Конструкции из дерева и пластмасс: Методические указания к курсовой работе

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

Ульяновск 2007

Федеральное агентство по образованию Ульяновский государственный технический университет

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 2 7 0 1 0 2 6 5 дневной формы обучения

Составители: В. В. Карсункин В. А. Обрезкова

Ульяновск 2007

УДК 624(076) ББК 38.55я7 К65 Рецензент - начальник Ульяновского филиала Федерального государственного учреждения «Федеральный лицензионный центр при Госстрое» Логачев Валентин Семенович. Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета

Конструкции и з д е р е в а и п л а с т м а с с : К65

М е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я к к у р с о в о й р а б о т е / сост. В. В. К а р с у н к и н ,

В. А. О б р е з к о в а . - У л ь я н о в с к : У л Г Т У , 2 0 0 7 . - 16 с. Составлены в соответствии с учебным планом по курсу «Конструкции из дерева и пластмасс» для специальности 27010265. Предназначены для студентов 4 курса дневной формы обучения. Дают возможность изучить физико-механические свойства древесины как конструктивного материала.

Работа подготовлена на кафедре «Строительные конструкции».

УДК 624 (076) ББК 38.55я7

© В . В. Карсункин, В. А. Обрезкова, составление, 2007 ©Оформление. УлГТУ, 2007

3

СОДЕРЖАНИЕ Введение

4

1. Тематика, состав и содержание курсовой работы

4

2. Основные методические положения проектирования панельных конструкций покрытия

5

2.1 Общие указания

5

2.2 Методика и основные положения расчета

7

3. Основные методические положения проектирования несущих деревянных конструкций

11

3.1. Общие указания

11

3.2. Методика и основные положения расчета

12

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

16

4

ВВЕДЕНИЕ Работа над курсовой работой по дисциплине « Конструкции из дерева и пластмасс» преследует цель закрепить у студентов теоретические знания, полученные в процессе изучения курса, привить навыки в расчете и проекти­ ровании конструкций из дерева и пластмасс, подготовить к самостоятельно­ му решению конкретных инженерных задач. Предлагаемые методические указания (МУ) направлены на повышение качества выполнения курсовой работы, развитие навыков работы с учебной, нормативно-технической и справочной литературой. При этом учитывается тот факт, что к моменту выполнения данной курсовой работы освоили ряд технических наук, такие как сопротивление материалов, архитектура, строи­ тельные материалы. Необходимо отметить, что МУ не являются готовым руководством по выполнению конкретной курсовой работы. В них даются лишь общие прин­ ципы проектирования конструкций и порядок выполнения работы.

1. ТЕМАТИКА, СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Для курсового проектирования студентам выдается задание на разра­ ботку общественного, промышленного, сельскохозяйственного и т.п. зданий. Несущие конструкции и конструкции покрытия решаются из клееной древе­ сины и пластмасс. Курсовая работа

состоит из расчетно-пояснительной записки (20-25

страниц) и 1 листа чертежей формата А1.

5

Расчетно-пояснительная записка должна содержать все исходные дан­ ные проекта, обоснование выбора типа конструкций, конструкционных мате­ риалов, действующие нагрузки. В записке должны быть отражены все этапы проектирования и расчета ограждающих и несущих конструкций в соответ­ ствии с действующими нормами, проиллюстрированные необходимыми схе­ мами и эскизами. В записке необходимо отразить соображения по изготовле­ нию, монтажу и защите разрабатываемых конструкций. На чертеже в соответствии с ЕСКД необходимо изобразить конструк­ ции и их основные элементы, привести спецификацию, особо важные приме­ чания и требования.

2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАНЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЯ. 2.1 Общие указания

Плиты покрытия на деревянном каркасе применяются в отапливаемых зданиях с наружным отводом воды сельскохозяйственного, промышленного, гражданского и транспортного назначения в районах с расчетной температу­ рой наружного воздуха до - 50°. Они могут применяться также и для покры­ тия неотапливаемых зданий, если в них отсутствует интенсивное парообра­ зование. Рекомендуемые размеры плит : ширина 1.2-1.5 м; высота 1/32 - 1/20 пролета; длина до 6 м при опирании на несущие конструкции, расположен­ ные вдоль здания, при двухскатных и односкатных кровлях длина их может быть до 9-12 м.

6

Плиты состоят из несущего каркаса, обшивок, утеплителя и пароизоляции. Утепленные плиты имеют верхнюю и нижнюю обшивки, неутепленные только верхнюю. Каркас плит покрытия состоит из продольных ребер, торцовых ребер, а в панелях длиной более Зм

также и поперечных ребер. Расстановку ребер

производят с учетом местного изгиба обшивки от действия основной и мон­ тажной нагрузки и ее местной устойчивости от действия сжимающих усилий. Обычно шаг продольных ребер 0,4 - 0,5 м. Шаг поперечных ребер зависит от длины материала обшивки (обязательная постановка под стыки обшивки), но не менее 0,75 м.

Минимальная ширина ребер назначается из условий обес­

печения необходимой надежности клеевого соединения с обшивками. Ребра

из цельной или клееной древесины выполняют из древесины

хвойных пород, удовлетворяющей требованиям для 2-го сорта в соответст­ вии со СНиП [1]. Расчетные сопротивления древесины также принимаются в соответствии с указаниями соответствующих глав СНиП [1]. В фанерных элементах каркаса должна применяться водостойкая фане­ ра ФСФ, заготовленная из березового или лиственного шпона. Для обшивок плит могут применяться различные материалы. Фанерные об­ шивки плит покрытия должны изготавливаться из водостойкой фанеры мар­ ки ФСФ сорта не ниже В/ВВ или из бакелизированной фанеры марки ФСБ толщиной не менее 6 мм в растянутой зоне и не менее 8 мм в сжатой. Стыки обшивки осуществляются «на ус» с длиной «уса» 8-10 толщин фанеры, а также посредством зубчатого клеевого соединения по П-й группе соединений с шагом 10 мм. Использование в качестве обшивок синтетических пластмасс наиболее целесообразно при изготовлении светопроницаемых плит покрытия. Основ­ ными материалами служат : полиэфирный стеклопластик, органическое стек­ ло ( полиметилметакрилат), светопрозрачный поливинилхлорид - винипласт.

7

Светопрозрачные листы крепятся к каркасу с помощью клея, болтов или шу­ рупов. Постановка металлических связей должна обязательно осуществлять­ ся через прокладку для обеспечения равномерного усилия прижима. Конструкция плит покрытия должна отвечать определенным теплотех­ ническим требованиям. Теплотехнический расчет производится на основании соответствующих глав СНиП [2]. Надежная работа конструкций в этом плане обеспечивается правиль­ ным расположением тепло- и пароизоляционных материалов. Здесь должно выполняться следующее правило: расположение материалов должно обеспе­ чивать постоянность падения упругости водяных паров воздуха, проходящих через толщу конструкций в направлении от более высоких температур возду­ ха помещений к более низким температурам наружного воздуха. Поэтому наиболее теплопроводные материалы располагают у внутренней поверхности ограждения, далее - в порядке падения степени их теплопроводности. Пароизоляция располагается у внутренней поверхности, т.е. со стороны более вы­ соких температур. Практически все утепленные плиты покрытия с деревянным каркасом относятся к сгораемым и могут быть применены для зданий и сооружений III и IV степени огнестойкости с пределами огнестойкости 0,25 - 0,5 часа в за­ висимости от материала обшивки.

2.2 Методика и основные положения расчета

Расчет плит покрытия и панелей стен производится на основе требова­ ний СНиП [1] по двум предельным состояниям: -

по несущей способности на действие расчетных нагрузок;

-

по деформациям на действие нормативных нагрузок.

8

Плиты перекрытия рассчитываются на следующие нагрузки: постоян­ ные от собственного веса и временные от веса снегового покрова. Кроме то­ го,

верхнюю обшивку расчитывают на местный изгиб от сосредоточенного

груза Р= 1 кН с коэффициентом перегрузки 1,2 ( вес человека с грузом). Рас­ четная схема при этом зависит от способа крепления обшивки к ребрам пли­ ты. Панели стен рассчитываются на эксплуатационные нагрузки равные весу рассчитываемой и вышележащей панели и ветровой нагрузки с учетом аэродинамических коэффициентов. Кроме того стеновые панели расчитыва­ ются на монтажные нагрузки Последовательность и правила приложения нормативных и расчетных нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями СНиП [3]. При расчета плит покрытия с применением древесины и древесных ма­ териалов фактическое поперечное сечение плиты заменяется приведенным. Приведение осуществляется к наиболее напряженному материалу - материа­ лу обшивок. Коэффициент приведения осуществляется по формуле

где Ер и Еоб соответственно модули упругости ребра (древесины) и об­ шивки (фанеры, ДВП, пластика и др.) Приведенное сечение плиты с двумя обшивками изображено на рис.2.1. Геометрические характеристики такого сечения определяются по об­ щим правилам сопротивления материалов как для составного сечения. Прочность растянутой обшивки определяется по формуле

где R ф.р - расчетное сопротивление фанеры растяжению

9

Рис.2.1 Схема приведенного сечения плиты покрытия с деревянным каркасом и двумя обшивками.

кф - коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки, принимаемый

в соответствии с требованиями

СНиП[1], 1пр — приведенный момент инерции сечения, Уо — координата нейтральной оси относительно нижней грани сечения М — расчетный изгибающий момент. Проверка напряжений в крайних растянутых волокнах материала ребер производится по формуле

где δн - толщина нижней обшивки, R и - расчетное сопротивление материала ребра изгибу. Устойчивость сжатой обшивки проверяется по формуле

10

11

kдл-

коэффициент, учитывающий прирост прогиба конструкции в

процессе эксплуатации, вследствие снижения модуля упругости материала и ползучести клеевых соединений, Е ф - модуль упругости фанеры.

3.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕСУЩИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ. 3.1 Общие указания Проектирование и расчет несущих деревянных конструкций осуществ­ ляется в соответствии со СНиП [1], а также специальной нормативнотехнической документацией. Для несущих деревянных конструкций следует применять массивные клеедеревянные и цельнодеревянные элементы преимущественно прямо­ угольного сечения, в связи с их технологичностью и огнестойкостью. Напряжения и деформации от изменения температуры древесины, яв­ лений усушки или разбухания вдоль волокон не учитываются. При пролетах более 30 м одна из опор делается подвижной. Не допускается ослабление на кромках в растянутых и изгибаемых элементах. Стыки растянутых элементов должны быть совмещены в одном сечении и перекрыты накладками на стальных цилиндрических нагелях. Конструкции стыков в растянутых элементах должны обеспечивать осевую передачу усилий. Элементы деревянных должны быть сцентрированы в узлах, стыках, опорах. Эксцентрическое соединение допускается только в случае, если оно уменьшает действующий в расчетном сечении изгибающий момент .

12

Площадь поперечного сечения нетто деревянных элементов сквозных 2

несущих конструкций должна быть не менее 50 см , а также не менее 0,5 полной площади сечения брутто при симметричном ослаблении и 0,67 - при несимметричном. Собственный вес конструкции при расчете определяется по формуле

н

н

где g и р — постоянная и временная нормативные нагрузки,, L - пролет конструкции, kсв - коэфф-т собственного веса, принимаемый по справочникам.

3.2 Методика и основные положения расчета

Многообразие видов несущих деревянных конструкций и большие объемы расчетных формул не позволяют в пределах настоящих МУ привес­ ти подробное описание их расчетов. Подобные описания приведены в норма­ тивно-технической, справочной и учебной литературе [4,5,6]. Ниже приведе­ ны основные требования и расчетные соотношения для наиболее распро­ страненных типов несущих деревянных конструкций. Балки Для покрытий зданий и сооружений рекомендуются клеедеревянные балки (дощатоклееные и клеефанерные) и балки из цельной древесины на пластинчатых нагелях. Дощатоклееные балки применяются для пролетов до 18 м. Высота ба­ лок назначается не менее 1/15 пролета.

13

Расчет дощатоклееных балок на прочность по нормальным напряже­ ниям следует проводить в соответствии с п.4.9 СНиП [1]. Для балок с относительной высотой h/L > 1/10 необходима, кроме то­ го, проверка прочности по главным растягивающим напряжениям. Проверка проводится на нейтральном слое на расстоянии от оси опорной площадки х=0,9 h0 для балок постоянной высоты и х=1,1 h0 для балок переменной вы­ соты. Проверка осуществляется по формуле 44 [4]. Расчет клеефанерных балок проводится по методу приведенного се­ чения по указаниям [1] в части особенностей расчета клееных элементов из фанеры с древесиной. При этом значение модуля упругости фанеры вдоль волокон наружных слоев (табл.11 [1]) следует повышать на 20%. Проверку прочности по нормальным краевым, максимальным скалывающим и глав­ ным растягивающим напряжениям следует производить в соответствии с указаниями пп 4.28-4.30 [1]. При этом Rфрα умножается на коэффициент mф=0,8, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры. Фермы В покрытиях зданий и сооружений следует применять однопролетные фермы . Рекомендуемые типы и схемы ферм приведены в табл.1 [4]. Проектирование ферм следует выполнять в соответствии с пп.6.216.24 [1]. Осевые усилия и перемещения в элементах ферм допускается опре­ делять в предположении шарниров в узлах. Расчетные значения усилий оп­ ределяются в поясах и элементах решетки всех типов ферм от действия по­ стоянной и снеговой нагрузки по всему пролету, а также от действия посто­ янной нагрузки по всему пролету и снеговой на половине пролета. Расчет верхнего пояса на прочность рекомендуется производить со­ гласно требованиям раздела 4 [4]. Расчетную длину сжатых элементов ферм при расчете на устойчивость следует принимать по п.4.21 и 6.23 [1].

14

При внецентренном креплении элементов решетки к растянутому нижнему поясу необходимо учитывать возникающие в нем изгибающие моменты и рассчитывать его на внецентренное растяжение. Арки Гнутоклееные деревянные арки, как правило, следует проектировать кругового очертания постоянного прямоугольного сечения с отношением стрелы подъема к пролету свыше 1/6 и ширины к высоте сечения 1/8. Очертание стрельчатых трехшарнирных арок определяется из условий обеспечения заданного внутреннего габарита здания; при этом стрелу подъ­ ема полуарок рекомендуется принимать 1/12 - 1/15 длины хорды полуарки. Рекомендуемые схемы, пролеты и другие геометрические параметры арок представлены в табл.1 [4]. Расчет и проектирование арок следует производить по правилам строительной механики и в соответствии с пп.6.25-6.27 [1]. Расчет арок на прочность производится при следующих сочетаниях нагрузок: А. В пологих арках (f1/3L ): - расчетная постоянная и снеговая нагрузки на всем пролете и вре­ менная нагрузка от подвесного оборудования;

15

- расчетная постоянная нагрузка на всем пролете, односторонняя сне­ говая нагрузка на половине пролета и временная нагрузка от подвесного оборудования; - ветровая нагрузка с постоянной и остальными временными нагруз­ ками. Расчетным сечением арки для каждого сочетания нагрузок при расче­ те на прочность является сечение с наибольшим изгибающим моментом, для которого определяется также нормальная сила. Проверка нормальных напряжений в нем от сжатия с изгибом производится в соответствии с пп.6.25-6.27 [1]. Рамы Дощатоклееные рамы могут применяться в зданиях с утепленными или неутепленными ограждающими конструкциями из плит или прогонов с рулонными, асбестоцементными или другими кровлями. Расчет рам производится по правилам строительной механики с уче­ том требований пп. 4.17,4.18, 6.28-6.30 [1] для следующих схем загружения: -

постоянная и снеговая нагрузки на всем пролете,

-

постоянная на всем пролете и снеговая на половине пролета,

-

по двум предыдущим схемам с добавлением ветровой нагрузки.

В трехшарнирных рамах со стойками высотой до 4м расчет на ветро­ вую нагрузку не производится. Проверку нормальных напряжений следует производить в карнизном узле для трехшарнирных рам ломаного очертания и в месте максимального момента криволинейной части для гнутоклееных рам. В других сечениях ригеля и стойки проверка нормальных напряжений не требуется. Если вы­ сота сечения ригеля в коньке составляет более 30% от высоты сечения риге­ ля в карнизном узле, а высота стоек рам в пяте - свыше 40% от высоты в карнизном узле.

16

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. СНиП П-25-80 Деревянные конструкции. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1982. 2. СНиП II-3-79* Строительная теплотехника. Нормы проектирования. М. Стройиздат, 1980. 3. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. - М.: Стройиздат. 1987. 4. Пособие по проектированию деревянных конструкций ( к СНиП II25-80). ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко. М: Стройиздат, 1986. 5. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебник для вузов. Под ред. Г.Г.Карлсена. 2-е изд-е. - М. Стройиздат, 1986. 6. Зубарев А.В. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебное пособие. М. Высшая школа, 1990.

Учебное издание

Конструкции из дерева и пластмасс Методические указания

Составители: КАРСУНКИН Владимир Викторович, ОБРЕЗКОВА Вера Александровна

Подписано в печать 0 7 . 1 1 . 0 7 . Формат 60x84/16. Бумага писчая. Усл.печ,.л, 0,93.

Тираж 100 экз.

Заказ 1459

Ульяновский государственный технический университет, 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32. Типография УлГТУ, 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.