Вида школа. 1980.

6. Пособие по проектированию деревянных конструкций / ЦНИИСК им. В.В, Кучеренко.- М.: Стройиздат, 1886.

Рекомендация по проектированию панельных конструкций с применением древесины и древесных материалов для производственных зданий / ЦНИИСК им. А, В, Кучеренко. – М.: Стройиздат, 1982,

Руководство по обеспечению долговечности деревянных клееных конструкций При воздействии на них микроклимата зданий различного назначения и атмосферных факторов / ЦНИИСК им, -В.А.Кучеренко. — М.: Стройиздат, 1981.

Руководство по изготовлению и контролю качества –деревянных клееных конструкций / ЦНИИСК им. В.А, Кучеренко,- М.: Стройиздат. 1982,

10:, Калугин А, В., Фаизов И.Н. Проектирование и расчет ограждающих конструкций. Методические указания по выполнение курсового проекта, — Пермь: ППИ, 1990,

11. Зубарев Г.Н, Конструкции из дерева и пластмасс. Учебное пособие — М.: Высшая школа, 1990. 287 с.

12, Иванов В, А., Клименко В.З, Конструкции из дерева и пластмасс — Киев: Высшая школа 1983.

13. Кормаков Л.И. Валентиновичуо А.Ю. Проектирование клееных из деревянных конструкций — Киев: Будивельник, 1983.