Курсовая работа: Проектирование хоккейного стадиона
Название: Проектирование хоккейного стадиона Раздел: Рефераты по строительству Тип: курсовая работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пермский Государственный Технический УниверситетКафедра Строительных КонструкцийКУРСОВОЙ ПРОЕКТПо дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс» на тему «Проектирование хоккейного стадиона» Выполнил: Семёнов К.В. Проверил: Фаизов И.Н. Пермь 2009Задание на проектированиеРис. 1 - Геометрическая схема конструкцииТаблица 1 - Задание
1. Компоновка плиты Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,5 м. Ширина плиты принимается равной ширине плоского асбестоцементного листа по ГОСТ 18124 – 1,5 м. Толщина листа – 10 мм. Асбестоцементные листы крепятся к деревянному каркасу шурупами диаметром 5 мм и длиной 50 мм через предварительно просверленные и раззенкованные отверстия. Высота плиты h Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер. Ребра принимаем из ели 2-го сорта. Толщину ребер принимаем 50 мм. По сортаменту принимаем доски 50*150 мм. После острожки кромок размеры ребер 50*145 мм. Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 50 см. Поперечные ребра принимаются того же сечения, что и продольные и ставятся в местах стыков асбестоцементных листов. листы стыкуются на «ус». Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра. Пароизоляция – окрасочная по наружной стороне обшивки. Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза. Вентиляция в плитах осуществляется вдоль плит через вентиляционные отверстия в поперечных ребрах. 1.1 Теплотехнический расчет плиты Место строительства: г. Соликамск Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92: text =-37°С; Средняя температура наружного воздуха отопительного периода: tht =-6,7°С; Продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой ≤8°С: zht =245 суток; Расчетная средняя температура внутреннего воздуха: tint =12°С; Зона влажности: 3 (сухая); Влажностный режим помещений: влажный (75%); Условия эксплуатации: Б (нормальный); Расчетные формулы, а также значения величин и коэффициентов приняты по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
Принимаем толщину утеплителя 80 мм. 1.2 Сбор нагрузок на плиту (кН/м2 ) Сбор нагрузок выполняем в табличной форме:
1.3 Снеговая нагрузка Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле Sg =3,2 кН/м2 – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли (г. Соликамск – V снеговой район); Схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента m принимаем в соответствии с приложением 3 СНиП Нагрузки и воздействия [1], при этом промежуточные значения коэффициента m определяем линейной интерполяцией (рис. 2). Рис. 2 - Схема распределения снеговой нагрузки m1 = cos 1,8a; m2 = 2,4 sin 1,4a, где a - уклон покрытия, град sin 50 = l1 /R => l1 = R ∙ sin 50= 9000∙ 0,766= 6900 мм ≈ 7000 м sin a = 6000/9000=0,667; a=42о ; m1 = cos (1,8∙42) = 0,25; m2 = 2,4 sin (1,4∙42) = 2,05; sin a = 4000/9000=0,444; a=26о ; m1 = cos (1,8∙26) = 0,67; m2 = 2,4 sin (1,4∙26) = 1,44; sin a = 2000/9000=0,667; a=13о ; m1 = cos (1,8∙13) = 0,92; m2 = 2,4 sin (1,4∙13) = 0,74; 1.4 Ветровая нагрузка Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли
w 0 = 0,30 – нормативное значение ветрового давления; (г. Соликамск – II ветровой район) k = 1,0 (z = 9 м)– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности; (местность тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями)
с e - аэродинамический коэффициент внешнего давления, принимаем по обязательному приложению 4 СНиП Нагрузки и воздействия [1], где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов с e соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак «минус» - от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией. gf – коэффициент надежности по нагрузке. gf = 1,4 Ветровую нагрузку находим на двух участках1 участок -
|
Усилия |
||||||||
№ элем |
№ сечен |
Тип РСУ |
Кран/сейсм |
Критерий |
N (кН) |
My (кН*м) |
Qz (кН) |
№№ загруж |
1 |
1 |
2 |
- |
2 |
-214.991 |
0.000 |
-69.687 |
1 2 3 |
1 |
2 |
2 |
- |
2 |
-204.441 |
-149.395 |
-70.937 |
1 2 3 |
2 |
1 |
2 |
- |
2 |
-215.427 |
-149.395 |
-20.480 |
1 2 3 |
2 |
2 |
2 |
- |
2 |
-205.377 |
-197.354 |
-24.230 |
1 2 3 |
3 |
1 |
2 |
- |
2 |
-205.740 |
-197.354 |
20.924 |
1 2 3 |
3 |
1 |
1 |
- |
13 |
-146.436 |
-101.827 |
23.974 |
1 3 |
3 |
2 |
2 |
- |
2 |
-198.040 |
-163.524 |
15.924 |
1 2 3 |
3 |
2 |
1 |
- |
13 |
-138.736 |
-62.398 |
18.974 |
1 3 |
3 |
2 |
2 |
- |
14 |
-109.278 |
-142.995 |
-2.337 |
1 2 4 |
4 |
1 |
2 |
- |
2 |
-191.727 |
-163.524 |
52.099 |
1 2 3 |
4 |
2 |
1 |
- |
2 |
-106.518 |
-128.391 |
12.671 |
1 2 |
4 |
2 |
2 |
- |
13 |
-163.784 |
-107.332 |
25.486 |
1 2 3 |
5 |
1 |
1 |
- |
2 |
-101.326 |
-128.391 |
35.210 |
1 2 |
5 |
1 |
2 |
- |
13 |
-154.513 |
-107.332 |
60.002 |
1 2 3 |
5 |
2 |
1 |
- |
1 |
-70.049 |
24.318 |
-2.830 |
1 3 |
5 |
2 |
1 |
- |
2 |
-87.623 |
-66.032 |
14.910 |
1 2 |
5 |
2 |
2 |
- |
18 |
-120.126 |
-24.738 |
9.057 |
1 2 3 |
6 |
1 |
1 |
- |
1 |
-68.466 |
24.318 |
15.073 |
1 3 |
6 |
1 |
1 |
- |
2 |
-80.953 |
-66.032 |
36.698 |
1 2 |
6 |
1 |
2 |
- |
13 |
-113.875 |
-24.738 |
39.302 |
1 2 3 |
6 |
2 |
1 |
- |
1 |
-58.071 |
22.494 |
-14.627 |
1 3 |
6 |
2 |
1 |
- |
2 |
-71.223 |
-16.734 |
8.898 |
1 2 |
6 |
2 |
2 |
- |
18 |
-97.906 |
8.960 |
-6.323 |
1 2 3 |
7 |
1 |
1 |
- |
1 |
-59.859 |
22.494 |
-1.767 |
1 3 |
7 |
1 |
1 |
- |
2 |
-67.631 |
-16.734 |
24.041 |
1 2 |
7 |
1 |
2 |
- |
14 |
-56.445 |
21.695 |
-1.851 |
1 3 4 |
7 |
1 |
2 |
- |
18 |
-96.968 |
8.960 |
14.928 |
1 2 3 |
7 |
2 |
2 |
- |
2 |
-92.542 |
0.000 |
-21.957 |
1 2 3 |
8 |
1 |
2 |
- |
2 |
-97.446 |
-32.344 |
33.083 |
1 2 3 4 |
8 |
1 |
2 |
- |
13 |
-99.159 |
-32.032 |
33.188 |
1 2 3 |
8 |
2 |
2 |
- |
2 |
-95.109 |
0.000 |
-0.561 |
1 2 3 |
8 |
2 |
2 |
- |
13 |
-57.109 |
0.000 |
4.208 |
1 3 4 |
8 |
2 |
1 |
- |
14 |
-63.827 |
0.000 |
-7.659 |
1 2 |
9 |
1 |
2 |
- |
2 |
-114.963 |
-93.953 |
46.975 |
1 2 3 4 |
9 |
1 |
2 |
- |
13 |
-116.659 |
-93.656 |
47.255 |
1 2 3 |
9 |
2 |
2 |
- |
2 |
-102.286 |
-32.344 |
11.302 |
1 2 3 4 |
9 |
2 |
2 |
- |
18 |
-103.982 |
-32.032 |
11.035 |
1 2 3 |
10 |
1 |
2 |
- |
2 |
-148.647 |
-175.452 |
51.312 |
1 2 3 |
10 |
1 |
2 |
- |
5 |
-146.936 |
-175.384 |
50.848 |
1 2 3 4 |
10 |
2 |
2 |
- |
2 |
-123.129 |
-93.953 |
16.202 |
1 2 3 4 |
10 |
2 |
2 |
- |
18 |
-124.840 |
-93.656 |
16.042 |
1 2 3 |
11 |
1 |
2 |
- |
2 |
-173.461 |
-213.973 |
34.703 |
1 2 3 |
11 |
2 |
2 |
- |
2 |
-156.191 |
-175.452 |
18.255 |
1 2 3 |
11 |
2 |
2 |
- |
5 |
-154.420 |
-175.384 |
18.170 |
1 2 3 4 |
12 |
1 |
2 |
- |
2 |
-184.585 |
-222.578 |
7.186 |
1 2 3 |
12 |
1 |
1 |
- |
13 |
-124.167 |
-128.379 |
9.513 |
1 3 |
12 |
2 |
2 |
- |
2 |
-176.885 |
-213.973 |
2.186 |
1 2 3 |
12 |
2 |
1 |
- |
13 |
-116.467 |
-115.502 |
4.513 |
1 3 |
12 |
2 |
2 |
- |
14 |
-109.627 |
-145.909 |
-2.110 |
1 2 4 |
13 |
1 |
2 |
- |
2 |
-191.794 |
-155.701 |
-29.298 |
1 2 3 |
13 |
1 |
2 |
- |
14 |
-189.955 |
-154.998 |
-29.323 |
1 2 3 4 |
13 |
2 |
2 |
- |
2 |
-181.744 |
-222.578 |
-33.048 |
1 2 3 |
14 |
1 |
2 |
- |
2 |
-189.942 |
0.000 |
-72.655 |
1 2 3 |
14 |
2 |
2 |
- |
2 |
-179.392 |
-155.701 |
-73.905 |
1 2 3 |
Наибольшие усилия в элементах арки:
продольная сила N= - 215 кН;
поперечная сила Q= - 73,9 кН;
изгибающий момент М= + 222 кНм.
Коньковый узел
продольная сила N= - 92,5 кН;
поперечная сила Q= - 24 кН.
Опорный узел
продольная сила N= - 215 кН;
поперечная сила Q= - 70 кН.
2.5 Статический расчет арки
Статический расчет несущего элемента арки выполняем в соответствии с указаниями СНиП [2] как сжато-изгибаемого элемента. Расчетное сечение арки является сечение с максимальным изгибающим моментом от наиболее невыгодного сочетания нагрузок М= 1679 кНм. При этом же сочетании нагрузок определяем значения продольной силы N= -1147 кН в расчетном сечении и величины продольных и поперечных сил в коньковом и опорном узлах.
2.6 Подбор сечения полуарки
Материал для изготовления полуарок принимаем древесину сосны второго сорта толщиной 25 мм. Коэффициент надежности по назначению γn = 0,95. Сечение полуарки принимается клееным прямоугольным.
Оптимальная высота поперечного сечения арки находится в пределах
(1/40 - 1/50)l = (1/40 - 1/50)1800 = 45,0 – 36,0 см.
Согласно СНиП [2], пп. 3.1 и 3.2, коэффициенты условий работы древесины будут при h > 60 см, δсл = 2,25 см mб = 0,8; mсл = 1; соответственно расчетное сопротивление сжатию и изгибу
Rс = Rи = 0,96×0,8×1,5= 1,152 кН/см2 .
Предварительное определение размеров поперечного сечения арки производим по п. 4.17 СНиП [2]:
N/Fрасч + Mд /Wрасч ≤ Rс .
h3 - βNh/Rс - 6βM/(ξRс ) = 0.
h3 + 3ph + 2q = 0,
Принимаем β = h/b = 5,5; ξ = 0,65.
p = -βN/(3Rс )= -5,5×215/(3×11520)= -0,034;
q = -3βM/(ξRс )= -3×5,5×222/(0,65×11520)= -0,50;
h3 – 0,549×h – 7,4 = 0,
Поскольку q >> p, дискриминант уравнения Д = q2 + p2 > 0 и оно имеет одно действительное и два мнимых решения. Согласно формуле Кардано, действительное решение h = U + V,
;
h = U + V= 1,0- 0,1= 0,9 м.
Компонуем сечение из 36 слоев досок толщиной 25 мм, шириной 200 мм. С учетом острожки по 6 мм с каждой стороны, расчетное сечение получаем 900 х 200 мм.
Расчетные площадь поперечного сечения и момент сопротивления сечения:
Wрасч = b×h2 /6 = 20×902 /6 = 27000 cм3 ;
F расч = b×h = 20 ×90 = 1800 см2 .
Расчетная длина полуарки:
2.7 Расчет по прочности сжато-изгибаемой полуарки
Расчет элемента на прочность выполняем в соответствии с указаниями п. 4.17 СНиП [2] по формуле
Определяем гибкость согласно пп.4.4 и 6.25:
λ = l0
/r = l×μ/
= l×μ /
= l×μ /(0,29h) = 1415×1/(0,29×90) = 54,2.
Fбр = Fрасч =1800 см2 - площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента;
Коэффициент продольного изгиба φ= 1-а× (λ /100)2 =1-0,8×(0,542) 2 =0,76
Коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации оси элемента
ξ = 1 - N/(φ×Rс ×Fбр ) = 1 - 215/(0,76×1,152×1800) = 0,86;
Изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок
Mд = M/ξ = 222 / 0,86 = 257 кНм;
N/Fрасч + Mд /Wрасч = 215/1800 + 257×102 /27000 = 0,12 + 0,95 = 1,07 < 1,152 кН/м2 , т.е. прочность сечения обеспечена с запасом 8%.
2.8 Расчет на устойчивость плоской формы деформирования
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производим в соответствии с п. 4.18 [2] по формуле
N/(Fбр φRс ) + [Mд /(Wбр φм Rи )]n ≤ 1
Показатель степени n = 1, т.к. элементы арки имеют раскрепления растянутой зоны из плоскости деформирования
lр = 450 см,
Коэффициент φМ определяем с введением в знаменатель коэффициента mб согласно п. 4.25 [3]:
φМ = 140×b2 ×kф /(lр ×h×mб ) = 140×202 ×1,13/(450×90×0,8) = 1,95.
Согласно п. 4.14, к коэффициенту φМ вводим коэффициенты Kжм и Kнм . С учетом подкрепления внешней кромки при m > 4 Kжм = 1
Kнм =1+ 0,142×lр ×/h + 1,76×h×/lр + 1,4×αр =1+ 0,142×450/90 + 1,76×90/450+ 1,4×0= 2,06;
φм Kнм = 1,95×2,06 = 2,07
Коэффициент продольного изгиба φ из плоскости
φ = A/λ2 y = 3000/[(lо/r]2 = 3000×/(450/0,29×20) 2 = 0,5.
Согласно п. 4.18, к коэффициенту φ вводим коэффициент Kн N :
Kн N = 0,75 + 0,06(lр /h)2 + 0,6αр lр /h = 0,75 + 0,06(450/90)2 = 2,25
φKн N = 0,5×2,25 = 1,13.
N/(Fбр φRс ) + Mд /(Wбр φм Rи ) = 215/(1800×1,13×1,152) + 257×102 / (27000×2,07×1,152) = =0,09 + 0,40 = 0,49 < 1.
Таким образом, устойчивость арки обеспечена при раскреплении внутренней кромки в промежутке между пятой и коньком через 4,5 м.
2.9 Проверка сечения арки на скалывание по клеевому шву
Проверку сечения арки на скалывание по клеевому шву производим на максимальную поперечную силу Q= 73,9 кН по формуле Журавского
.
Статический момент поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси
см3
;
Момент инерции поперечного сечения арки относительно нейтральной оси
см4
;
Прочность сечения обеспечена.
3. Расчет узлов арки
Рассмотрим опорный и коньковый узлы.
3.1 Расчет опорных узлов
Расчетные усилия: N=-215 кН; Q=70 кН
Так, как пролет арки 18 м, конструктивно узел решаем в виде: валикового шарнира.
Определим высоту валикового шарнира:
N - продольное усилие в опорном узле
b =20 см– ширина плиточного шарнира
Rст см =1,66 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245
Конструктивно принимаем hш = 30 см.
Принимаем диаметр болтов dб =24 мм, тогда по п. 5.18
Принимаем накладки А – образной формы, толщина листа башмака 16 мм.
Стальные башмаки опорного узла крепятся к арке 10 болтами d = 24 мм.
Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:
,
где M б = Q·e = 70·0,490 = 34,3 кНм.
e = 0,490 – расстояние от ц. т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;
zi – расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
n б – число болтов в крайнем ряду по горизонтали;
m б – общее число болтов в накладке.
Zmax – максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
Несущая способность одного болта T б : определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:
(т.17(1))
3.2 Несущая способность болтового соединения обеспечена
Т.к. арка в опорном узле опирается неполным сечением через стальные башмаки и древесина испытывает смятие, то необходимо проверить условие:
- расчетное сопротивление древесины смятию под углом к волокнам.
KN – коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений под кромками башмаков. KN =0,9 –смятие поперек волокон.
Fсм =20ּ40=800 см2 – площадь смятия под башмаком.
215/800 = 0,3 кН/см2 <1,29 ּ0,9 = 1,161 кН/см2
3.3 Прочность на смятие обеспечена
Проверка опорного узла на скалывание по клеевому шву:
,
,
Прочность на скалывание обеспечена
3.4 Коньковый узел
Продольное усилие N= - 92,5 кН;
Поперечное усилие Q= - 24 кН.
Коньковый узел решаем в виде классического валикового шарнира.
Материал шарнира – сталь марки С245.
Конструирование узла начинаем с выбора диаметров крепежных болтов и назначения размеров боковых пластин стального башмака из условия размещения болтов.
Толщину опорной пластины принимаем 20 мм.
Определим высоту валикового шарнира:
N - продольное усилие в опорном узле
b =20 см– ширина плиточного шарнира
Rст см =1,66 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию для стали С 245
Конструктивно принимаем hш = 30 см.
Принимаем диаметр болтов dб =24 мм, тогда по п. 5.18
Принимаем накладки А – образной формы, толщина листа башмака 16 мм.
Стальные башмаки карнизного узла крепятся к арке 6 болтами d = 24 мм.
Равнодействующее усилие в наиболее нагруженном болте:
,
где M б = Q·e = 24·0,340 = 8,2 кНм.
e = 0,340 – расстояние от ц.т. шарнира до центра тяжести болтов башмака;
zi – расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
n б – число болтов в крайнем ряду по горизонтали;
m б – общее число болтов в накладке.
Zmax – максимальное расстояние между болтами в направлении перпендикулярном оси элемента;
Несущая способность одного болта T б : определяется как минимальная несущая способность на 1 шов сплачивания:
(т.17(1))
3.5 Несущая способность болтового соединения обеспечена
Проверка карнизного узла на скалывание по клеевому шву:
,
,
Прочность на скалывание обеспечена.
4. Меры защиты конструкций от загнивания и возгорания
При проектировании деревянной клееной арки предусматриваем конструктивные меры защиты от биологического разрушения, возгорания и действия химически агрессивной среды.
Конструктивные меры, обеспечивающие предохранение и защиту элементов от увлажнения, обязательны, независимо от того, производится антисептирование древесины или нет.
Конструктивные меры по предохранению и защите древесины от гниения обеспечивают:
1. устройство гидроизоляции от грунтовых вод, устройство сливных досок и козырьков для защиты от атмосферных осадков;
2. достаточную термоизоляцию, а при необходимости и пароизоляцию ограждающих конструкций отапливаемых зданий во избежание их промерзания и конденсационного увлажнения древесины;
3. систематическую просушку древесины в закрытых частях зданий путем создания осушающего температурно-влажностного режима (осушающие продухи, аэрация внутренних пространств).
Деревянные конструкции следует делать открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра.
Защита несущих конструкций:
В опорных узлах, в месте опирания арки на фундамент устроить гидроизоляцию из двух слоев рубероида. При этом низ арки запроектирован на отметке +0,5м. Торцы арок и места соприкосновения с металлическими накладками в опорном и коньковом узлах защитить тиоколовой мастикой У-30с с последующей гидроизоляцией рулонным материалом.
Для защиты от гигроскопического переувлажнения несущих конструкций через боковые поверхности необходимо покрыть пентафталевой эмалью ПФ-115 в два слоя.
Список используемой литературы
1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.:ГП ЦПП, 1996. - 44с.
2. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции.- М., 1983.
3. СНиП II-23-81. Стальные конструкции: М., 1990.
4. Рохлин И.А., Лукашенко И.А., Айзен А.М. Справочник конструктора-строителя. Киев, 1963, с. 192.
5. А.В. Калугин Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций). - М.: Издательство АСВ, 2003. - 224 с.