OPIS TECHNICZNY KONSTRUKCJI DREWNIANEJ
1. Podstawa opracowania.
Podstawą opracowania jest:
-temat nr 13 wydany przez prowadzącego zajęcia projektowe z przedmiotu
konstrukcje drewniane
-zalecenia i uzgodnienia z prowadzą cym ćwiczenia
-obowiązujące normy
2. Przedmiot opracowania.
Przedmiotem opracowania jest projekt szałasu drewnianego.
3. Zakres projektu.
-obliczenia statyczne i wymiarowanie podkładu pod pokrycie oraz krokwi.
-rzut i przekrój więźby dachowej(skala 1:25)
-szczegóły połączeń (skala 1:10)
-zestawienie elementów drewnianych
4. Ogólna koncepcja konstrukcji.
Szałas został zaprojektowany na rzucie prostokąta. Budynek o wymiarach w osiach
8.60x11.70m. Kąt pochylenia połaci wynosi α =51o. Łaty opierają się na krokwiach w rozstawie, co 0.36m. Rozstaw krokwi przyjęto, co 0.90m
5. Opis poszczególnych elementów.
5.1. Pokrycie dachowe.
-na pokrycie dachowe przyjęto dachówkę ceramiczną o ciężarze 1m2=43.7kg/m2.
Zalecany przez producenta rozstaw łat pod pokrycie wynosi a=0.36m.
5.2.Łaty drewniane.
-zaprojektowano łaty drewniane o wym. 6,3x6,3cm wykonane z drewna klasy C27
rozstaw łat wynosi 0.36m
5.3. Krokiew
-zaprojektowano krokwie drewniane o wym. 12x20 cm, wykonane z drewna klasy C30. Rozstaw krokiew przyjęto, co 0.90m
6. Materiały użyte w konstrukcji szałasu:
-Drewno klasy C27-łaty
-Drewno klasy C30- krokwie
7. Wykaz norm i literatury wykorzystanych do obliczeń.
1. PN-EN 1995-1-1: 2010 Eurokod 5: Projektowanie konstrukcji drewnianych. Część 1-1: Postanowienia ogólnej reguł y dotyczą ce budynków.
2. PN-EN 1990: 2004 Eurokod. Podstawy projektowania konstrukcji.
3. PN-EN1991-1-1: 2004 Eurokod1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-1: Oddziaływania ogólne. Cię ż ar objętościowy, cię ż ar własny, obciążenia użytkowe w budynkach.
4. PN-EN 1991-1-3: 2005 Eurokod 1: Odziaływania na konstrukcje. Część 1-3:
Oddziaływania ogólne- Obciążenie śniegiem
5. PN-EN 1991-1-4: 2008 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4:
Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wiatru.
Obliczenia projektu.
1.Wyznaczen obciążeń zmiennych działających na powtarzalny układ krokwiowy.
1.1. Obciążenie śniegiem
Lokalizacja: Mielec
Strefa obciążenia śniegiem II
Strefa II sk=0.9kN/m2
Α=51oµi=0.8*(60-51)/30=0.24
Teren normalny Ce=1.0
Δt=0Ct=1.0
sk= µi*Ce*Ct*sk=0.24*1.0*1.0*0.9=0.216kN/m2-wartość charakterystyczna.
3.1.3 Wartość obliczeniowa obciążenia śniegiem dachu dla trwałej sytuacji obliczeniowej.
S=sk*γf=0.216*1.5=0.324 kN/m2-wartość obliczeniowa.
3.1.3. Obciążenie śniegiem powtarzalnego wewnętrznego układu krokwiowego.
a=0.9m-przyjęty rozstaw krokwi
sk”=sk*a=0.216*0.9=0.1944kN/m
s”=s*a=0.324*0.9=0.292kN/m
1.1.5. Schematy obciążeń
a)SHEMAT S1-obciążenie symetryczne.
b)SHEMAT S2-obciążenie asymetryczne 1.
c)SHEMAT S3-obciążenie asymetryczne 2.
1.2. Obciążenie wiatrem.
1.2.1 Wartość podstawowa bazowej prędkości wiatru.
Lokalizacja: MielecSTREFA I
Wysokość nad poziomem morza A=169m<300m=Vb0=22m/s
1.2.2.Bazowa prędkość wiatru
Cdir=1.0
Cseson=1.0
Vb=Cdir*Cseson* Vb0=1.0*1.0*22=22m/s
1.2.2.Wartość bazowa ciśnienia prędkości.
qb=$\frac{1}{2}$*ρ* Vb2=$\frac{1}{2}$*1.25kg/m3*(22m/s)2=302.5N/m2
Wysokość odniesienia.
ze=h=5.31m
1.2.4. Intensywność turbulencji.
Teren kategorii IIIzmin=5m≤ze=5.31≤zmax=400m
Iv(z)=Iv(zmin)=$\frac{1.0}{1.0*ln(\frac{5.31}{0.3})}$=0.384
1.2.5. Średnia prędkość wiatru.
vm(z)=cr(z)*c0(z)*vb
c0(z)=1.0
Współczynnik chropowatości.
cr(z)=0.8*($\frac{z}{10}$)0.19=0.8*($\frac{z}{10}$)0.19=0.709
vm(z)=0.709*1.0*22m/s=15.605m/s
3.2.6. Wartość szczytowa ciśnienia prędkości
qp(z)=[1+7*Iv(z)]*$\ \frac{1}{2}$*ρ*vm2(z)
qp(z)=[1+7*0.348]*$\ \frac{1}{2}$*1.25*15.6052=522N/m2=0.522kN/m2
1.2.7. Obciążenie wiatrem działającym prostopadle do osi podłużnej szałasu
1.2.7.1.Dach dwuspadowy.
α=51o
e=min(b,2h)=min(11.7, 10.62)
$\frac{e}{10}$=$\frac{10.62}{10}$=1.06m
$\frac{e}{4}$=$\frac{10.62}{4}$=2.66m
1.2.7.2. Powierzchnia pól na dachu.
FF=$\frac{1.06}{cos51}$*2.66=4.48m2<10m2
FG=$\frac{1.06}{\cos 51}$*(11.7-2*2.66)=10.75m2>10m2
FH=$\frac{3.24}{\cos 51}$*11.7=60.24m2>10m2
FJ=$\frac{1.06}{cos51}$*11.7=19.71m2>10m2
FI=$\frac{3.24}{cos51}$*11.7=60.24m2>10m2
1.2.7.3
Cpe/pole | F | G | H | I | J |
---|---|---|---|---|---|
Cpe1 | 0.7 | 0.7 | 0.64 | -0.2 | -0.3 |
Cpe10 |
-ostatecznie przyjęto.
-dla pola F o FF=4.48m2<10m20.7
-dla pola G o GG=10.75m2>10m20.7
-dla pola H o HH=60.24m2>10m20.64
-dla pola J o JJ=19.71m2>10m2-0.3
-dla pola I o II=60.24m2>10m2-0.2
3.2.7.4. Wiatr z lewej strony.
a) Wariant I
-współczynnik ciśnienia wewnętrznego
Przyjęto:
Cpi=0.2
Cpi=-0.3
b) Wariant II
c) Wariant III
-warianty obciążenia wiatrem
SCHEMAT I WI+WII
SCHEMAT II WI+WIII
-współczynnik cscd=1.0-ponieważ wysokość szałasu nie przekracza 15m.
-obciążenie wiatrem działające na wewnętrzny układ krokwiowy.
-obciążenie charakterystyczne wk=(Cde+Cpi)*qp(z)*l
-obciążenie obliczeniowe w= wk*γF
γF=1.50
l=0.90m
SCHEMAT I –W1
-obciążenie charakterystyczne
POLE G wk=(0.7-0.2)*0.522*0.9=0.235kN/m
POLE H wk=(0.64-0.2)*0.522*0.9=0.207kN/m
POLE J wk=(0.3+0.2)*0.522*0.9=-0.235kN/m
POLE I wk=(0.2+0.2)*0.522*0.9=-0.188N/m
-obciążenie obliczeniowe
POLE G w=0.235kN/m *1.5=0.353kN/m
POLE H w=0.207kN/m *1.5=0.310kN/m
POLE J w=-0.235kN/m *1.5=-0.353kN/m
POLE I w=-0.188N/m *1.5=-0.282N/m
SCHEMAT II –W2
-obciążenie charakterystyczne
POLE G wk=(0.7+0.3)*0.522*0.9=0.470kN/m
POLE H wk=(0.64+0.3)*0.522*0.9=0.423kN/m
POLE J wk=(0.2-0.2)*0.522*0.9=0kN/m
POLE I wk=(0.2-0.3)*0.522*0.9=-0.047N/m
-obciążenie obliczeniowe
POLE G w=0.470kN/m *1.5=0.705kN/m
POLE H w=0.423kN/m *1.5=0.634kN/m
POLE J w=0kN/m *1.5=0kN/m
POLE I w=-0.047N/m *1.5=-0.071N/m
1.2.7.5. Wiatr z prawej strony.
Dla wiatru wiejącego z prawej strony, prostopadle do osi podłużnej szałasu, otrzymane schematy obciążenia III i IV będą zwierciadlanym odbiciem schematów I i II.
1.2.8. Obciążenie wiatrem działającym równolegle do osi podłużnej szałasu.
1.2.8.1. Powierzchnia ściany szczytowej.
FD=FE=$\frac{1}{2}$*b*h=$\frac{1}{2}$*8.6*5.31=22.83m2
$\frac{h}{d} = \frac{5.31}{11.7} =$0.45<1.0
Ponieważ powierzchnia ścian szczytowych jest większa od 10m2 to dla pola D wartość współczynnika Cpe=Cpe,10=+0.7
1.2.8.2Dach dwuspadowy.
α=51o
e=min(b,2h)=(8.6,10.62)
$\frac{e}{10}$=$\frac{8.6}{10}$=0.86
$\frac{e}{4}$=$\frac{8.6}{4}$=2.15
1.2.8.3Powieszchnia pól dachu.
FF=$\frac{2.15}{\cos 51}$*0.86=2.94m2<10m2
FG=$\frac{\frac{8.6}{2} - 2.15}{\cos 51}$*0.86=2.94m2<10m2
FI=$\frac{\frac{8.6}{2}}{cos51}$*(11.7-4.3)=50.56m2>10m2
FH=$\frac{\frac{8.6}{2}}{cos51}$*(4.3-0.86)=23.50m2>10m2
Współczynniki przyjęto jak dla kąta spadku 45o ze względu na małą różnice w wartości kąta spadku zdalnego.
Wartości współczynnika zewnętrznego dla odpowiednich pól.
Cpe/pole | F | G | H | I |
---|---|---|---|---|
Cpe,1 | -1.5 | -2.0 | -1.2 | -0.5 |
Cpe,10 | -1.1 | -1.4 | -0.9 | -0.5 |
Do dalszych obliczeń przyjęto współczynniki jak dla pola I. Gdybyśmy sprawdzali pokrycie lub podkłady pod pokrycie na możliwe odrywanie należy posłużyć się współczynnikami dla pozostałych pól,
a)WARIANT I
-współczynniki ciśnienia wewnętrznego
Przyjęto Cpi=0.2
Cpi=-0.3
b)WARIANT II
c)WARIANT III
-warianty obciążenia wiatrem
SCHEMAT IWI+WII
SCHEMAT II WI+WIII
-współczynnik cscd=1.0-ponieważ wysokość szałasu nie przekracza 15m.
-obciążenie charakterystyczne wk=(Cde+Cpi)*qp*(z)*l
-obciążenie obliczeniowe w=wk*γF
γF=1.50
l=0.90
SCHEMAT I-W5
-obciążenie charakterystyczne
POLA Iwk=(0.5+0.2)*0.522*0.9=0.329kN/m
-obciążenie obliczeniowe
POLA Iw=0.329*1.5=0.493kN/m
SCHEMAT II-W6
-obciążenie charakterystyczne
POLA Iwk=(0.5-0.3)*0.522*0.9=0.094kN/m
-obciążenie obliczeniowe
POLA Iw=0.094*1.5=0.141kN/m
Pozycja -2.Łaty drewniane.
2.1. Zestawienie i rozkład obciążeń
Przyjęto do projektowania łaty z drewna sosnowego, o wymiarach 63x63mm, o polu przekroju poprzecznego: A=0.004m2,ρsosny=5.5kN/m3
-z pkt.2
-ciężar 1m2 dachówki=43.7kg/m2
-zalecany przez producenta rozstaw łat pod pokrycie wynosi a=0.36m
-α=51o
cos α=0.629
sin α=0777
2.1.1 Obciążenia stałe
-ciężar pokrycia
gkp=0.437*0.36=0.157kN/m
gp=0.157*1.35=0.212kN/m
gkp,0= gkp* sin α=0.157*0.777=0.122kN/m
gkp,90= gkp* cos α=0.157*0.629=0.099kN/m
gp0= gp* sin α=0.212*0.777=0.165kN/m
gp,90= gp* cos α=0.212*0.629=0.133kN/m
-ciężar własny łat
gCW,k=0.004*5.5=0.022kN/m
gCW=0.022*1.35=0.030kN/m
gCW,k,0=gCW,k* sin α=0.022*0.777=0.017kN/m
gCW,k,90=gCW,k* cos α=0.022*0.629=0.014kN/m
gCW,0=gCW* sin α=0.030*0.777=0.024kN/m
gCW,90=gCW* cos α=0.030*0.629=0.019kN
-razem obciążenia stałe:
Gk,0= gkp,0+ gCW,k,0=0.122+0.017=0.144kN/m
Gk,90= gkp,90+ gCW,k,90=0.099+0.014=0.129kN/m
G,0= gp,0+ gCW,0=0.165+0.024=0.182kN/m
G,90= gp,90+ gCW,90=0.133+0.019=0.147kN/m
2.1.2. Obciążenia zmienne:
-obc. Śniegiem
*z pkt.3.1.2.
sk=0.216kN/m2
S=0.216*1.50=0.324kN/m2
SK,0= sk*sin α*cos α*a1=0.216*0.777*0.629*0.36=0.038kN/m
SK,90= sk*cos2 α*a1=0.216*0.6292*0.36=0.031kN/m
S0=S*sin α*cos α* a1=0.324*0.777*0.629*0.36=0.038kN/m
S90=S*cos2 α* a1=0.324*0.629*0.36=0.049kN/m
-obciążenie wiatrem
*Z pkt. 3.2.7.4.(schemat II-W2) największą wartość parcia wystąpiło w polu G,H a zatem:
wk=(Cde+Cpi)*qp(z)*a1
wk=(0.7+0.3)*0.522*0.36=0.188kN/m
w=0.188*1.50=0.282kN/m
wk,0=0.00kN/m
w0=0.00kN/m
wk,90=0.188kN/m
w90=0.282kN/m
-osoba pracująca na dachu
Pk=1.0kN
P= Pk*γf=1.0*1.5=1.5kN
Pk,0=Pk*sinα=1.0*0.777=0.777kN
Pk,90=Pk*cosα=1.0*0.629=0.629kN
P0=P*sinα=1.5*0.777=1.17kN
P90=P*cosα=1.5*0.629=0.94kN
2.2. Obliczenia statyczne.
2.2.1Kombinacje obciążeń
Współczynniki wartości kombinacyjnej obciążenia zmiennego.
Ψ01=0.6-wiatr, Ψ02=0.5-śnieg
γG=1.35
γQ1= γQ2=1.50
współczynnik redukcyjny ξ=0.85
Obciążenia obliczeniowe.
a) prostopadłe do połaci dachu
q﬩= γG*Gk+ γQ1* Ψ01*Qk1+ Ψ02* γQ2* Qk2
q﬩= 1.35*0.129+ 1.50* 0.6*0.188+ 0.5* 1.50* 0.007=0.349kN/m
q﬩"= ξ* γG* Gk+ γQ2* Qk2
q﬩"`=0.85*1.35*0.129+1.50*0.188+0.5*1.50*0.007=0.435kN/m
q﬩=0.435kN/m-przyjmujemy wartość mniej korzystną
b) Równoległe do połaci dachu.
q║=γG* Gk+ γQ2+ Qk2
q║=0.85*1.35*0.144+1.5*0.012=0.183kN/m
q║=0.183kN/m-przyjmujemy wartość mniej korzystną
2.2.2. Schematy obciążeń
W obliczeniach łat uwzględnimy dwa schematy obliczeniowe:
-schemat A-od całkowitego obciążenia ciągłego (ciężar stały, śnieg , wiatr)
-schemat B-od ciężaru stałego i obciążenia skupionego
W obu schematach uwzględniamy dwukierunkowe działanie obciążenia: prostopadłe, i równoległe do połaci dachowej.
-schemat A
Mmax=0.125*q*l2
qy=q﬩"=0.435kN/m
qz= q║=0.183kN/m
My=0.125* qy*l2=0.125*0.435*0.92=0.044kNm
Mz=0.125* qz*l2=0.125*0.183*0.92=0.018kNm
Vmax=0.625*q*l
Vy=0.625*0.435*0.9=0.245kN
Vz=0.625*0.183*0.9=0.103kN
-schemat B
Mmax=0.0703g*l2+0.207*P*l
gy= g﬩=0.147kN/m
gz= g║=0.182kN/m
Py= P﬩=0.94kN
Pz= P║=1.17kN
My=0.0703 gy*l2+0.207* Py*l=0.0703*0.147*0.92+0.207*0.94*0.9=0.183kNm
Mz=0.0703 gz*l2+0.207* Pz*l=0.0703*0.182*0.92+0.182*1.17*0.9=0.202kNm
Vmax=0.625*q*l+0.520*P
Vy=0.625*0.147*0.9+0.520*0.94=0.571kN
Vz=0.625*0.182*0.9+0.520*1.17=0.711kN
2.3 Sprawdzenie stanu granicznego nośności.
2.3.1.S CHEMAT A
2.3.1.1.Zginanie
Wskaźniki wytrzymałości łaty:
Wy=Wz=$\frac{h^{3}}{6}$=$\frac{{6.3}^{3}}{6}$=41.675cm2
Naprężenia obliczeniowe od zginania w stosunku do osi głównych:
σm,y,d=$\frac{M_{y}}{W_{Y}}$=$\frac{4.4}{41.675}$=0.106kN/cm2
σm,z,d=$\frac{M_{z}}{W_{z}}$=$\frac{1.8}{41.675}$=0.043kN/cm2
Dla klasy drewna C27 wytrzymałość charakterystyczna na zginanie fm,y,k=27MPa.
Klasa użytkowania konstrukcji: warunki użytkowania konstrukcji odpowiadają klasie 2
Czas trwania obciążenia: najkrótszym czasem działania części obciążenia jest obciążenie wiatrem. Jest to obciążenie krótkotrwałe a zatem kmod=0.9.
Częściowy współczynnik bezpieczeństwa γM=1.3 dla kombinacji podstawowych dla drewna litego.
Wytrzymałość obliczeniowa drewna na zginanie:
fm,y,d= fm,z,d*$\frac{0.9*27}{1.3}$=18.692MPa=1.869kN/cm2
Sprawdzenie warunków stanu granicznego:
km=0.7
km*$\frac{\sigma m,y,d}{fm,y,d}$+$\frac{\sigma m,z,d}{fm,z,d}$= 0.7*$\frac{0.106}{1.869}$+$\frac{0.043}{1.869}$=0.063≤1
$\frac{\sigma m,y,d}{fm,y,d}$+ km *$\frac{\sigma m,z,d}{fm,z,d}$=$\frac{0.106}{1.869}$+0.7*$\frac{0.043}{1.869}$=0.073≤1
Warunek na zginanie dla łaty został spełniony.
2.3.1.2. Sprawdzenie stateczności przekroju.
λrel,m=$\sqrt{\frac{f_{m,k}}{\sigma_{m,crit}}}$
Ponieważ w obu kierunkach przekrój ma takie same wymiary , naprężenie krytyczne względem osi będzie takie samo.
σm,crit=$\frac{0.78b^{2}}{h*l_{\text{eff}}}$*E0.05
Stosunek długości leff/l przyjęto 1.0. Ponieważ obciążenie przyłożone jest do górnej powierzchni elementu to długość efektywną należy zwiększyć o 2h.
leff=l+2h=117+2*6.3=129.6cm
σm,crit=$\frac{0.78{*6.3}^{2}}{6.3*129.6}$*770=29.20kN/cm2
λrel,m=$\sqrt{\frac{3.0}{29.20}}$=0.321<0.75kcrit=1.0
σm,d≤ kcrit*fmd
σm,dy=0.106kN/cm2≤ kcrit*fmd=1.0*1.869=1.869kN/cm2
σm,dz=0.043kN/cm2≤ kcrit*fmd=1.0*1.869=1.869kN/cm2
Naprężenia obliczeniowe od ścinania w stosunku do osi głównych.
τy=1.5$\frac{V_{y}}{\text{bh}}$=1.5$\frac{0.245}{6.3*6.3}$=0.009kN/cm2
τz=1.5$\frac{V_{z}}{\text{bh}}$=1.5$\frac{0.103}{6.3*6.3}$=0.003kN/cm2
Dla klasy drewna C27 wytrzymałość charakterystyczna na ścinanie wynosi fv,k=2.8MPa.
Klasa użytkowania konstrukcji: warunki użytkowania konstrukcji odpowiadaj klasie 2.
Czas trwania obciążenia: najkrótszym czasem działania części obciążenia jest obciążenie wiatrem. Jest to obciążenie krótkotrwałe a zatem: kmod=0.9
Częściowy współczynnik bezpieczeństwa γM=1.3, dla kombinacji odstawowych dla drewna litego.
Wytrzymałość obliczeniowa drewna na ścinanie
fv,d=$\frac{0.9*2.8}{1.3}$=1.938MPa=0.194kN/cm2
Sprawdzenie warunków stanu granicznego :
τy=2.24$\frac{V_{y}}{bh}$=2.24$\frac{0.245}{6.3*6.3}$=0.014kN/cm2<fv,d=0.194kN/cm2
τz=2.24$\frac{V_{z}}{\text{bh}}$=2.24$\frac{0.103}{6.3*6.3}$=0.006kN/cm2<fv,d=0.194kN/cm2
τd=$\sqrt{\tau_{y}^{2} + \tau_{z}^{2}}$=$\frac{2.24\sqrt{V_{y}^{2} + V_{z}^{2}}}{\text{bh}}$=$\frac{2.24\sqrt{{0.245}^{2} + {0.103}^{2}}}{6.3*6.3}$=0.015kN/cm2
τd=0.015kN/cm2<fv,d=0.194kN/cm2
Warunek na ścinanie dla łaty został spełniony.
2.3.2 SCHEMAT B
2.3.2.1 Zginanie
Wskaźnik wytrzymałości łaty:
Wy=Wz=$\frac{h^{3}}{6}$=$\frac{{6.3}^{3}}{6}$=41.675cm3
Naprężenia obliczeniowe od zginania w stosunku do osi głównych:
σm,y,d=$\frac{M_{y}}{W_{y}}$=$\frac{18.300}{41.675}$=0.439kN/cm2
σm,z,d=$\frac{M_{z}}{W_{z}}$=$\frac{20.200}{41.675}$=0.485kN/cm2
Dla klasy drewna C27 wytrzymałość charakterystyczna na zginanie wynosi fm,y,k=27.0MPa.
Klasa użytkowania konstrukcji: warunki użytkowania konstrukcji odpowiadają klasie 2.
Czas trwania obciążenia: najkrótszym czasem działania części obciążenia jest obciążenie skupione (człowiek z narzędziami). Jest to obciążenie chwilowe a zatem kmod=1.1.
Częściowy współczynnik bezpieczeństwa γM=1.3 dla kombinacji podstawowych dla drewna litego.
Wytrzymałość obliczeniowa drewna na zginanie:
fm,y,d= fm,z,d=$\frac{1.1*27}{1.3}$=22.846MPa=2.285kN/cm2
Sprawdzanie warunków stanu granicznego:
km=0.7
km*$\frac{\sigma m,y,d}{fm,y,d}$+$\frac{\sigma m,z,d}{fm,z,d}$= 0.7*$\frac{0.439}{2.285}$+$\frac{0.485}{2.285}$=0.347≤1
$\frac{\sigma m,y,d}{fm,y,d}$+ km *$\frac{\sigma m,z,d}{fm,z,d}$=$\frac{0.439}{2.285}$+0.7*$\frac{0.485}{2.285}$=0.342≤1
2.3.1.2 Sprawdzenie stateczności przekroju.
λrel,m=$\sqrt{\frac{f_{m,k}}{\sigma_{m,crit}}}$
Ponieważ w obu kierunkach przekrój ma takie same wymiary , naprężenie krytyczne względem osi będzie takie samo.
σm,crit=$\frac{0.78b^{2}}{h*l_{\text{eff}}}$*E0.05
Stosunek długości leff/l przyjęto 1.0. Ponieważ obciążenie przyłożone jest do górnej powierzchni elementu to długość efektywną należy zwiększyć o 2h.
leff=l+2h=117+2*6.3=129.6cm
σm,crit=$\frac{0.78{*6.3}^{2}}{6.3*129.6}$*770=29.20kN/cm2
λrel,m=$\sqrt{\frac{3.0}{29.20}}$=0.320<0.75kcrit=1.0
σm,d≤ kcrit*fmd
σm,dy=0.439kN/cm2≤ kcrit*fmd=1.0*2.285=2.285kN/cm2
σm,dz=0.0485kN/cm2≤ kcrit*fmd=1.0*1.869=2.285kN/cm2
Naprężenia obliczeniowe od ścinania w stosunku do osi głównych.
τy=1.5$\frac{V_{y}}{\text{bh}}$=1.5$\frac{0.571}{6.3*6.3}$=0.021kN/cm2
τz=1.5$\frac{V_{z}}{\text{bh}}$=1.5$\frac{0.711}{6.3*6.3}$=0.027kN/cm2
Dla klasy drewna C27 wytrzymałość charakterystyczna na ścinanie wynosi fv,k=2.8MPa.
Klasa użytkowania konstrukcji: warunki użytkowania konstrukcji odpowiadają klasie2.
Czas trwania obciążenia: najkrótszym czasem działania części obciążenia jest obciążenie skupione(człowiek z narzędziami). Jest to obciążenie chwilowe z zatem: kmod=1.1.
Częściowy współczynnik bezpieczeństwa γM=1.3 dla kombinacji podstawowych dla drewna litego.
Wytrzymałość obliczeniowa drewna na zginanie:
fm,y,d= fm,z,d=$\frac{1.1*2.8}{1.3}$=2.369MPa=0.237kN/cm2
Sprawdzanie warunków stanu granicznego:
τy=2.24$\frac{V_{y}}{bh}$=2.24$\frac{0.571}{6.3*6.3}$=0.032kN/cm2<fv,d=0.237kN/cm2
τz=2.24$\frac{V_{z}}{\text{bh}}$=2.24$\frac{0.711}{6.3*6.3}$=0.040kN/cm2<fv,d=0.237kN/cm2
τd=$\sqrt{\tau_{y}^{2} + \tau_{z}^{2}}$=$\frac{2.24\sqrt{V_{y}^{2} + V_{z}^{2}}}{\text{bh}}$=$\frac{2.24\sqrt{{0.571}^{2} + {0.711}^{2}}}{6.3*6.3}$=0.051kN/cm2
τd=0.051kN/cm2<fv,d=0.237kN/cm2
Warunek na ścinanie dla łaty został spełniony.
2.4 Sprawdzenie stanu granicznego użytkowalności:
I﬩=Iy=$\frac{h^{4}}{12}$=$\frac{{6.3}^{4}}{12}$=131.275cm4
I║= Iz=$\frac{h^{4}}{12}$=$\frac{{6.3}^{4}}{12}$=131.275cm4
uinst=$\frac{2.09*g_{y*}l^{4}}{384*E_{0,mean}{*J}_{y}}$
SCHEMAT A
Ugięcie chwilowe belki o schemacie obliczeniowym A
-Obciążenie ciężarem stałym.
W obliczeniach stanu granicznego użytkowności przyjęto następujące wartości charakterystyczne:
gy=gk﬩=0.129kN/m
gz=gk║=0.144kN/m
Ugięcie chwilowe od obciążenia ciężarem stałym
E=11500N/mm2
uy,inst=$\frac{2.09*g_{y}*l^{4}}{384*E_{0,mean}{*J}_{y}}$=$\frac{2.09*0.00129{*117}^{4}}{384*1150*131.275}$=0.00087cm
uz,inst=$\frac{2.09*g_{z}*l^{4}}{384*E_{0,\text{mean}}{*J}_{z}}$=$\frac{2.09*0.00114{*117}^{4}}{384*1150*131.275}$=0.00094cm
Ugięcie końcowe od obciążenia ciężarem stałym.
Drewno lite, klasa użytkowania 2.
kdef=0.80
uy,fin= uy,inst*(1+ kdef)= 0.00087*(1+ 0.8)=0.00157cm
uz,fin= uz,inst*(1+ kdef)= 0.00094*(1+ 0.8)=0.00169cm
-Obciążenie śniegiem
sy=sk﬩=0.031kN/m
sz=sk║=0.038kN/m
Ugięcie chwilowe od obciążenia śniegiem
uy,inst=$\frac{2.09*s_{y}*l^{4}}{384*E_{0,\text{mean}}{*J}_{y}}$=$\frac{2.09*0.00031{*117}^{4}}{384*1150*131.275}$=0.00021cm
uz,inst=$\frac{2.09*s_{z}*l^{4}}{384*E_{0,\text{mean}}{*J}_{z}}$=$\frac{2.09*0.00038{*117}^{4}}{384*1150*131.275}$=0.000026cm
Ugięcie końcowe od obciążenie śniegiem
Drewno lite, klasa użytkowania 2
kdef=0.8, ψ2,1=0.2
uy,fin= uy,inst*(1+ ψ2,1* kdef)=0.00021*(1+0.2*0.80)=0.00024cm
uz,fin= uz,inst*(1+ ψ2,1* kdef)=0.00026*(1+0.2*0.80)=0.00030cm
-Obciążenie wiatrem
wy=wk﬩=0.188kN/m
wz=wk║=0.000kN/m
Ugięcie chwilowe od obciążenia wiatrem.
uy,inst=$\frac{2.09*w_{y}*l^{4}}{384*E_{0,mean}{*J}_{y}}$=$\frac{2.09*0.00188{*117}^{4}}{384*1150*131.275}$=0.01270cm
uz,inst=$\frac{2.09*w_{z}*l^{4}}{384*E_{0,\text{mean}}{*J}_{z}}$=$\frac{2.09*0.00{*117}^{4}}{384*1150*131.275}$=0cm
Ugięcie końcowe od obciążenia wiatrem.
Drewno lite klasa użytkowania 2.
kdef=0.8, ψ0,2=0.6, ψ2,1=0.2
uy,fin= uy,inst*( ψ0,2+ ψ2,1* kdef)=0.01270*(0.6+0.2*0.80)=0.00965cm
uz,fin= uz,inst*( ψ0,2+ ψ2,1* kdef)=0.00*(0.6+0.2*0.80)=0.00cm
ufin,y= uy,fin,G+ uy,fin,S + uy,fin,W=0.00157+0.00024+0.00965=0.01146cm
ufin,z= uz,fin,G+ uzfin,S + uz,fin,W=0.00094+0.000026+0.00=0.00199cm
ufin=$\sqrt{u_{fin,y}^{2} + u_{fin,z}^{2}}$=$\sqrt{{0.01146}^{2} + {0.00199}^{2}}$=0.01163cm
uin,net=$\frac{l}{150}$=$\frac{117}{150}$=0.78cm
ufin=0.00199< uin,net=0.78cm-warunek spełniony.
-SCHEMAT B
Ugięcie chwilowe belki o schemacie obliczeniowym B.
-Obciążenie ciężarem stałym.
gy=gk﬩=0.129kN/m
gz=gk║=0.124kN/m
-Obciążenie siłą skupioną(człowiek z narzędziami)
gy=gk﬩=0.629kN/m
gz=gk║=0.777kN/m
Ugięcie chwilowe od obciążenia ciężarem stałym i siłą skupioną
E=11500N/mm2
uy,inst=$\frac{2.09*g_{y}*l^{4}}{384*E_{0,mean}{*J}_{y}}$+0.015*$\frac{P_{y}*l^{3}}{E_{0,mean}{*J}_{y}}$=$\frac{2.09*0.00129*117^{4}}{384*1150*131.275}$+0.015*$\frac{0.629*117^{3}}{1150*131.275}$=0.1088cm
uz,inst=$\frac{2.09*g_{z}*l^{4}}{384*E_{0,\text{mean}}{*J}_{y}}$+0.015*$\frac{P_{y}*l^{3}}{E_{0,\text{mean}}{*J}_{y}}$=$\frac{2.09*0.00124*117^{4}}{384*1150*131.275}$+0.015*$\frac{0.777*117^{3}}{1150*131.275}$=0.1320cm
Ugięcie końcowe od obciążenia ciężarem stałym i siłą skupioną.
Drewno lite, klasa użytkowania 2
kdef=0.8
uy,fin= uy,inst*(1+ kdef)= 0.1088*(1+ 0.8)=0.1175cm
uz,fin= uz,inst*(1+ kdef)= 0.1320*(1+ 0.8)=0.2376cm
ufin=$\sqrt{u_{\text{fin},y}^{2} + u_{\text{fin},z}^{2}}$=$\sqrt{{0.1175}^{2} + {0.2376}^{2}}$=0.2651cm
uin,net=$\frac{l}{150}$=$\frac{117}{150}$=0.78cm
ufin=0.2651< uin,net=0.78cm-warunek spełniony.
Pozycja-3 Krokwie
Przyjęto:
-rozstaw krowi=90cm
-wymiary poprzeczne przekroju b=12.0cm h=20.0cm
Ciężar dachówki(1m2=43.7kg/m2)
gk=0.437*0.9=0.393kN/m –wartość charakterystyczna
g=0.393*1.35=0.53kN/m –wartość obliczeniowa
Ciężar łaty:
gk=$\frac{0.022*0.9}{0.36}$=0.055kN/m –wartości charakterystyczne
g=0.055*1.35=0.074kN/m-wartość obliczeniowa
Ciężar krokwi:
gk=0.12*0.20*5.5=0.132kN/m -wartość charakterystyczna
g=0.132*1.35=0.178kN/m-wartość obliczeniowa
Obciążenie całkowite stałe
qk=0.393+0.055+0.132=0.580kN/m –wartość charakterystyczna
q=0.53+0.074+0.178=0.782kN/m -wartość obliczeniowa
SCHEMAT G
3.1.2 Obciążenie zmienne.
3.1.2.1 obc. Śniegiem
Na podstawie pkt. 3.1
3.1.2.2. obciążenie wiatrem
Na podstawie pkt. 3.2
3.1.3. Obliczenia statyczne.
Zastosowano następującą kombinację obciążeń:
-obc. obliczeniowe
G+Ewent.(S1,S2,S3)+Ewent.(W1,W2,W3,W4,W5,W6)
-Obliczenia wykonano w programie komputerowym Soldis, wyniki przedstawiono na kolejnej stronie.
3.1.4. Obliczenia naprężeń
a) naprężenia normalne styczne
σm,y,d=$\frac{M_{y}}{W_{y}}$, $W_{y} = \frac{\text{bh}^{2}}{6}$, τz=1.5$\frac{V_{z}}{\text{bh}}$
$W_{y} = \frac{{bh}^{2}}{6}$=$\frac{{12*20}^{2}}{6}$=800cm3
σm,y,d=$\frac{M_{y}}{W_{y}}$= $\frac{697.5}{800}$=0.872kN/cm2
τz=1.5$\frac{V_{z}}{bh}$=1.5*$\frac{4.08}{12*20}$=0.026kN/ cm2
b) naprężenia ściskające
σc,o,d=$\frac{N_{i}}{k_{c,z}*A}$
A=b*h=12.0*20.0=240cm2
Iz=$\frac{{h*b}^{3}}{12}$=$\frac{{20*12}^{3}}{12}$=2880cm4
iz=$\sqrt{\frac{I_{z}}{A}}$=$\sqrt{\frac{2880}{240}}$=3.46cm
λz=$\frac{u_{z}*l_{b}}{i_{z}}$=$\frac{1.0*683.2}{3.46}$=197.46
λrel,z=$\frac{\lambda_{z}}{\pi}$*$\sqrt{\frac{f_{c,0,k}}{E_{0.05}}}$=$\frac{197.46}{3.1415}$*$\sqrt{\frac{2.3}{800}}$=3.37
kz=0.5[1+β*( λrel,z-0.3)+ λrel,z2]= 0.5[1+0.2*( 3.37-0.3)+ 3.372]=6.49
kc,z=$\frac{1}{k_{z}\sqrt{k_{z}^{2} - \lambda_{rel,z}^{2}}}$=$\frac{1}{6.49\sqrt{{6.49}^{2} - {3.37}^{2}}}$=0.083
σc,o,d=$\frac{N_{i}}{k_{c,z}*A}$=$\frac{11.02}{0.083*240} = 0.553$
3.1.5 Sprawdzenie stanu granicznego nośności.
kmod=0.9
γM=1.3
fm,y,d=$\frac{k_{\text{mod}}*f_{m,k}}{\gamma_{M}}$=$\frac{0.9*30}{1.3}$=20.769MPa=2.077kN/cm2
fc,o,d=$\frac{k_{\text{mod}}*f_{c,o,k}}{\gamma_{M}}$=$\frac{0.9*23}{1.3}$=15.923MPa=1.592kN/cm2
Sprawdzenie warunków stanu granicznego:
$$\left( \frac{\sigma_{c,0,d}}{f_{c,o,d}} \right)^{2} + \frac{\sigma_{m,y,d}}{f_{m,y,d}} \leq 1.0$$
$$\left( \frac{0.553}{1.591} \right)^{2} + \frac{0.872}{2.077} = 0.54 \leq 1.0$$
3.1.6 Ścinanie
Naprężenia obliczeniowe od ścinania w stosunku do osi głównych.
kmod=0.9
γM=1.3
Wytrzymałość obliczeniowa drewna na ścinanie:
fv,d=$\frac{0.9*3.0}{1.3}$=2.077MPa=0.208kN/cm2
Sprawdzanie warunków stanu granicznego:
τy=2.24*$\frac{Q}{bh}$=2.24*$\frac{4.08}{12*20}$=0.038<fv,d=0.208kN/cm2
Warunek na ścinanie został spełniony.
3.1.6. Sprawdzenie stanu granicznego użytkowności.
Do obliczeń ugięć przyjęto kombinacje obciążeń dającą maksymalny moment przęsłowy.
-obc. charakterystyczne działające na krokiew.
a) obc. stałe
Ciężar dachówki + Ciężar łaty
gkb,ł﬩=(0.393+0.055)*cos51o=0.282kN/m
Ciężar krokwi
gk,k﬩ =0.132*cos51 o=0.083kN/m
Razem obciążenia stałe
qk﬩= gkb,ł﬩+ gk,k﬩ =0.282+0.083=0.365kN/m
b) obc. zmienne
-obc śniegiem
Sk﬩=0.194kN/m*(cos51)2=0.076kN/m
-obc wiatrem
wk﬩=0kN/m
Obliczanie ugięć.
Iy=$\frac{bh^{3}}{12}$=$\frac{12{*20}^{3}}{12}$=8000cm
$\frac{l}{h} = \frac{683.2}{20}$=34.16>20 uinst=$\frac{5*q_{k}*l^{4}}{384*E_{0,mean}*J}$
-Obciążenie ciężarem stałym
qk﬩=0.365kN/m
Ugięcie chwilowe od obciążenia ciężarem stałym
E=12000N/mm2
uy,inst=$\frac{5*0.00365*{683.2}^{4}}{384*1200*8000}$=1.079cm
Ugięcie końcowe od obciążenia ciężarem stałym.
Drewno lite, klasa użytkowania 2
kdef=0.80
uy,fin= uy,inst(1+ kdef)= 1.079*(1+0.8)=1.9422cm
-Obciążenie śniegiem
Sk﬩=0.076kN/m
Ugięcie chwilowe od obciążenia śniegiem.
uy,inst=$\frac{5*0.00076*{683.2}^{4}}{384*1200*8000}$=0.225cm
Ugięcie końcowe od obciążenia śniegiem
Drewno lite, klasa użytkowania 2
kdef=0.80 γ2,1=0.2
uy,fin= uy,inst(1+ γ2,1*kdef)= 0.225*(1+0.2*0.8)=0.261cm
-Obciążenie wiatrem,
wy=wk﬩=0.0kN/m
Ugięcie chwilowe od obciążenia wiatrem.
uy,inst=$\frac{5*0.0*{683.2}^{4}}{384*1200*8000}$=0.0cm
Ugięcie końcowe od obciążenia wiatrem
Drewno lite, klasa użytkowania 2
kdef=0.80 γ0,2=0.6 γ2,1=0.2
uy,fin= uy,inst(γ0,2+ γ2,1*kdef)= 0.0*(0.6+0.2*0.8)=0.0cm
ufin,y= ufin,y,G+ ufin,y,S+ ufin,y,w=1.079+0.261+0.0=1.34cm
uin,net=$\frac{l}{200}$=$\frac{683.2}{200}$=3.416cm
ufin=1.34cm< uin,net=3.416cm
3.1.7. Sprawdzanie stateczności przekroju.
λrel,m=$\sqrt{\frac{f_{m,k}}{\sigma_{m,crit}}}$
W przypadku elementów z drewna o przekroju prostokątnym:
σm,crit=$\frac{0.78b^{2}}{hl_{\text{eff}}}$
Stosunek długości leff/l przyjęto 1.0. Ponieważ obciążenie przyłożone jest do górnej powierzchni elementu to długość efektywną należy zwiększyć o 2h.
leff=l+2h=683.2+2*20=723.2cm
σm,crit=$\frac{0.78{*12.0}^{2}}{20*723.2}$=7.76kN/cm2
λrel,m=$\sqrt{\frac{3.0}{7.76}} = 0.62 < 0.75$kcrit=1.0
$\left( \frac{\sigma_{m,d}}{k_{\text{crit}}f_{m,d}} \right)^{2} + \frac{\sigma_{c,o,d}}{k_{c,z}f_{c,o,d}}$≤1.0
kc,z=0.083
σc, o, d=$\frac{N}{A}$=$\frac{11.02}{240}$=0.046kN/cm2
$\left( \frac{0.872}{1.0*2.08} \right)^{2} + \frac{0.046}{0.083*1.592} = 0.52$≤1.0
Pozycja-4.POŁĄCZENIA
4.1 Połączenie krokwi w kalenicy.
hkr=200mm bkr=120mm -wymiary krokwi
4.1.1 Dobór średnicy i długości gwoździa.
v=60mm-najcieńszy element złącza.
d=$\begin{pmatrix} \frac{1}{6}*t_{1} = \frac{1}{6}*60 = 10mm \\ \frac{1}{11}*t_{1} = \frac{1}{11}*60 = 5.45mm \\ \end{pmatrix}$
Przyjęto: d=6.0mm
lg,min= t1+8*d+1.5*d=60+8*6+1.5*6=117mm
Przyjęto: lg=140mm
4.1.2 Sprawdzenie minimalnej grubości elementu w złączu.
ρk=380kg/m3
d=6.0mm
fh,1,k=0.082* ρk*d-0.3=0.082*380*6.0-0.3=18.20N/mm
fh,2,k= fh,1,k
4.1.4 Wartość charakterystyczna dla momentu uplastycznienia.
My,Rk=0.3*fu*d2.6=0.3*600*6.02.6=18987Nmm
4.1.5 Nośność charakterystyczna gwoździ:
Połączenie drewno-drewno
d=6.0mm
t1=60mm
t2=lg-t1-1.5*d=140-60-1.5*6.0=71mm
Fv.Rk=min$\begin{bmatrix} f_{h,1,k}*t_{1}*d \\ f_{h,1,k}*t_{2}*d \\ \frac{f_{h,1,k}{*t}_{1}*d}{1 + \beta}\left\lbrack \sqrt{\beta + 2*\beta^{2}*\left\lbrack 1 + \frac{t_{2}}{t_{1}} + \left( \frac{t_{2}}{t_{1}} \right)^{2} \right\rbrack + \beta^{3}*\left( \frac{t_{2}}{t_{1}} \right)^{2}} - \beta\left( 1 + \frac{t_{2}}{t_{1}} \right) \right\rbrack \\ 1.05*\frac{f_{h,1,k}{*t}_{1}*d}{2*\beta}\left\lbrack \sqrt{2*\beta*\left( 1 + \beta \right) + \frac{4*\beta*\left( 2 + \beta \right)*M_{y,\text{Rk}}}{f_{h,1,k}*d*t_{1}^{2}} - \beta} \right\rbrack \\ 1.05*\frac{f_{h,1,k}{*t}_{2}*d}{1 + 2*\beta}\left\lbrack \sqrt{2*\beta^{2}*\left( 1 + \beta \right) + \frac{4*\beta*\left( 2 + \beta \right)*M_{y,\text{Rk}}}{f_{h,1,k}*d*t_{2}^{2}} - \beta} \right\rbrack \\ 1.15*\sqrt{\frac{2*\beta}{1 + \beta}*\sqrt{2*M_{y.\text{Rk}}*f_{h,1,d}*d}} \\ \end{bmatrix}$
Fv.Rk=min$\begin{bmatrix} 18.20*60*6.0 \\ 18.20*71*6.0 \\ \frac{18.20*60*6.0}{1 + 1}\left\lbrack \sqrt{1 + 2*1^{2}*\left\lbrack 1 + \frac{71}{60} + \left( \frac{71}{60} \right)^{2} \right\rbrack + 1^{3}*\left( \frac{71}{60} \right)^{2}} - 1\left( 1 + \frac{71}{60} \right) \right\rbrack \\ 1.05*\frac{18.20*60*6.0}{2*1}\left\lbrack \sqrt{2*1*\left( 1 + 1 \right) + \frac{4*1*\left( 2 + 1 \right)*18987}{18.20*6.0*60^{2}} - 1} \right\rbrack \\ 1.05*\frac{18.20*71*6.0}{1 + 2*1}\left\lbrack \sqrt{2*1^{2}*\left( 1 + 1 \right) + \frac{4*1*\left( 2 + 1 \right)*18987}{18.20*6.0*71^{2}} - 1} \right\rbrack \\ 1.15*\sqrt{\frac{2*1}{1 + 1}*\sqrt{2*18987*18.20*6.0}} \\ \end{bmatrix}$
Fv.Rk=min$\begin{bmatrix} 6552 \\ 7753 \\ 2981 \\ 3921 \\ 2998 \\ 2342 \\ \end{bmatrix}$N
Fv.Rd=$\frac{k_{\text{mod}}*F_{v,\text{Rk}}}{\text{γM}}$=$\frac{0.9*2342}{1.25} = 1686$N
4.1.6. Wyznaczanie potrzebnej ilości gwoździ w złączu.
n=$\frac{N}{F_{v,Rd}}$
Największe siły działające w kalenicy:
Vy,max=4.08kN
Ny,max=3.85kN
N=$\sqrt{V_{y,max}^{2} + N_{y,max}^{2}}$=$\sqrt{{4.08}^{2} + {3.85}^{2}}$=5.61kN
n=$\frac{N}{F_{v,\text{Rd}}} = \frac{5610}{1686} =$3.33-przyjęto 4gwoździe
Przyjęto cztery gwoździe okrągłe o średnicy d=6.0 mm i długości lg=140mm. Przyjęto 2 szeregi gwoździ, w każdym szeregu znajdują się 2 gwoździe.
4.1.7. Rozmieszczenie gwoździ w złączu.
-odległość równolegle do włókien:
d=6.0mm
α=51o
a1=(4+|cosα|)*d=(4+|cos51|)*6.0=28.66mm
Przyjęto a1=140.0mm
-odległość prostopadle do włókien:
d=6.0mm
α=51o
a2=(3+|sinα|)*d=(3+|sin39|)*6.0=11.32mm
Przyjęto a2=140.0mm
-koniec nieobciążony:
d=6.0mm
a3c=7*d=7*6=42mm
Przyjęto a3c =90.0mm
-koniec obciążony:
d=6.0mm
α=19.5o
a3t=(7+5*cos α )*d=(7+5*cos 19.5 )*6 =70.28mm
Przyjęto a3t =90.0mm
-krawędź nieobciążona:
d=6.0mm
a4c=3*d=3*6 =18mm
Przyjęto a4c =90.0mm
-krawędź obciążona:
d=6.0mm
α=160.5o
a4t=(3+4*sin α )*d=(3+4*sin160.5 )*6 =26.01mm
Przyjęto a4t =90.0mm