Расчет параметров и определение эксплуатационной надежности объекта по совокупности физико-механических характеристик

Введение

На сегодняшний день в строительстве практически не используется не обработанная древесина - на смену ей пришла клееная древесина, обработанная высокотехнологичными методами с применением станков с ЧПУ, сохраняющими ее экологические свойства.

Клееные деревянные конструкции (КДК) - это высокоэффективная технология, позволяющая создавать большепролетные конструкции до 60 м в длину, 1 м в ширину и 2,2 м в высоту, уменьшать затраты и сроки строительства, а главное - позволяющая использовать оригинальные архитектурно-дизайнерские решения.

Большинству привычно думать, что сталь и железобетон современные, практичные и самые прочные строительные материалы, но, оказывается, КДК ничуть не уступают им, а во многом даже превосходят.

Например, при пожаре одной и той же степени стальные балки разрушаются из-за плавления железа, клееные деревянные балки выдерживают натиск огня, удерживают конструкцию и обгорают только снаружи за то же самое время, сохраняя, таким образом, большую несущую способность во время пожара и, таким образом, предоставляя дополнительное время для эвакуации из здания.

В бассейнах тоже зачастую используют клееные деревянные конструкции, которые оказываются значительно более практичными во влажном помещении, чем железобетонные балки и перекрытия.

КДК обладают большей несущей способностью и меньшим весом по сравнению с железобетонными аналогами - это позволяет использовать их там, где железобетон становится катастрофически невыгоден.

Задача инженеров состоит в том, чтобы максимально использовать положительные качества древесины, уменьшить влияние её отрицательных свойств, обеспечить экономически эффективное применение деревянных конструкций в конкретных условиях строительства и эксплуатации.

Многие природные недостатки древесины можно устранить или существенно ограничить их влияние на качество деревянных конструкций. Так, применение клееных деревянных конструкций снимает проблему ограниченного сортамента лесоматериалов. Кроме того, при изготовлении КДК устраняются пороки древесины.

Достоинства КДК:

· возможность создания конструкций практически любых размеров и форм;

· возможность получения клееных конструкций частично из низкосортного и маломерного пиломатериала;

· возможность механизации процесса изготовления конструкций;

· однородность материала;

· долговечность;

· сопротивляемость огневому воздействию не ниже, чем у железобетонных и выше, чем у металлических конструкций;

· лёгкость конструкций.

Снижение массы позволяет сократить транспортные расходы и сроки строительства. Применение в строительстве КДК способствует уменьшению массы зданий и снижению стоимости. Использование деревянных конструкций обеспечивает экономию стали и бетона.

В данном курсовом проекте необходимо дать общую характеристику, назначение и эксплуатационные свойства клееной балки прямоугольного сечения предназначенную для чердачного перекрытия жилых домов. Требуется рассчитать параметры данной балки и определить эксплуатационную надежность по совокупности физико-механических характеристик. А также сделать расчет сырья и материалов на заданный объём выпуска продукции. Выполнить структурную схему технологического процесса и ее описание. Выбрать основное технологическое оборудование и определить потребность в нем.

Необходимо начертить план размещения основного технологического оборудования и стационарных переместительно - передающих средств в цехе (в масштабе1:100 на формате А1).

Общая характеристика, назначение и эксплуатационные свойства заданного изделия (строительной конструкции)

Рис. 1. Эскиз клееной двускатной балки прямоугольного сечения

В данной работе необходимо спроектировать клееную двускатную балку для чердачного перекрытия. Балка является самостоятельной несущей (силовой) элементом строения.

Двускатная слоистая балка из досок, выполненная из строганных досок, имеет прямоугольное сечение. Устройство ската достигается постепенным укорочением досок, укладываемых в пакет. Образующиеся при этом ступеньки заклеивают треугольными вставками или обрезают ручной электропилой. Для защиты от загнивания, возможного при протекании кровли, поверх балок прибивают антисептированные или оклеенные толем доски несколько большей ширины, чем сами балки.

Трудоемкость изготовления двускатных балок выше, чем балок постоянного сечения, так как для создания наклона верхней грани слои склеиваемых досок должны быть срезаны под углом и иметь разную длину.

Многослойную балку получают склеиванием сухих строганых досок (ламелей) по пласти. Эффективны несущие конструкции такого типа и для малоэтажных деревянных строений, в частности больших усадебных домов, коттеджей и административно-хозяйственных зданий.

Для двускатной балки высота в середине пролета должна составлять не менее 0,1 протяжности пролета, а на опорах - не менее 0,5 высоты, принятой в центре.

Клей должен обладать высокой прочностью, а также водостойкостью.

Материал: сосна высокого качества (сорта: о, I, II) с отсутствием недопустимых пороков (по ГОСТ 8486 с размерами по ГОСТ 24454).

Особые требования к подбору и сушке заготовок, качеству сращивания чистых отрезков по длине на зубчатый шип. (ГОСТ 4981-87 Балки перекрытий деревянные. Технические условия).

Расчет параметров и определение эксплуатационной надежности объекта по совокупности физико-механических характеристик

Рассчитаем параметры клееной балки, склеенной из сосновых досок и предназначенной для чердачного перекрытия отапливаемого помещения.

Исходные данные:

· Район строительства: город Екатеринбург, расположенный в III снеговом районе РФ согласно СНиП 2.01.07-85 [7]. Расчетное значение снеговой нагрузки S₀=l,8 кПа, коэффициент μ перехода от веса снегового покрова земли к покрытию принимаем в соответствии с п. 1 обязательного приложения 3 СНиП 2.01.07-85 [7] равным 1,0.

Согласно СНиП нормативное значение снеговой нагрузки равно:

· Балка прямоугольного сечения с уклоном верхней кромки 1:10. Пролет балки L=6 м; отношение h/H—2/3. Расстояние между осями балок - 2 м; материал - сосна.

Решение:

Нагрузка на балку

Нагрузка рассчитывается исходя из составов материалов, используемых в конструкции кровли строения. Пример определения суммарных силовых воздействий на единицу площади покрытия приведен в таблице 1.

Таблица 1

Подсчет нагрузок на 1 м² горизонтальной проекции покрытия

Рис. 2. Схема двухскатной дощатоклееной балки:

а - общий вид; б - поперечные сечения

Собственный вес балкиg_CB =119 Н/м².

Нагрузка на 1 м балки:

· нормативная q_H = 1580 ∙ 6 = 9480 Н/м;

· расчетная Р_р= 1920 ∙ 6 = 11500 Н/м.

Конструкция балки

Балка дощатоклееная двускатная с уклоном 1:10 изготовлена из сосновых досок с размером сечения 175x50 мм (рис. 2.). После фре­зерования досок сечение 159x43 мм. Высота балки в середине и на опоре должна быть кратной толщине доски, т.е. 43 мм. Принимаем высоту балки в середине равной h_cp= 0,1L = 0,1 ∙ ∙6000 = 600 мм. Для целого числа досок в конструкции: h_cp= 43 ∙ 14 = 602 мм.

Высота балки на опоре:

h_оп = 402 мм, т.к. h/H = 2/3.

Для принятых 9 штук досок высота h_оп = 9 ∙ 43 = 387 мм.

Статический расчет балки

Опорная реакция балки:

Расстояние от левой опоры до сечения с наибольшим норматив­ным напряжением:

Момент в сечении Х = 193,5 см: