Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли
Исходные данные
| Район строительства | IV |
| Несущие конструкции каркаса | Гнутоклееная рама |
| Шаг несущих конструкций | 4,5 м |
| Высота в коньке | 5,7 м |
| Пролет | 15 м |
| Длина здания | 49,5 м |
| Тип кровли | Теплая |
| Материал кровли | Мягкая черепица |
| Тип ограждающих конструкция | Плита клеефанерная с двумя обшивками, в=1,5м |
| Уклон кровли: | 14°02 |
Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли
Номинальные размеры в плане: 1,48х4,48м (рис.1.1).
Ребра из сосновых досок II сорта.
Обшивки панели из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной 10мм соединяются с деревянным каркасом клеем марки ФР-12 по ТУ 600601748-75.
Утеплитель - минеральная вата на основе базальтового волокна PAROC 37 с объемным весом γ=0,3 кН/м3. Плиты - 1200х600мм.
Пароизоляция - паронепроницаемая антиконденсатная полимерная ткань FOLIAREX 110г/ м3.
Над утеплителем предусмотрена воздушная прослойка, вентилируемая вдоль панели. Кровля принята из рулонных материалов - кровельная плитка KATEPAL.
Компоновка рабочего сечения панели.
Ширина панели берется равной ширине фанерного листа с учетом обрезки кромок для их выравнивания bп=1480мм - при прямолинейном очертании несущих конструкция.
Направление волокон наружных шпонов фанеры в верхней и нижней обшивках панели принимается продольным, с целью обеспечения полноценного стыкования листов фанеры «на ус» при склеивании их в виде непрерывной ленты.
Для дощатого каркаса, связывающего верхние и нижние фанерные обшивки в монолитно склеенную коробчатую панель, принимаем черновые заготовки по рекомендуемому сортаменту пиломатериалов (ГОСТ 8486-86Е) сечением 44х150 мм. После сушки до влажности W=12% и четырехстороннего фрезерования для склейки применяются чистые доски сечением 36х144 мм.
Расчетный пролет панели: lр = 0,99 • 4480 = 4435 мм.
Высота плиты принимается: hп = hр + 2 · δф = 144 + 2 · 10 = 164 мм.
Каркас панели принимается их четырех продольных ребер (рис).
Шаг ребер принимается из расчета верхней фанерной обшивки на местный изгиб поперек волокон от сосредоточенной силы Р = 1 · 1,2 = 1,2 кН как балки, заделанной по концам (у ребер) шириной 100 см.
Расчетная схема
Расстояние между ребрами в осях:
46,93 смТогда расстояние между ребрами в свету:
С0 = С - bp = 46,93 - 3,6 = 43,3 см
кН·смМомент сопротивления обшивки шириной 100 см:
см3Напряжение от изгиба сосредоточенной силой:
кН/см2 = 4,2мПа < Rн · mн = 4,2 · 1,2 = 5,04,где mн =1,2 –коэффициент условия работы для монтажной нагрузки.
Для придания жесткости каркасу продольные ребра соединены поперечными ребрами, расположенными по торцам и в середине панели.
Продольные кромки панелей при установке стыкуются при помощи специально устроенного шпунта из трапециевидных брусков, приклеенных к крайним продольным ребрам. Полученное таким образом соединение в шпунт предотвращает вертикальный сдвиг в стыке и разницу в прогибах кромок смежных панелей даже под давлением сосредоточенной нагрузки, приложенной к краю одной из панелей (рис).
Сбор нагрузок на панель.
Панели предназначены для укладки по несущим деревянным конструкциям.
По скомпонованному сечению панели составляем таблицу нормативных и расчетных нагрузок на 1 кв. м. панели. Подсчет нагрузки на 1 кв. м. панели представлен в табл.1.
| № п/п | Наименование нагрузки | Нормативная нагрузка, кН/м2 | Коэффициент надежности | Расчетная нагрузка, кН/м2 | |
| 1 | Кровельная плитка KATEPAL, γ=12,3 кг/м3 | 0,123 | 1,05 | 0,129 | |
| 2 | Фанера ФСФ, n • δф • γф | 2•0,01•7= | 0,140 | 1,1 | 0,154 |
| 3 | Продольные ребра каркаса,  | 0,036•0,144•5•5/1,48= | 0,088 | 1,1 | 0,096 |
| 4 | Поперечные ребра каркаса,  | 0,036•0,118•3•5/4,48= | 0,014 | 1,1 | 0,016 |
| 5 | Утеплитель - минеральная вата на основе базальтового волокна PAROC UNS37, толщиной 125 мм, γу=30 кг/м3  | 0,125•0,407•3•0,3/1,48= | 0,031 | 1,2 | 0,037 |
| 6 | Пароизоляция - паронепроницаемая пароконденсатная полимерная ткань FOLIAREX, 110г/м2 | 0,0011 | 1,2 | 0,001 | |
| 7 | Итого постоянная нагрузка | 0,397 | 0,434 | ||
| 8 | Временная снеговая нагрузка | 1,68 | 2,4 | ||
| 9 | Итого полная нагрузка | 2,077 | 2,834 | ||
hр1, hр2, hу - высота сечения продольных, поперечных ребер и высота утеплителя соответственно;
bр1, bр2, bу - ширина сечения продольных, поперечных ребер и расстояние между ребрами в свету;
nр1, nр2, nу - количество продольных, поперечных ребер и расстояний между ребрами в свету;
γд, γф, γу - объемный вес древесины, фанеры и утеплителя соответственно.
Расчетное значение снеговой нагрузки принимается по СНиП 2.01.07-85*, а нормативное значение снеговой нагрузки принимается умножением на коэффициент 0,7 расчетной.
Следовательно, полная нагрузка на 1 пог. м. составит:
нормативная: qн= 2,077 • 1,48 = 3,074 кН/м
расчетная: qр = 2,834 • 1,48 = 4, 194 кН/м
Расчетные характеристики материалов
Для семислойной фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной 10мм и более по табл.10 и 11 СНиП II-25-80 находим следующие характеристики:
расчетное сопротивление растяжению: Rф. р = 14 МПа;
расчетное сопротивление скалыванию: Rф. ск. = 0,8 МПа;
модуль упругости: Еф = 9000 МПа;
Для древесины ребер по табл.3 СНиП II-25-80:
расчетное сопротивление изгибу: Rф. р = 13МПа;
модуль упругости: Еф = 10000 МПа.
Геометрические характеристики сечения
Расчетная ширина фанерной обшивки согласно п.4.25 СНиП II-25-80:
bпр = 0,9 • bп = 0,9 • 148 = 133,2 см
Геометрические характеристики клеефанерной панели приводим к фанерной обшивке.
Приведенный момент инерции панели:
0,0001979 м4Приведенный момент сопротивления панели:
м3Проверка панели на прочность
Максимальный изгибающий момент панели:
=10,31 кН*мНапряжение в растянутой обшивке:
= 4,3 МПа < Rф. р. · mф = 14 · 0,6 = 8,4,где mф = 0,6 - коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры в растянутом стыке при соединении «на ус».
Расчет на устойчивость сжатой обшивки:
< Rф. р. = 14 МПаПри расстоянии между продольными ребрами в свету С0 = 43,3 см и толщине фанеры δф =1,0см
= 43,3 
< 50, 
= 0,625Напряжение в сжатой обшивке:
= 6,83 МПа < Rф. р. = 14 МПаПроверка скалывающих напряжение по клеевому слою между шпонами фанерной обшивки в зоне приклейки продольных ребер каркаса:
≤ Rф. скПоперечная сила панели равна ее опорным реакциям
= 9,31 кНПриведенный статический момент верхней фанерной обшивки относительно нейтральной оси равен:
=0,001026Расчетная ширина клеевого соединения:
bрасч = nр · bр = 4 · 0,036 = 0,144 м
Тогда касательные напряжения составят
= 0,34 МПа < Rф. ск. = 0,8 МПаПроверка панели на прогиб
Относительный прогиб панели равен:
0,0025< 
=0,0057,где -предельный прогиб в панелях покрытий согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
Запас по прочности сжатой обшивки составляет 44%, что больше, чем допускаемый запас 5%, однако при уменьшении ребра до 33 мм напряжения в сжатой обшивке превышают расчетное сопротивление.