Разработка технического проекта деревянных конструкций: структура и пример курсовой работы

Технический проект является финальным этапом инженерной мысли, обобщающим все расчетные и конструктивные решения. В рамках данной курсовой работы рассматривается разработка такого проекта для здания со значительным пролетом 31,0 м, расположенного в г. Саратов. Основная задача — спроектировать ключевые несущие элементы: клееная сегментная ферма с металлическим нижним поясом, а также поддерживающие ее колонны и сопутствующие ограждающие конструкции. Следует понимать, что курсовая работа — это не просто серия разрозненных расчетов, а комплексная задача, требующая системного подхода и учета множества взаимосвязанных факторов для создания надежного и долговечного сооружения.

С чего начинается любой расчет. Собираем исходные данные и нагрузки

Фундаментом любого грамотного проектирования является точный и полный сбор нагрузок, которые будут воздействовать на конструкцию в процессе ее эксплуатации. Этот этап определяет все последующие расчеты, и ошибка здесь может привести к фатальным последствиям. Процесс сбора нагрузок включает в себя систематизацию нескольких ключевых видов воздействий.

• Постоянные нагрузки: К ним относится собственный вес всех конструктивных элементов — ферм, колонн, прогонов, кровельного покрытия и утеплителя.
• Временные нагрузки: Основной временной нагрузкой для большинства регионов является снег. Ее нормативное значение напрямую зависит от географического положения объекта. Для г. Саратов выбирается соответствующий снеговой район согласно нормативным документам.
• Ветровые нагрузки: Также зависят от региона строительства и определяются на основе карт ветрового районирования.

Все расчеты выполняются с учетом двух групп предельных состояний. Первая группа (по несущей способности) гарантирует, что конструкция не разрушится под действием максимальных нагрузок. Вторая группа (по пригодности к нормальной эксплуатации) обеспечивает отсутствие чрезмерных прогибов и колебаний, которые могли бы нарушить нормальное функционирование здания. Тщательный учет всех этих факторов является залогом безопасности и надежности будущего сооружения.

Проектируем сердце покрытия. Выполняем расчет клееной сегментной фермы

Клееная сегментная ферма — это главный несущий элемент покрытия, который перекрывает большой пролет в 31,0 м. Ее расчет представляет собой сложный и ответственный процесс, выполняемый в строгой последовательности.

1. Выбор расчетной схемы: На первом этапе определяется геометрия фермы — ее высота, угол наклона поясов и конфигурация решетки. Для клееной фермы с металлическим нижним поясом часто применяются типовые, хорошо изученные схемы.
2. Определение усилий в стержнях: После сбора нагрузок и выбора схемы вычисляются усилия (сжатие или растяжение) в каждом элементе фермы. Это можно сделать аналитическим методом (например, вырезания узлов) или с помощью графических построений.
3. Подбор сечений элементов: На основе полученных усилий подбираются поперечные сечения для стержней. Верхний пояс и раскосы, работающие на сжатие, выполняются из клееной древесины. Нижний пояс, испытывающий растяжение, проектируется из металла, что является конструктивной особенностью данной фермы.
4. Проверка прочности и устойчивости: Финальный и самый важный шаг — проверка подобранных сечений. Для растянутых элементов проверяется только прочность. Для сжатых элементов, помимо прочности, критически важна проверка на устойчивость, чтобы исключить потерю несущей способности от продольного изгиба. Также выполняется проверка жесткости всей фермы, чтобы ее прогиб не превышал допустимых значений.

Каждый из этих этапов требует внимательности и точного следования нормативным документам, ведь именно от правильности расчета фермы зависит устойчивость всего покрытия здания.

Как обеспечить надежную опору. Проводим расчет и подбор сечения колонн

После того как ферма спроектирована и способна нести все нагрузки, необходимо обеспечить для нее надежные вертикальные опоры — колонны. Нагрузка от ферм передается на колонны, которые, в свою очередь, передают ее на фундамент. Расчет клеедеревянной колонны, работающей на центральное сжатие, включает два ключевых этапа проверки.

Первый этап — это расчет на прочность. Здесь проверяется, способно ли сечение колонны выдержать сжимающее усилие, не разрушаясь. Однако для длинных и относительно тонких элементов, какими являются колонны, эта проверка не является главной.

Ключевым для сжатых стержней является расчет на устойчивость — способность сохранять прямолинейную форму под нагрузкой, не изгибаясь.

Именно потеря устойчивости (продольный изгиб) является наиболее частой причиной разрушения колонн. Поэтому второй и самый важный этап — это расчет на устойчивость. В ходе этого расчета определяется критическая сила, при которой колонна может потерять свою форму, и проверяется, чтобы рабочая нагрузка была значительно меньше этой величины. На основе этих двух проверок подбирается оптимальное сечение клеедеревянной колонны, которое будет обладать достаточным запасом как прочности, так и устойчивости.

Как соединить элементы в единую систему. Проектируем узлы деревянных конструкций

Любая, даже самая прочная, конструкция сильна ровно настолько, насколько прочны ее соединения. Узлы — это места, где отдельные стержни ферм и колонны соединяются в единую систему, и именно они часто являются потенциально самыми слабыми местами. Поэтому их проектированию уделяется особое внимание.

В рамках курсового проекта необходимо разработать чертежи ключевых узловых соединений. К ним относятся:

• Опорный узел: место, где ферма опирается на колонну. Этот узел передает значительные вертикальные и горизонтальные усилия и должен быть спроектирован с особой тщательностью.
• Узлы примыкания раскосов к поясам: обеспечивают совместную работу решетки и поясов фермы.

Конструирование узлов требует не только расчета на прочность соединительных элементов (болтов, нагелей, металлических пластин), но и обеспечения их правильной геометрии для корректной передачи усилий. Рабочие чертежи должны содержать детальную проработку этих соединений.

Что гарантирует долговечность. Защищаем конструкции от огня и биокоррозии

Инженерная работа не заканчивается на расчетах прочности и устойчивости. Чтобы деревянные конструкции служили долго и безопасно, необходимо предусмотреть комплекс мер по их защите от агрессивных факторов окружающей среды. Основными угрозами для древесины являются огонь и биокоррозия (гниение, поражение грибком и насекомыми).

Существует два основных подхода к защите:

1. Конструктивные методы: Это превентивные меры, закладываемые на стадии проектирования. К ним относятся обеспечение хорошего проветривания конструкций, изоляция от прямого контакта с грунтом или бетоном, а также устройство надежной гидроизоляции.
2. Химические методы: Предполагают обработку древесины специальными составами. Антипирены повышают огнестойкость конструкций, замедляя горение и распространение пламени. Антисептики защищают материал от грибка, плесени и насекомых-вредителей.

Сочетание этих методов позволяет обеспечить требуемую долговечность и безопасность деревянных конструкций на весь срок их службы.

Как превратить расчеты в готовый проект. Оформляем записку и чертежи по ГОСТ

Финальный этап курсовой работы — это грамотное оформление всех инженерных решений в виде единого комплекта проектной документации. Этот этап требует не меньшей скрупулезности, чем расчеты, так как вся документация должна строго соответствовать государственным стандартам (ГОСТ). Проект состоит из двух основных частей.

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) — это текстовый документ, который содержит всю теоретическую и расчетную базу проекта. Ее структура обычно включает:

• Общие сведения и исходные данные для проектирования.
• Основную расчетную часть с выкладками по расчету фермы, колонн и узлов.
• Раздел по охране труда и технике безопасности (ОТиТБ).
• Экономическую часть с обоснованием принятых решений.

Графическая часть — это комплект чертежей, который визуализирует принятые конструктивные решения. Согласно ГОСТ 21.501-2011 и ГОСТ 21.502-2016, он должен включать общие данные, схемы расположения конструкций, деталировочные чертежи каждого элемента (фермы, колонны), чертежи узловых соединений и спецификации материалов. Именно качественное оформление превращает набор вычислений в полноценный технический проект, готовый к реализации.

Заключение и выводы

В ходе выполнения курсовой работы был пройден полный цикл проектирования несущих деревянных конструкций для здания со значительным пролетом. Были решены все поставленные задачи: выполнен сбор нагрузок, произведен детальный расчет и подбор сечений для ключевых элементов — клееной сегментной фермы и клеедеревянной колонны. Особое внимание было уделено конструированию узловых соединений и разработке мер по обеспечению долговечности. В результате был разработан полноценный технический проект, а вся документация, включая расчетно-пояснительную записку и рабочие чертежи, подготовлена в соответствии с действующими нормативными требованиями.

Список использованной литературы

1. СП 20.13330.2011. «Нагрузки и воздействия». Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. – М., 2011.
2. СП 64.13330.2011. «Деревянные конструкции». Актуализированная редакция СНиП II-25-80. – М., 2011.
3. СНиП II-25-80. «Деревянные конструкции». – М., 1986.
4. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов/ В.Д. Буданов, М.М. Гаппоев и др.; Под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В. Слицкоухова.-5-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1986.-543с., ил.
5. Зубарев Г.Н., Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «Промышленное и гражданское строительство».-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш. школа, 1990-287с., ил.
6. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. пособие для техникумов./ Мандриков А.П.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1991.-431 с.: ил.
7. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов/Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; под ред. Г. Г. Карлсена и Ю. В. Слицкоухова. – 5–е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1986. – 543 с.
8. ГОСТ 24454–80*. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры.
9. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М., 1986.