Opis techniczny

1. Ogólna koncepcja konstrukcji wiązara dachowego

Projekt konstrukcyjny obejmuje obliczenia statyczne i konstrukcję dachu drewnianego typu kratowego wg wymagań normy PN-B-03150:2000 opartej na EC-5. Konstrukcja budynku nie wchodzi w zakres opracowania. Przyjęto budynek o konstrukcji tradycyjnej : ściany murowane z elementów ceramicznych na zaprawie cementowo - wapiennej marki 3, stropy nad parterem żelbetowe wylewane z betonu C25 zbrojone stalą AIII. Budynek ma szerokość modularną w osiach ścian L = 10,90m.

Długość budynku spełnia warunek B>2L. Wysokość budynku nie przekracza 10m. Schemat konstrukcji wiązara wg

2. Przyjęte rozwiązania materiałowe

W projekcie konstrukcji dachu przyjęto następujące rozwiązania materiałowe:

• drewno lite sosnowe klasy C-30 wg PN-B-03150:2000

• łączniki metalowe typu trzpieniowego i łączniki typu płytki kolczaste w węzłach

wg PN-B-03150:2000

• połączenia elementów konstrukcji wg wymagań PN i aprobaty technicznej dla odpowiednich płytek kolczastych.

• zabezpieczenia przeciw korozji biologicznej drewna wg wymagań Norm związanych

z PN-B-03150:2000, PN-EN 351 , PN-EN 460

3. Dane do projektowania

• wiązar dachowy drewniany kratowy dla rozpiętości 10,90m0m,

• dach kryty blachą dachówkową,

• podsufitka z ociepleniem wełną mineralną gr.15cm i płytami kartonowo-gipsowymi typu GKF 12,5mm na listwach 35x50mm co 350 mm oraz paraizolacją z folii PE,

• wysokość wiązara spełnia warunek h/l=1/3,

• drewno klasy C-30,

• budynek zlokalizowany w III strefie obciążenia śniegiem i I strefie obciążenia wiatrem,

• rozstaw wiązarów a =1,00m.

4. Opis techniczny konstrukcji dachu

W wyniku analizy statycznej i wymiarowania przyjęto następujące przekroje elementów konstrukcji dachu.:

• krokwie o przekroju 60x120mm, łączone w kalenicy za pomocą płytek kolczastych obustronnie 2x95x152,

• krzyżulce K₂ o przekroju 120x85mm, łączone w kalenicy z pasem górnym za pomocą płytek kolczastych obustronnie 2x190x559,

• krzyżulec K₁ o przekroju 70x85mm, połączony z krokwią za pomocą płytek kolczastych obustronnie 2x76x229,

• połączenie pasa dolnego o przekroju 50x85mm z krzyżulcami za pomocą płytek kolczastych obustronnie 2x267x356,

• połączenie krokwi z pasem dolnym za pomocą płytek kolczastych obustronnie 2x229x356

5.Zabezpieczenie przeciw korozji biologicznej konstrukcji dachu

Wg tablicy 1 PN-EN 460:1997 - (naturalna trwałość drewna litego), naturalna odporność drewna jest wystarczająca dla klasy zagrożenia 1, a w klasie 2 wskazane jest dodatkowe zabezpieczenie konstrukcji. drewnianej. Konstrukcję wiązara dachowego nad budynkiem mieszkalnym można zakwalifikować do klasy 1, uwzględniając klasę trwałości 5 wynikającą z faktu, że użyte drewno jest klasyfikowane w 5 klasie trwałości.

Wg tablicy B1 PN-EN 351.1 (drewno lite zabezpieczone środkami ochronnymi) klasa zagrożenia 1 dotyczy konstrukcji pod przykryciem w warunkach suchych ,zaś klasa 2 uwzględnia również konstrukcję pod przykryciem z ryzykiem zawilgocenia np. przeciekający dach po pewnym okresie użytkowania. Uwzględniając możliwość wystąpienia warunków wynikających z klasy 2 zagrożenia przyjęto dodatkowe zabezpieczenie konstrukcji drewnianej za pomocą środka FOBOS M-2 w ilości 15kg/m³ drewna co czyni konstrukcję trudno podatną na zapalenie.

6.Normy uwzględnione w opracowaniu

• PN-B-03000:1990 Zasady wykonywania obliczeń statycznych

• PN-B-02001:1982 Obciążenia stałe

• PN-B-02010:1980 Obciążenia śniegiem

• PN-B-02011:1977 Obciążenia wiatrem

• PN-B-03150:2000 Konstrukcje drewniane

• PN-EN 351-1 :1999 drewno lite zabezpieczone środkami ochrony

• Aprobata techniczna ITB AT-15-3028/98 Złącza na płytki kolczaste jednostronne Typu M16,M14,M20

II Obliczenia statyczne

1. Schemat i geometria układu

Dane:

• drewno klasy C-30

• rozpiętość dachu l =10,90m

• wysokość wiązara dla h/l = 1/5

• rozstaw wiązarów a = 1,00m

• pokrycie dachu - blacha dachówkowa

• budynek o wymiarach H/L < 2 i H <10

• obciążenie śniegiem wg strefy III

• obciążenie wiatrem wg strefy I

• połączenia w węzłach za pomocą płytek kolczastych i gwoździ

H=1/5*10,90m=2,18m

Warstwy materiałowe pasa dolnego:

• wełna mineralna 120mm

• folia 0,07mm

• łaty drewniane 35x50mm co 250mm

• płyta GKF 12,5mm

Warstwy materiałowe pasa górnego:

• blacha fałdowa

• łaty drewniane 25x25mm co 250 mm

• folia 0,07mm

2. Zestawienie obciążeń

1. Obciążenie stałe dachu

1. Stałe pasa górnego

L.p.	Obciążenia stałe	Wartości charakterystyczne [kN/m^2]	Współ. obciążenia	Wartości obliczeniowe [kN/m^2]
1.	Blacha dachowkowa	0,12	1,1	0,1067
2.	Łaty drewniane	0,125	1,2	0,036
	RAZEM g1k=	0,245 kN/m^2	g1d=	0,163 kN/m^2

2. Stałe pasa dolnego

L.p.	Obciążenia stałe	Wartości charakterystyczne	Współ. obciążenia	Wartości obliczeniowe
1.	Płyta GKF 12,5mm	0,150kN/m^2	1,2	0,180kN/m^2
2.	Listwy 35x50x350	0,04kN/m^2	1,1	0,05kN/m^2
3.	Folia PE	0,02kN/m^2	1,2	0,02kN/m^2
4.	Wełna mineralna 150mm	0,150kN/m^2	1,0	0,150kN/m^2
	RAZEM g2k=	0,36 kN/m^2	g2d=	0,43 kN/m^2

3. Ciężar własny dachu

Wg PN-B-03001:1992 Obciążenia stałe

Dla lekkiego wiązara kratowego drewnianego:




2. Obciążenia zmienne dachu:

1. Obciążenie śniegiem

III Strefa śniegowa q_k=1,2 kN/m²






Dla








2. Obciążenie wiatrem wg PN-B-02011:1977

Dla I strefy wiatrowej q_k1=0,25 kN/m²




C_e - współczynnik ekspozycji , dla terenu A- otwartego C_e=1,0 ( gdy
)

Β=1,8 (budynek niepodatny)

C_z - współczynnik kształtu przegrody

C_z⁰= -0,4

Dla W I=


Dla W II=


I wariant:







II wariant:







3. Obciążenia węzłowe układu




1. Obciążenie śniegiem:

• pasa górnego

P_ik P_id













Całkowite obciążenie w węźle pasa górnego:





• pasa dolnego

P_ik P_id









Całkowite obciążenie w węźle pasa dolnego:





2. Siły węzłowe od obciążenia wiatrem wg Pn-B-02000:1982








I wariant:

P_ik P_id









II wariant:









4. Siły wewnętrzne w prętach układu

1. Siły N_i1 w prętach od obciążeń jednostkowych węzłów (dla h=1/3l)

Siły	Stan obciążeń
		P1=1	P2=1	W1=1	W2=1
G1	- 2,7	- 1,8	- 1,18	- 1,08
G2	- 2,13	- 1,8	- 1,18	- 1,08
G1'	- 2,7	- 1,8	- 1,08	- 1,18
G2'	- 2,13	- 1,8	- 1,08	- 1,18
D1	+ 2,24	+ 1,5	+ 1,78	- 0,18
D2	+ 1,49	+ 1,07	+ 0,88	- 0,18
D1'	+ 2,24	+ 1,5	+ 0,88	- 0,75
K1	- 0,84	0	- 1,00	0
K1'	- 0,84	0	0	- 1,00
K2	+ 0,75	+ 1,1	+ 0,9	0
K2'	+ 0,75	+ 1,1	0	0,9

2. Siły wewnętrzne w prętach kratownicy




3. Momenty zginające pasa górnego

Obciążenia prostopadłe do belki:







Zgodnie z tablicami Winklera :








do wymiarowania pasa górnego



- ciężar podsufitki




Z tablic inżynierskich:




Zatem:




5. Wymiarowanie elementów

I stan graniczny - stan graniczny nośności

II stan graniczny - stan graniczny użytkowalności




Charakterystyki materiałowe



-podstawowe parametry materiałowe wg PN-B-03150:2000

Drewno klasy C-30

• f_m,k = 30Mpa
  

• f_t,0,k = 18Mpa
  

• f_c,0,k = 23Mpa
  

• f_c,90,k = 2,7MPa

• E_o,mean = 12000MPa

• E_0,05 = 8000Mp




klasa użytkowania - 2

klasa trwania obciążenia stałe

k_mod śnieg średniotrwałe

wiatr krótkotrwałe

materiał - drewno lite

k_mod = 0,9 wg TAB. 2 PN-B-03150:2000

γ_m = 1,3

β_c = 0,2

1. Nośność pasa górnego




Parametry przekroju:

Pas górny 60 x 120mm

Pole przekroju: A_d = 60x120= 9600 mm²

Wskaźnik wytrzymałości: W_y= 60 x 120² /6 = 256 cm³

Promień bezwładności: i_y = 46,19 mm

Współczynnik wyboczeniowy:
















• Naprężenia w przekroju w przęśle:







• Naprężenia w przekroju nad podporą:







Warunek nośności w przęśle




WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Warunek nośności na podporze




WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Przyjęto: PAS GÓRNY 60 x 120mm

1. Nośność pasa dolnego

Przyjęto pas dolny 50x85mm

A _net= 4250mm²




Naprężenie od M_yd










Naprężenia od siły podłużnej:




Naprężenia od zginania:




Warunek nośności




WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Przyjęto: PAS DOLNY 50 x 85mm

5.3 Nośność krzyżulca

- K1

Przyjęto przekrój krzyżulca 50x85mm

A_d = 4250mm²

i_min = i_z= 0,289 · 50 = 14,45mm

K_1d = 9,89kN

l_y=l_z=2823mm




Przyjęty przekrój nie spełnia danego warunku. Należy zmienić szerkość b ponieważ iz=0,289*b

Dla


Przyjęto b=70mm zatem:




WARUNEK SPEŁNIONY

Wymiar b został zwiększony przez dodanie do krzyżulca o wymiarze 50mm obustronnie deszczułek szerokości 85mm i grubości 10mm.







WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Przyjęto: KRZYŻULEC K1 70 x 85mm

-K2

Przyjęto przekrój krzyżulca 50x85mm

A_d = 4250mm²

i_min = i_z= 0,289 · 50 = 14,45mm

K_1d = 9,89kN

l_y=l_z=6116mm




Przyjęty przekrój nie spełnia danego warunku. Należy zmienić szerkość b ponieważ iz=0,289*b

Dla


Przyjęto b=120mm zatem:




WARUNEK SPEŁNIONY

Wymiar b został zwiększony przez dodanie do krzyżulca o wymiarze 50mm obustronnie deszczułek szerokości 85mm i grubości 35mm.

Przyjęto: KRZYŻULEC K2 120 x 85mm







WARUNEK SPEŁNIONY

6. Projektowanie połączeń

1. Węzeł A




Szerokość płytki:




Wymiary płytki BxL




Przyjęto:

B=229mm

Długość płytki:




Z tablicy 7-2. (płytki kolczaste typu M16) przyjęto BxL=267x356mm

Nośność obliczeniowa płytek typu M16 z uwagi na docisk kolców do drewna (tab. 7-9 β = 0, α = 33,67 F₁ = 100N/cm²

Wymagana powierzchnia docisku kolców do otaczającego drewna:

• Pas górny:


dla
(tab. 7-12)




Rzeczywista powierzchnia styku




• Pas dolny:


(tab. 7-12)




Wymagana powierzchnia:







Przyjęto płytkę M14 - 267 x 356mm.

Sprawdzenie wytrzymałości płytek na ścinanie:







Wg Tabl. 7-11 dla płytek M14








WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁENIONY

1. Węzeł B




• Pas górny







Składowa wywołująca ścinanie:




Składowa wywołująca ściskanie:




Wypadkowa:










Nośność obliczeniowa płytek typu M14 z uwagi na docisk kolców do drewna (tab. 7-9 β = 90, α = 0):




Wymagana powierzchnia płytki:




Szerokość płytki:




Minimalna długość płytki:




Połączenie z krzyżulcem:




F₁ = 100N/cm² (M16 tab. 7-9 α = 0, β = 0)

Wymagana powierzchnia płytki:




Minimalna długość płytki:




wg 7.2 dla M16 przyjęto L=229mm

Przyjęto płytkę M16 76 x 229mm.

Sprawdzenie płytek na ścinanie:

Nośność obliczeniowa płytek typu M16 na ścinanie F_1v [N/cm] z tablicy 7-11 dla:

α = 90 F_1v = 570N/cm







R_xd=F_1c*b

Z TAB 7-11 F_1c=1135N/cm

R_xd=1135*7,6=8,626kN

R_yd= F_1V*b

R_yd=570*7,6=4,332kN

WARUNEK NOŚNOŚCI PŁYTKI:




WARUNEK SPEŁNIONY

1. Węzeł D
















• Pas dolny







Nośność obliczeniowa płytek typu M16 ze względu na docisk kolców do drewna

(tab. 7-9 β = 52,43, α = 52,43):











F_1d = 73,47N/cm²




• Zakotwienie płytki w krzyżulcu:




Nośność obliczeniowa płytek typu M14 ze względu na docisk kolców do drewna (tab. 7-9 β = 0, α = 90-33,67 = 56,33):













• Zakotwienie płytki w krzyżulcu:







Nośność obliczeniowa płytek typu M14 ze względu na docisk kolców do drewna (tab. 7-9 β = 0, α = 67,4):







F_2k = 85N/cm²




Przyjęto płytkę M14 - 190 x 559mm.

Sprawdzenie powierzchni efektywnych:




WARUNKI ZOSTAŁY SPEŁNIONE

Sprawdzenie płytek na ścinanie:

Nośność obliczeniowa płytek typu M14 na ścinanie F_1v [N/cm] z tablicy 7-11 dla:

α = 0 F_1v = 450N/cm










WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

1. Węzeł C




• Zakotwienie płytki w pasie górnym ze względu na siłę P_1d.






Nośność obliczeniowa płytek typu M16 ze względu na docisk kolców do drewna

(tab. 7-9 β =
-
 =67,4-33,67=33,73, α = 90):










F₁ = 57,02N/cm²




Przyjęto płytkę M14 - 95 x 152mm.

Sprawdzenie powierzchni efektywnej:




WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Sprawdzenie płytki na ścinanie:

Nośność obliczeniowa płytek typu M16 na ścinanie F_1V dla:

α = 90 F_1V = 570 N/cm










WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Zakotwienie płytki dolnej w krzyżulcu K₂.




Nośność obliczeniowa płytek typu M16 ze względu na docisk kolców do drewna (tab. 7-9 β = 0, α = 67,4):







F_1k = 85N/cm²




• Zakotwienie płytki dolnej w pasie górnym.




φ₁ = φ_k2 - φ_G = 67,4 - 33,73 = 33,67

G_2d-1= K_2d * cosφ₁ = 15,03 * cosφ₁ = 12,51 kN

Nośność obliczeniowa płytek typu M16 ze względu na docisk kolców do drewna

(tab. 7-9 β = 0, α = 33,67): F₁ = 100N/cm²




Przyjęto płytkę M16 - 190x 559mm.

Sprawdzenie powierzchni efektywnych:
















WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Sprawdzenie płytki na ścinanie:




Wg Tabl. 7-11 dla płytek M14














WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

6.5. Węzeł E - Połączenie pasa dolnego na długości

Połączenie przyjęto w punkcie przęsła środkowego gdzie nie występuje moment zginający,

w odległości od węzła D wynoszącej:


W punkcie E działa siła podłużna rozciągająca


Zastosowano połączenia na gwoździe jednocięte.

Zastosowano nakładki grubości 25mm i gwoździe jednocięte d = 3,5mm, l = 90mm.

Obliczenie nośności gwoździ na 1 cięcie:

t₁ = 25mm


- (gwoździe nie mogą być wbijane

w jednej osi)

t₂ = 50mm


























przyjęto 30 gwoździ z każdej strony styku oraz z każdej strony elementu

Rozmieszczenie gwoździ:	Przyjęto:
	Rozstaw wzdłuż włókien
	rozstaw prostopadły do włókien
	a4c=20mm (krawędź nieobciążona, prostopadle do włókien)
	a4t=20mm (krawędź obciążona, prostopadle do włókien)
	a3c=40mm (koniec nieobciążony, wzdłuż włókien)
	a3t=60mm (koniec obciążony, wzdłuż włókien)

Liczba szeregów gwoździ w pasie:
- przyjęto 5 szeregów co 20mm. Liczba rzędów gwoździ w pasie:


Długość nakładek:


7. Obliczenie ugięć













• Ugięcie od obciążeń stałych

Obciążenie charakterystyczne w węzłach układu:










Ostatecznie:







• Ugięcie od obciążenia śniegiem

Obciążenie charakterystyczne w węzłach układu:




Ostatecznie:










• Ugięcie od obciążenia wiatrem

Obciążenie charakterystyczne w węzłach układu:










Ostatecznie:




Ugięcie dźwigara




WARUNEK UGIĘCIA ZOSTAŁ SPEŁNIONY

WIĘZAR ZAPROJEKTOWANO PRAWIDŁOWO

III. Część rysunkowa

PSW im Jana Pawła II w Białej Podlaskiej Instytut Budownictwa

Projekt nr 2 z konstrukcji drewnianych

Strona 7