Конструкция склада минеральных удобрений
Пермский
государственный технический университет
Строительный
факультет
Кафедра
строительных конструкций
Курсовой
проект
Выполнил: ст. гр. ПГС - 07
Кузнецов А.Л.
Проверил: Осетрин А.В.
Пермь,
2009 г.
1. Расчет плиты покрытия
1.1 Исходные данные
Уклон кровли 1 : 3
Материал обшивок панелей - кровельные щиты ель 2
сорта
Шаг несущих конструкций - 3,0м
Шаг прогонов - 2м
Район строительства - г. Пермь
Условия эксплуатации - В2
а =33°41'24"
1.2 Расчёт конструкции не утепленного покрытия
Расчёт деревянного щита покрытия.
А. постоянные нагрузки
q us = г . д = 6000 · 0,05 = 300 Н/м2
где г = 6000 - плотность древесины ели
д= 0,05 - толщина щита
Б. временные нагрузки Снеговая нагрузка
S = So · м = 3200 · 0,75 = 2400 Н/ м2
So = 3200 Н/м 2 - нормативное значение веса
снегового
покрова (для V снегового района ) -где м - коэф.
перехода от веса снегового покрова на земле к снеговой нагрузке на покрытии
=0,75
Ветровая
нагрузка действует перпендикулярно плоскости щита и находится по формуле:
wm
= w0 · kc
w0
= 300 Н/м2
k
= 0,65 + · 8 = 0,81
(при h = 18м)
Сe
= 0,2 + · 13,69 =
0,3369
wm
= 300 · 0,81· 0,3369 = 81, 87 Н/см2
1.3
Сбор нагрузок
|
Нормативная
Н/м2
|
Коэф.
Надежн.
|
Расчетная
Н/м2
|
Постоянные
|
|
|
|
Масса
щита покрытия
|
300
|
1,1
|
330
|
Временные
|
|
|
|
Снеговая,
ветровая
|
1500
81,87
|
1,6
1,4
|
2400
114,62
|
Итого:
|
1881,87
|
|
2814,62
|
Расчетные погонные нагрузки
Собственный вес щита
q 1us = q us ∙ cosб
∙ B = 330 ∙ 0,832 ∙ 1 = 274,58 Н/м
Снеговая нагрузка
Sp S ∙ cos 2б
∙ B = 2400∙0,692∙1= 1660,08 Н/м
Ветровая нагрузка
Wp = Wm ∙ b = 186,2∙ 1 = 114,62 Н/м
1.4 Статический расчет щита
Щит рассчитывается по схеме 2-х пролетной балки
Расчетные сочетания нагрузок
Собственный вес+ снеговая нагрузка
q p1 = (q us +Sp) = 274,58 + 1660,08 = 1934,66
Н/м
2. Собственный вес + снеговая нагрузка +
ветровая нагрузка
q p1 = q us + (W p + Sp) ∙ =
274,58 + (1660,08+114,62) ∙ 0,9 = 1871,81 Н/м
c∙k = 0,9
Максимальный изгибающий момент
M1
= = = 967,33 Н∙м
M11
= = = 935,91 Н∙м
1.5
Конструктивный расчет щита
Расчет
характеристик материала
Ru1
= 1300 ∙ 0,977 = 1275 H/см2
-
Ru Расчетное сопротивление древесины на изгиб 1300 Н/см2
2.
Ru11 = 1300 ∙ 0,977 ∙ 1,2 = 1530 Н/см2
1,2
- коэффициент кратковременной ветровой нагрузки
Требуемый
момент ≥
W1
≥ = 75,87 см3
W11
≥ = 61,17 см3
W
= = ( b = min
32мм)
Требуемая
ширина досок (при ширине 1м)
W
= = = 104,17 см3
Нормативное
напряжение.
у
= = 893,38
Н/см2 < Ru = 1530 Н/см2
Относительный
прогиб при первом сочетании нагрузок.
qн
= (300∙ 0,832 + 2400 ∙ 0,692) ∙ 1 = 1910,4 Н/м
I
= = 130,21 см4
= ∙ = 2,13 /
384 ∙ = < =
2.
Расчет разрезного прогона
2.1
Сбор нагрузок на прогон
q
пр = 108,247 Н/м2
|
Нормативная
Н/м2
|
Коэф.
Надежн.
|
Расчетная
Н/м2
|
Постоянные
|
|
|
|
Масса
щита покрытия
|
300
|
1,1
|
330
|
Масса
прогона
|
108,247
|
1,1
|
119,075
|
Временные
|
|
|
|
Снеговая
|
1248,08
|
1,6
|
1990,92
|
Итого:
|
1656,32
|
|
2445,99
|
Погонные нагрузки при шаге прогонов 2м
qн = 1656,32 ∙ 2 = 3312,64 Н/м
qр = 2445,99 ∙ 2 = 4891,98 Н/м
2.2 Статический расчет прогона
Прогон работает как балка на 2-х опорах, в
условиях косого изгиба. Расчетный пролет прогона
lр
= = 300 -= 285 см
Максимальный
изгибающий момент.
М
= = = 4966,89 Н∙м
Составляющие
моменты относительно главных осей сечения
Мх
= М ∙ cos б = 4966,89 ∙ 0,832 = 4132, 45 Н∙м
Му
= М ∙ sin б = 4966,89 ∙ 0,555 = 2756, 62 Н∙м
2.3
Конструктивный расчет прогона
Проектируем
прогон прямоугольного сечения. Минимальные размеры поперечного сечения прогона
при косом изгибе получаются при отношении сторон:
з
= = = = 1,225
Требуемый
момент сопротивления сечения
Wтр
= = = 577,64
см3
Требуемая
высота сечения.
hтр
= = 16,19 см
b=
см
Принимаем
сечение прогона 15,0 х 15,0 х 300 см
Геометрическая
характеристика сечения
Wx
= = 562,5 см3
Ix
= = 4218,75
см4
Проверка
нормальных напряжений
у
= + = + =
1224,71<Ru = 1300 Н/см2
Проверка
прогиба прогона при косом изгибе от нормативных нагрузок
fx=
=
fy=
=
f=
= 0,363
< = 1,5 см
3.
Расчет арки
Постоянные
нагрузки
|
Нормативная
Н/м2
|
Коэф.
Надежн.
|
Расчетная
Н/м2
|
Постоянные
|
|
|
|
Масса
покрытия
|
300
|
1,1
|
330
|
Масса
прогона
|
108,247
|
1,1
|
119,075
|
Масса
арки
|
545,51
|
1,1
|
600,06
|
Итого:
|
953,76
|
|
1049,135
|
qпр
= Н/м2
Постоянная
прогонная нагрузка
qнпост
= 953,76 ∙ 3 = 2861,28 Н/м
qпост
= 1049,135 ∙ 3 = 3147,41 Н/м
Временные
нагрузки
Снеговая
нагрузка
Погонная
нормативная снеговая нагрузка
qnсн=
3200∙3∙0,7∙0,75 = 5040 Н/м
Погонная
расчетная снеговая нагрузка
Sp
= Sg ∙м = 3200∙ 0,75∙3 = 7200 Н/м
Ветровая
нагрузка
w0=
0,3 кН/м2 (2-й ветровой район)
w=w0∙
гf ∙ Ce ∙ k
гf
= 1,4; Ceнав = 0,34; Ceподв = -0,4
i
- участок с однозначной эпюрой давления
hi
- высота участка с однозначной эпюрой давления
kсрi
- усредненный коэффициент изменения ветрового давления по высоте
участок
|
высота
|
tg
i
|
Ki
|
i=1
i=2 i=3
|
5
10 20
|
0
0,03 0,02
|
0,5
0,65 0,85
|
kicpj
= khj + ∙ tg
i ;
kcp1=
k5 + ∙ tg1
= 0,5
kcp2=
k10 + ∙ tg2
= 0,65 + 0,03 = 0,8
kcp3=
k20 + ∙ tg3
= 0,85 + 0,02 = 1,05
Расчетные
значения ветровой нагрузки
w1нав
= w0 ∙ гf ∙ Cенав ∙ kср1 = 0,3∙1,4∙0,34∙0,5=0,0714
кН/м2
w2нав
= w0 ∙ гf ∙ Cенав ∙ kср2 = 0,3∙1,4∙0,34∙0,8=0,1142
кН/м2
w3нав
= w0 ∙ гf ∙ Cенав ∙ kср3 = 0,3∙1,4∙0,34∙1,05=0,1499
кН/м2
w1подв
= w0 ∙ гf ∙ Cеподв ∙ kср1 = 0,3∙1,4∙0,4∙0,5=0,084
кН/м2
w2подв
= w0 ∙ гf ∙ Cеподв ∙ kср2 = 0,3∙1,4∙0,4∙0,8=0,134
кН/м2
w3подв
= w0 ∙ гf ∙ Cеподв ∙ kср3 = 0,3∙1,4∙0,4∙1,05=0,176
кН/м2
Погонная
расчетная ветровая нагрузка
w1нав
= w1нав ∙ b = 0,105 ∙ 3=0,315 кН/м
w2нав
= w2нав ∙ b = 0,168 ∙ 3=0,504 кН/м
w3нав
= w3нав ∙ b = 0,22 ∙ 3=0,66 кН/м
w1подв
= w1подв ∙ b = 0,84 ∙ 3=0,252 кН/м
w2подв
= w2подв ∙ b = 0,134 ∙ 3=0,402 кН/м
w3подв
= w3подв ∙ b = 0,176 ∙ 3=0,528 кН/м
3.2
Конструктивный расчет арки
Расчетное
сочетание нагрузок
1-е
сочетание: постоянная нагрузка + снеговая + Р↓
414,619
+ 788,534 + 37,504 = 1240,66 кН/м
2-е
сочетание: постоянная + снеговая + ветровая + Р↓
414,619
+ (788,534 + 37,504 + 71,149) ∙ 0,9 = 1222,09 кН/м
Расчетные
усилия: М= 1240,657 кНм
Определяем
предварительные размеры поперечного сечения арки:
Принимаем:
h= 171,5см (49 слоев из досок у = 219мм, до острожки 225мм, фрезер пластей с
2-х сторон 5мм)
b=
33,85см (2 слоя из досок у = 219мм, до острожки 225мм, фрезер пластей с 2-х
сторон 6 мм, из досок у = 119,5мм, до острожки 125мм, фрезер пластей с 2-х
сторон 5,5мм)
Сечение
171,5 х 33,85 см
171,5
х 32,85 см (фрезер с 2-х сторон 10мм)
Расчет
арки на прочность
Данный
расчет выполняем в соответствии с указаниями СНиП II-25-80* п.4.17
Мд
-
изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, определяемый из
расчета по деформационной схеме.
Определение
гибкости
л
=
l0
= 0,5 ∙ 64,9 = 32,45 м
S
= 64,9м = длинна арки
r
= радиус инерции сечения элемента с максимальными размерами брутто
r
=
л
= = 65,56 при
л = 65,56 < 70→
ц
= 1- a
Коэффициент
a = 0,8 для древесины
Ru
= 15∙1∙1∙1,01∙0,8 = 12,12 МПа
Nk
= 250,198 кН
о
= 1-
Мд
= 1312,86 кНм
0,874 <
Rc = 1,212
При
данном значении прочность конструкции обеспечена
3.3
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования
Для
сжато - изгибаемых элементов при отрицательном изгибающем моменте:
где:
Fбр
- площадь брутто с максимальными размерами сечения на участке lр
Wбр
- Максимальный момент сопротивления брутто на участке l1
n2
- для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования и
n=1 для элементов, имеющих такие закрепления
ц
- Коэффициент продольного изгиба, определяется по формуле (8)
для
гибкости участка элемента расчетной длинной lp из плоскости деформирования
цм
- коэффициент определяемый по формуле (23)
цм
= 140
где:
lр
- расстояние между опорными сечениями элемента, а при закреплении сжатой кромки
в промежуточных точках от смещения из плоскости изгиба расстояние между этими
точками.
b
- ширина поперечного сечения.
h
- максимальная высота поперечного сечения на участке lp
kф
- коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке lp
kф
= 1,13
Принимаем
lp = 2м
цм
= 140 ∙
r
= 0,289∙b = 0,289∙32,85 = 9,49 см
л
= == 21,08 <
лпред = 120
ц
= = 6,75
о
= коэффициент изменяющейся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от
продольной силы, вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле:
о
= 1- =1- = 0,993
Мд
= = = 1249,403
кНм
0,443 ≤1
Данное
условие выполнено
3.4
Расчет узлов арки
3.4.1
Опорный узел
Расчетные
усилия N = -393,06 кН
Q=
150,44 кН
Пролет
арки 54м > 18м → конструктивно узел решается в виде плиточного
шарнира.
Принимаем
hш = 10 см
Из
условия размещения болтов назначаем размеры:
S1 =6 ∙ d = 6 ∙ 30 = 180
мм
S2 =3 ∙ d = 3 ∙ 30 = 90 мм
S3 =2,5 ∙ d = 2,5 ∙ 30 =
75 мм
(80мм)
d
= 30мм - диаметр болта
Толщину
башмака принимаем конструктивно 20мм. Проверяем условие, чтобы равнодействующая
усилий в наиболее нагруженном болте от действия расчетной поперечной силы Q и
момента в башмаке Мб не превышала его минимальной несущей способности.
Rб
=
Rб
- равнодействующие усилие в максимально нагруженном болте
[Т6]
- минимальная несущая способность одного среза болта
Мб
- расчетный момент в башмаке M6=Q∙ e
е
- расстояние от оси шарнира до центра болтового соединения
nб
- число болтов в крайнем ряду, ║ оси элемента
Zi
- расстояние между осями болтов в направлении ┴ оси элемента
Zmax
- максимальное расстояние между осями болтов в том же направлении
У
Zi - сумма квадратов расстояний между рядами болтов
e
= 180 ∙ 0,5 +180 + 20 + 50 = 340 мм
Мб
= 150,44 ∙ 0,34 = 51,15кНм = 5115 кН см
У
Zi = 92 +272+452 = 2835 см2
Rб
= = 42,49 кН
< ∙ nш
= 45 кН
= 2,5∙
d2 = 2,5 ∙ 32 = 22,5 кН
Проверка
опорного узла на смятие под углом к волокнам
усм
= < Rсмб ∙
kN
Rсмб
- расчетное сопротивление смятию древесины под углом к волокнам
kN
- коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений под кромками башмаков
Fсм
= 54 ∙ 61 = 3294 см2
Rсмб
= 7,19 МПа
0,12 кН/см2
< 0,719 ∙ 0,35 = 0,25 кН/см2
Проверка
на скалывание по клеевому шву в опорном узле
ф
=
Sx
= = 25116,75
см3
Ix
= = 1021414,5
см4
ф
= 0,069
кН/см2 < Rск = 0,14 кН/см2
Прочность
на скалывании обеспечена.
3.4.2
Коньковый узел
Расчетные
усилия: N= -250,198 кН
Q=
166,799 кН
Н
= N cos б + Q ∙ sin б = -250.198 0,832 + 166.799 ∙ 0,555 = - 115,59
кН
Н
- горизонтальная составляющая усилий
R
= Q cos б - N ∙ sin б = 166,799 ∙ 0,832 + 250,198 ∙ 0,555 =
277,63 кН
R
- вертикальная составляющая усилий
Коньковый
узел конструктивно решается как опорный. Диаметр болтов назначаю такой же, т.е.
d =30 мм. Толщина пластины башмака 20 мм.
е
= 340мм
Mб
= R ∙ е = 277,63 ∙ 0,34 = 94,39 кН м = 9439 кН см
У
Zi2 = 92 + 272 + 452 = 2835 см2
Rб
= 37,96 кН
< [Тб] ∙ nш = 38,82 кН
[Тб]
= 2,5 ∙ d 2 ∙ = 2,5 ∙
32 ∙ = 19,48 кН
Kб
- коэффициент используемый при передаче усилий от панелей под углом к волокнам.
Проверка
конькового узла на смятие под углом к волокнам
усм
=
Rсмб
- расчетное сопротивление смятию древесины под углом к волокнам
kN
- коэффициент учитывающий концентрацию напряжений под кромками башмаков.
Fсм
= 54 ∙ 81= 4374 см2
Rсмб
= 7,19 МПа
0,026
кН/см2 < 0,719 ∙ 0,35 = 0,25 кН/см2
Проверка
конькового узла на скалывание по клеевому шву:
ф
= 0,044 кН
/см2 < Rскб = 0,14 кН/см2
Rскб
= 0,14 кН/см2 - расчетное сопротивление древесины скалыванию под углом к
волокнам:
Rскб
= 1,4 МПа =
0,14 кН/см2
4.
Обеспечение пространственной устойчивости сооружения
В
сооружении плоскостные несущие конструкции при помощи связей в продольном
направлении объединяются в общую систему, которая доводиться до неподвижных
частей, эта система обеспечивает пространственную неизменяемость, устойчивость,
прочность и жесткость конструкции от воздействий внешних сил любого направления
при расчетном сочетании нагрузок.
По
конструктивному признаку связь - скатная с крестовой решеткой.
Блоки
связей спаренные, так как пролет более 18 метров (54м), расположены в торцовых
секциях и через 24 метра. Всего 4 блока связей с каждой стороны, что
обеспечивает пространственную неизменяемость, устойчивость, прочность и
жесткость конструкции.