РАСЧЕТ СТРОПИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра строительных конструкций

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАСЧЕТ СТРОПИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Выполнил: Сандыбаев Е.С.

Группа: СЗспв-3

Номер зачетной книжки 13-316

Подпись________

Дата _______

Санкт-Петербург 2016г.

Проверила: Миронова С.И.

Оглавление

Задание Введение

1.     Преимущества конструкций из дерева

Деревянные конструкции издавна широко применяются в строительстве благодаря сочетанию замечательных свойств древесины: высокой прочности и небольшой плотности, малой теплопроводности и легкой обработки, высокой морозостойкости и сейсмостойкости, достаточной пористости, которая способствует воздухообмену между помещениями и наружной атмосферой. Это разнообразие свойств необходимо учитывать при проектировании зданий и сооружений, стремясь в полной мере использовать преимущества древесины.

Деревянные конструкции стойко сопротивляются отрицательному воздействию слабых химических агрессивных сред без какой либо защитной обработки, чем выгодно отличаются от других строительных конструкций.

Древесина – природный материал с хорошими санитарно-гигиеническими свойствами. Экологическая чистота и отсутствие отрицательных воздействий деревянных конструкций на качество биологической активности людей и животных создает уникальные преимущества.

Древесина по сравнению с другими конструкционными материалами обладает производственными преимуществами: она является природным самовозобновляющимся материалом, простым в обработке, а при производстве различных видов несущих или ограждающих конструкций требует незначительных энергозатрат.

Древесина, как и другие конструкционные материалы, имеет недостатки, которые следует учитывать при проектирование конструкций. К таким недостаткам относится: опасность биопоражения в результате нарушения температурно-влажностного режима эксплуатации деревянных конструкций; деревянные конструкции относятся к группе сгораемых материалов; наличие естественных пороков также ограничивает ее применение в конструкция.

Однако современные конструктивные и химические способы защиты древесины от загнивания при соблюдении режима эксплуатации сохраняют деревянные конструкции в течение всего необходимого срока службы.

2.     Меры по защите древесины от горения и гниения

Склонность древесины к гниению и возгоранию делает деревянные конструкции недолговечными и ненадежными. Поэтому принимаются меры по снижению горючести и повышению биостойкости древесины.

Защита от гниения. Гниение древесины происходит в тех случаях, когда на ней начинают развиваться грибы, использующие древесину как питательную среду. Для их развития необходимы определенные условия: влажность древесины не менее 18…20 %; свободный доступ кислорода; температура + 5…+ 40 °С.

Если какое-либо условие не выполняется, гниения древесины не происходит. Наиболее радикальный и реальный с конструктивной точки зрения путь защиты древесины от гниения — сухой режим эксплуатации (влажность древесины должна быть не более 15 ).

Если этот путь невозможен, то можно сделать древесину ядовитой или не съедобной для грибов. Последний прием называют антисептированием (от греч. septikos — вызывающий гниение). Этот путь защиты древесины использовался с давних времен. Например, древесину обжигали до образования на поверхности слоя древесного угля. Более эффективна пропитка древесины антисептиками.

Антисептики – ядовитые вещества, применяемые против дерево-разрушающих грибов: они или замедляют рост грибов, или вызывают их гибель.

По физическому состоянию и методам использования антисептики могут быть: водорастворимыми, маслорастворимыми, газообразными, пастообразными.

В строительстве чаще других применяются как минеральные, так и органические водорастворимые антисептики. Они без цвета и без запаха, не препятствуют склейке и окраске древесины.

Защита от возгорания. Древесина относится к сильногорючим и легковоспламеняемым материалам. Возгорание древесины при контакте с открытым огнем происходит при температуре 260…290 °С, а при нагреве выше 350 °С газы, выделяющиеся из древесины, способны самовозгораться. Для предупреждения возгорания древесины применяют специальные меры конструктивного характера, сводящие к минимуму вероятность нагрева древесины и ее контакта с огнем. Другой путь защиты древесины — снижение возгораемости самой древесины.

Снижение возгораемости древесины вплоть до перевода ее в группу трудносгораемых можно достичь двумя путями: покрытием древесины огнезащитными составами и пропиткой древесины антипиренами (от греч. pyr— огонь).

Огнезащитные покрытия могут быть в виде обмазок, красок и лаков. Обмазки состоят из неорганических связующих (глина, известь, гипс), наполнителей (слюда, асбест и т. п.) и антипиренов. Обмазки наносят слоем 2…3 мм на деревянные конструкции, к которым не предъявляются декоративные требования. Огнезащитные краски образуют более декоративные покрытия. Огнезащитная функция заключается в образовании оплавленных стекловидных пленок, предотвращающих доступ кислорода к древесине и защищающих ее от нагрева.

1. Расчёт покрытия

Район строительства 1

Режим эксплуатации 1.1 (при сухом режиме помещений от 40 до 50% влажности в отопительный сезон)

Тип покрытия – мягкая рулонная кровля

Длина здания 36 м

Срок службы здания 50…100 лет

Угол наклона 10⁰

Рисунок 1. Схема стропильной системы

Расчёт настила

Материал кровли выбираем в виде наплавляемого двухслойного изопласта. Для верхнего слоя кровли применяем изопласт К с крупнозернистой посыпкой с лицевой стороны и полиэтиленовой плёнкой с другой. Материал имеет нетканную основу из полиэфирного стеклохолста. Нижний слой изопласт П имеет ту же основу с покрытием полиэтиленовой плёнкой с двух сторон. Шаг основных несущих конструкций покрытия (полигональные фермы) 6 м.

Намечаем следующую построечную конструкцию покрытия (рис. 2) – по прогонам укладываем два настила досок:

·        нижний – разреженный из досок 22х150 мм, уложенных по прогонам с зазорами 30 мм;

·        Верхний – из досок 16х100 мм, уложенных без зазоров (как опалубка под кровельный материал) под углом 90⁰ к первому.

Рисунок 2. Намечаемая конструкция покрытия здания

         Кровельный материал – изопласт в два слоя: нижний – марки П наплавляется на защитный настил, поверх него наплавляется изопласт марки К (таблица 1).

Таблица 1. Нагрузка на рабочий настил, кН/м²

Элемент конструкции	Нормативная		Расчётная
1. Верхний слой кровельного ковра – изопласт К	0,045	1,1	0,050
2. Нижний слой кровли – изопласт П	0,035	1,1	0,039
3. Защитный настил из досок толщиной 16 мм 5х0,016	0,080	1,1	0,088
4. Рабочий настил из досок 22х150 мм с расстоянием между осями досок 180 мм	0,092	1,1	0,101
Постоянная нагрузка	0,252		0,278
5. Снеговая нагрузка для 1 снегового района	0,56	0,7	0,8
6. Ветер положительного давления не дает, т.к. угол менее 30о

Два сочетания нагрузок

Доски, образующие рабочий настил, по крайней мере, перекрывают два промежутка между прогонами, и настил следует рассматривать, как двухпролетную балку. Расчет ведется по полосе шириной 1 м для двух случаев нагружения, пренебрегая незначительным уклоном (т.к. при α=10, cosα=0,985)

1 случай нагружения – постоянная и временная (снеговая) нагрузки

-Погонная нагрузка, действующая на настил шириной 1 м: 

¾   нормативная:

¾   расчётная:

- Изгибающий момент в досках настила:

,

- Нормальные напряжения:                 

,

где  момент сопротивления полосы настила

,  

тогда .

- Момент инерции расчетной полосы настила:   

.

- Прогиб:                                         

.

2 Случай нагружения – постоянная и сосредоточенная нагрузка (монтажная), которая при наличии двух перекрестных настилов передается на полосу шириной 0,5 м. Тогда на расчетную полосу передаются нагрузки:

, ;

, где k =1,2 – коэффициент запаса;

-Погонная нагрузка:

;

;

- Момент:

.

- Нормальные напряжения:

где     согласно табл. 7 [3]

         МПа – согласно табл. 3[3]

Существует запас прочности , поэтому рассмотрим толщину досок 19 мм без учета некоторого снижения нагрузок:

,

,

Перенапряжение более 5%.

Условие не выполняется, поэтому окончательно принимаем толщину досок 22 мм.

2. Расчет стропильных ног

Проектируем из бруса 100х150 мм:

Таблица 2. Нагрузка на стропила сечением 100х150 мм, кН/м2

Элемент конструкции	Нормативная нагрузка, gн, кН/м2	Коэф. надежности по нагр. ɣ	Расчетная нагрузка, gр, кН/м2
1. Стропильная нога 100х150 мм через 1,5 м 0,1·0.150·5·(1/1,5)	0,05	1,1	0,055
2. Нагрузка от настила (см. таблица 1)	0,252	–	0,278
Постоянная	0,302	–	0,333
3.Снеговая нагрузка для 1 снегового района	0,56	0,7	0,8
4. Ветер положительного давления не дает, т.к. угол менее 30о

Рисунок 3. Расчётная схема стропильной ноги

Определение усилий в стропильных ногах 100х150 мм

Стропильная система состоит из отдельных стропил (стропильных ног), поэтому расчёт сводится к определению нагрузки на каждую стропильную ногу. Найдем распределённую нагрузку на погонный метр отдельной стропильной ноги, с учетом шага между стропилами 1,5 м. Расчет ведется пренебрегая незначительным уклоном (т.к. при α=10, cosα=0,985).

-Погонная нагрузка:

Проверяем стропильные ноги, работающие на комбинированное напряженное состояние – сжатие и изгиб.

Проверка прочности будет вестись по формуле

- Площадь поперечного сечения:

.

- Момент сопротивления:

.

- Наибольший изгибающий момент:

.

- Гибкость:

,

где

- Напряжение:

Большое перенапряжение.

В сечении стропильной ноги существенное превышение допустимого напряжения, что может привести к разрушению стропил. То есть, сечения стропил 10х15 см при выбранном шаге стропил 1.5 м недостаточно. Нужно или уменьшать шаг стропил, или принимать брус большего сечения, или делать подкосы.

При увеличении сечения стропильных ног объем используемой для стропил древесины будет в несколько раз больше. Проектирование подкосов также приведет к некоторому увеличению расхода древесины, однако общий эффект будет намного больше, так как в этом случае стропильная нога может рассматриваться как неразрезная балка на четырех опорах, пролеты которой уменьшатся.

Рисунок 4. Расчётная схема с подкосами

- Наибольший изгибающий момент:

.

- Гибкость:

,

где

- Напряжение:

Условие выполняется.

         Запас прочности высокий, рассмотрим толщину стропильных ног 50х150 мм

         - Нагрузки от стропильных ног:

- Погонная нагрузка:

- Площадь поперечного сечения:

.

- Момент сопротивления:

.

- Наибольший изгибающий момент:

.

- Гибкость:

,

где

- Напряжение:

Условие не выполняется. Перенапряжение больше 5%. Окончательно принимаем сечение стропил 10х15 см.

Проверим принятое сечение по предельному прогибу:

Условие выполняется.

3. Расчет прогонов

Задаемся сечением бруса 10х15 см. Проектируем прогон из бруса, что позволяет при шаге стоек 3 м применить разрезную схему. Расчет ведется пренебрегая незначительным уклоном.

Таблица 3. Нагрузка на прогон

п/п	Вид нагрузок	Нормативная нагрузка qн кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузкам γf	Расчетная нагрузка qР  кН/м2
1	Сумма постоянных нагрузок из таблицы 2	0,302		0,333
2	Прогон 100 х150 мм	0,013	1,1	0,0143
3	Подшивка из досок толщиной 16 мм 5·0,016	0.080	1.1	0.088
4	Пароизоляция	0,01	1,1	0,011
	Утеплитель: плиты МВП-15 толщиной 15 см	0,207	1,2	0,248
Постоянная нагрузка	0,612		0,694
3	Снеговые нагрузки	0,56		0,8
Полная нагрузка	1.172		1.494

-Погонная нагрузка на прогон:

 

 

-Наибольший расчетный изгибающий момент:

-Напряжение изгиба, возникающее в сечение прогона:

,

 

Перенапряжение 3%, то есть меньше 5%, следовательно прочность обеспечена.

Проверим принятое сечение по предельному прогибу:

где момент инерции равен:

 

Окончательно принимаем сечение 10х15 см.

4. Расчет стоек

Принимаем сечение стойки 100х100мм. Шаг стоек l_ст=3м. Высота h_ст=2,35 м (рисунок 4).

Опорная реакция:

,

Гибкость:

Требуемая площадь сечения:

, принимаем 100х100 мм.

5. Расчет подкосов

Принимаем сечение подкоса 50x100. Длина подкоса 3,75 м (подкос «Б» см. рисунок 4).

Опорная реакция:

,

Гибкость:

Требуемая площадь сечения:

,

Принимаем сечение подкосов 50х100 мм.

6. Расчет узлов опирания прогона на стойку и стойки на лежень

Узел опирания прогона на стойку и стойки на лежень при стропилах показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Узел опирания прогона на стойку и стойки на лежень при стропилах: 1 – прогон; 2 – стойка; 3 – стальной штырь Æ16 длиной 150 мм; 4 – лежень; 5 – угловая скоба; 6 – часть скважины заполненная антисептической пастой.

Смятие поперек волокон местное:

,

следовательно, размещение подбалки с большим расчетным сопротивлением смятию не требуется.

7. Расчет узла опирания стропильной ноги на прогон

Узел опирания стропильной ноги на прогон показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Узел опирания стропильной ноги на прогон: 1 – стропильная нога; 2 – прогон; 3 – угловая скоба.

Сосредоточенная нагрузка:

Смятие поперек волокон:

,

 где .

Прочность узла на смятие обеспечена.

8. Расчет узла опирания стропильной ноги на мауэрлат

Узел опирания стропильной ноги на мауэрлат показан на рисунке 7.

Рисунок 7. Узел опирания стропильной ноги на мауэрлат:

1 – кобылка; 2 – стропильная нога; 3 – гвозди 5х150; 4 – угловая скоба;

 5 – мауэрлат; 6 – гидроизоляционный рулонный материал; 7 – скрутка из проволоки диаметром 4-6 мм.

Сосредоточенная нагрузка:

Смятие поперек волокон:

,

где .

Прочность узла на смятие обеспечена.

Заключение

В результате выполненной курсовой работы произведены расчеты для конструирования несущих и ограждающих частей здания. Произведены следующие расчеты: расчет покрытия, стропил, прогонов, стойки, подкосов расчет узла (стойка – прогон), расчет узла врубки стропильной ноги в мауэрлат.

Список литературы

1.     Расчёт покрытий деревянных конструкций: учеб. пособие / Г.Г. Никитин, Л.П. Каратеев; СПбГАСУ. –СПб., 2012. – 107 с.;

2.     Свод правил СП 131.13330.2012 Строительная климатология;

3.     Свод правил СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции;

4.     Свод правил СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия;

5.     Гроздов В.Т. Деревянные наслонные стропильные системы. —СПб., Издательский Дом KN+, 2003. - 69 с,