Opis techniczny
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
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
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.
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
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
Zestawienie obciążeń
Obciążenie stałe dachu
Stałe pasa górnego
L.p. |
Obciążenia stałe |
Wartości charakterystyczne [kN/m2] |
Współ. obciążenia |
Wartości obliczeniowe [kN/m2] |
1. |
Blacha dachowkowa |
0,12 |
1,1 |
0,1067 |
2. |
Łaty drewniane |
0,125 |
1,2 |
0,036 |
|
RAZEM g1k= |
0,245 kN/m2 |
g1d= |
0,163 kN/m2 |
Stałe pasa dolnego
L.p. |
Obciążenia stałe |
Wartości charakterystyczne |
Współ. obciążenia |
Wartości obliczeniowe |
1. |
Płyta GKF 12,5mm |
0,150kN/m2 |
1,2 |
0,180kN/m2 |
2. |
Listwy 35x50x350 |
0,04kN/m2 |
1,1 |
0,05kN/m2 |
3. |
Folia PE |
0,02kN/m2 |
1,2 |
0,02kN/m2 |
4. |
Wełna mineralna 150mm |
0,150kN/m2 |
1,0 |
0,150kN/m2 |
|
RAZEM g2k= |
0,36 kN/m2 |
g2d= |
0,43 kN/m2 |
Ciężar własny dachu
Wg PN-B-03001:1992 Obciążenia stałe
Dla lekkiego wiązara kratowego drewnianego:
Obciążenia zmienne dachu:
Obciążenie śniegiem
III Strefa śniegowa qk=1,2 kN/m2
Dla
Obciążenie wiatrem wg PN-B-02011:1977
Dla I strefy wiatrowej qk1=0,25 kN/m2
Ce - współczynnik ekspozycji , dla terenu A- otwartego Ce=1,0 ( gdy
)
Β=1,8 (budynek niepodatny)
Cz - współczynnik kształtu przegrody
Cz0= -0,4
Dla W I=
Dla W II=
I wariant:
II wariant:
Obciążenia węzłowe układu
Obciążenie śniegiem:
pasa górnego
Pik Pid
Całkowite obciążenie w węźle pasa górnego:
pasa dolnego
Pik Pid
Całkowite obciążenie w węźle pasa dolnego:
Siły węzłowe od obciążenia wiatrem wg Pn-B-02000:1982
I wariant:
Pik Pid
II wariant:
Siły wewnętrzne w prętach układu
Siły Ni1 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 |
Siły wewnętrzne w prętach kratownicy
Momenty zginające pasa górnego
Obciążenia prostopadłe do belki:
Zgodnie z tablicami Winklera :
do wymiarowania pasa górnego
- ciężar podsufitki
Z tablic inżynierskich:
Zatem:
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
fm,k = 30Mpa
ft,0,k = 18Mpa
fc,0,k = 23Mpa
fc,90,k = 2,7MPa
Eo,mean = 12000MPa
E0,05 = 8000Mp
klasa użytkowania - 2
klasa trwania obciążenia stałe
kmod śnieg średniotrwałe
wiatr krótkotrwałe
materiał - drewno lite
kmod = 0,9 wg TAB. 2 PN-B-03150:2000
γm = 1,3
βc = 0,2
Nośność pasa górnego
Parametry przekroju:
Pas górny 60 x 120mm
Pole przekroju: Ad = 60x120= 9600 mm2
Wskaźnik wytrzymałości: Wy= 60 x 1202 /6 = 256 cm3
Promień bezwładności: iy = 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
Nośność pasa dolnego
Przyjęto pas dolny 50x85mm
A net= 4250mm2
Naprężenie od Myd
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
Ad = 4250mm2
imin = iz= 0,289 · 50 = 14,45mm
K1d = 9,89kN
ly=lz=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
Ad = 4250mm2
imin = iz= 0,289 · 50 = 14,45mm
K1d = 9,89kN
ly=lz=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
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
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 F1v [N/cm] z tablicy 7-11 dla:
α = 90 F1v = 570N/cm
Rxd=F1c*b
Z TAB 7-11 F1c=1135N/cm
Rxd=1135*7,6=8,626kN
Ryd= F1V*b
Ryd=570*7,6=4,332kN
WARUNEK NOŚNOŚCI PŁYTKI:
WARUNEK SPEŁNIONY
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):
F1d = 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):
F2k = 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 F1v [N/cm] z tablicy 7-11 dla:
α = 0 F1v = 450N/cm
WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY
Węzeł C
Zakotwienie płytki w pasie górnym ze względu na siłę P1d.
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 F1V dla:
α = 90 F1V = 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):
F1k = 85N/cm2
Zakotwienie płytki dolnej w pasie górnym.
φ1 = φk2 - φG = 67,4 - 33,73 = 33,67
G2d-1= K2d * 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:
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 |