Технология строительных конструкций на основе древесины



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО Уральский государственный лесотехнический университет

Кафедра ИТОД

Курсовая работа по дисциплине

«Технология клееных деревянных конструкций»

На тему: «Технология строительных конструкций на основе древесины»

Оглавление

Введение

Современная деревообрабатывающая промышленность в значительной мере определяет состояние потребительского рынка строительных материалов, конструкций и изделий. Ассортимент продукции предприятий лесного комплекса чрезвычайно широк — от древесного сырья до предметов социально — бытового назначения. Одним из важнейших направление деятельности лесопромышленных предприятий является производство продукции, используемой в строительстве домов и хозяйственных объектов.Популярность деревянного домостроения оказывает влияние на развитие рынка изделий из древесины, которые используются в строительстве домов и сооружений. Все стремятся производить продукцию, которая бы пользовалась спросом в России и за рубежом. Уровень технико-технологической подготовки производства, правильность выбора изделия,оптимальные технологии, рациональность конструкции и качество определяют прибыльность этого производства.

В работе необходимо дать общую характеристику, назначение и эксплуатационные свойства клееной балки таврового сечения предназначенную для чердачного перекрытия жилых домов, рассчитать ее параметры и определить эксплуатационную надежность по совокупности физико-механических характеристик. А также привести расчет сырья и материалов на заданный объем выпуска, указать структурную схему технологического процесса и ее описание, выбрать основное оборудование и определить потребность в нем. Необходимо начертить план размещения оборудования и стационарных переместительно - передающих средств в цехе.

Общая характеристика, назначение и эксплуатационные свойства заданного изделия

Основу любого строения составляет специальные конструкции, которые обеспечивают требуемые функциональные возможности объекта, эксплуатационные характеристики по долговечности, механической прочности и тепловой защищенности, архитектурно-планировочные параметры и т. п.

Строительные балки – это основа большинства деревянных строительных конструкций, выполняемые из строганных досок, фанеры и древесных плит. Эти балки могут быть самостоятельными несущими элементами строений или входить в состав специальных сборочных конструкций(панель для стен, межэтажных перекрытий и т.д.). Балки имеют разные сечения(прямоугольные, двутавровое, швеллерное и т.д.) и применяют для изготовления стоек, колонн, опорных элементов стропильной системы, каркасов панелей.

Многослойные балки получают склеиванием сухих строганных досок по пласти. Простейшими являются конструкции с постоянным по форме и размерам сечением, но во многих случаях предпочтение отдают двускатным и криволинейным балкам. Их используют в основном для перекрытия пролетов сложных и крупногабаритных строений. Эффективны несущие конструкции такого типа и для малоэтажных деревянных строений, в частности больших усадебных домов, коттеджей и административно – хозяйственных зданий.

Балка таврового сечения для чердачных перекрытий жилых домов. Размерами 200х200х6000 мм. Для изготовления используются лиственничные доски высокого качества с отсутствием пороков в наружных слоях древесины. Особое требование к подбору и сушке заготовок, качеству сращивания чистых отрезков по длине на зубчатый шип. Необходимо использовать клей высокой прочности. Возможно армирование балки для увеличения прочности.

Расчет параметров и определение эксплуатационной надежности объекта по совокупности физико-механических характеристик

Исходные данные:

Район строительства: город Екатеринбург, расположенный вIII снеговом районе РФ согласно СНиП 2.01.07-85. Расчетное значение снеговой нагрузкиS0= 1,8 кПа, коэффициент μ перехода от веса снегового покрова земли к покрытию принимаем в соответствии с п. 1 обязательного приложения 3 СНиП 2.01.07-85 равным 1,0.

Согласно СНиП нормативное значение снеговой нагрузки равно:

Балка таврового сечения. Пролет балкиL=6м. Отношениеh/H=3/5;b/B=3/5. Расстояние между осями балок – 3м. Материал – лиственница.

Параметры балки:

B= 200 мм

b= 120 мм

H= 200 мм

h= 120 мм

δ= 80 мм

Общая масса одного погонного метра балки при плотности лиственницы ρ=670 кг/м3

Собственная масса конструкции () межэтажного перекрытия определяется из расчета суммарной массы составляющих его элементов на площади в 1 :

где  - толщина элемента конструкции перекрытия, м;

ρi - плотность материала элемента конструкции, кг/.

Для расчетов по данному примеру принимаем величину  = 13,4 кг, что соответствует нагрузке на конструкцию в 134 Н.

В соответствии со СНиП полезная нагрузка чердачного перекрытия составляет  = 750 Н/ = 75 кг/ Следовательно, нагрузка, приходящаяся на один погонный метр балки (g) определится по формуле:

где  – величина пролета между двумя балками, м;

Нормативная полезная нагрузка на один погонный метр рассчитывается по формуле:

Полная расчетная нагрузка с учетом принятого среднего коэффициента перегрузки Кз = 1,4 составит:

Проверка прочности балки на изгиб по нормальным напряжениям

а) площадь сечения

б) момент инерции относительно нейтральной оси Х –Х

в) момент сопротивления сечения относительно оси Х –Х

г) расчетный изгибающий момент

д) расчетное напряжение при изгибе балки

Условием надежности работы балки по пределу прочности при статическом изгибе является обеспечение соотношения  <   ,

где  - коэффициент условий работы элемента на изгиб, принимаемый

для досок, брусков и брусьев с учетом влияния абсолютных размеров сечений по ;

- расчетное сопротивление древесины изгибу принимаю=13 МПа.

Предельно допустимое значение

[ σ ] = =0,81300=1040 Н/

Из неравенства σизг≥[ σ ] следует, что тавровая клееная балка с принятыми конструкционными параметрами не обеспечивает необходимой прочности при нагрузке в 400 кг/м (4 кН/м)

Проверка прочности балки на прогиб

Упругий прогиб вызывается действием изгибающего момента и определяется по формуле

где Е= 105кг/см2 – модуль упругости древесины

Относительный прогиб составит

где- предельное значение допускаемого прогиба несущих конструкций чердачных перекрытий

Так как  не выполняется, то данная балка не обладает требуемой жесткостью.

Проверка прочности на изделия на скалывание

В местах соединения полки со стенкой

Перерезывающая сила на опоре:

Статический момент сечения полки, сдвигаемой по клеевому слою относительно нейтральной оси Х – Х, определяется по формуле:

Расчетное напряжение скалывания определится из выражения

Нормативное значение [Rскл] = 1,6 МПа.

С учетом коэффициента условий работы К= 0,75

Так как τ , то прочность на скалывание в местах соединения полки со стенкой не обеспечивается.

При скалывании по нейтральному слою

Статический момент половины площади сечения относительно нейтральной оси Х – Х определяется:

Прочность древесины при скалывании по нейтральному слою Х – Х

Предельно допустимое значение [τmax] = mск[Rскл] = 1,0·1,6 = 1,6 МПа;

Τmaxmax]. Прочность не обеспечена с К =1,55.

Проверка прочности клеевого соединения на отрыв нижней полки от стенки

Подсчет масс между двумя балками и двумя планками наката

где gщ– расчетная собственная масса 1 м2перекрытия, создающая давление на полки балки через опорные планки;

S – расстояние между опорными планками, принимаю S=0,5 м.

Давление на полки тавровой балки создается поперечными внутренними балками с прикрепленным к ним дощатым полотном подшивки, паро- и теплоизоляционными материалами. В расчетах принимаем gщ= 190 кгс (1900 Н)

Площадь приклеивания нижней полки к стенке, оказывающая сопротивление отрыву, составляет:

,

гдеC=10см – ширина опорной планки наката.

Предел прочности при отрыве по клеевому слою (τотр) определяется по формуле:

Так как τотротр] или 0,228 < 0,3, то клеевое соединение обеспечивает надежность конструкции по данному параметру.

Расчет сырья и материалов на заданный объем выпуска продукции

По заданию объем выпуска продукции составляет 15 тыс. м3/год. В этом разделе необходимо рассчитать необходимый объем сырья и материалов на заданную программу. Для этого необходимо определиться с используемыми материалами и качеством сырья.

Для изготовления балок таврового сечения будем использовать лиственные доски 125х25 мм и 225х25 длинной 6 м (сортII-III). Для склеивания используем клей фенолрезорциновый на основе смол ФРФ-50К.

Расчет объема древесного сырья, которое необходимо для обеспечения заданной программы ведется в последовательности операций, которые составляют структурную схему технологического процесса.

Поперечный раскрой пиломатериалов с вырезкой дефектов.

На операции поперечного раскроя выявляются потери древесины, возникающие вследствие выпиловки дефектных зон получаемых при этом опилок. Припуск по длине не учитывается, так как отрезки в дальнейшем сращиваются по длине.

Средневзвешенный выход заготовок из досок толщиной 40 мм рассчитывается по формуле

гдеa1 — выход заготовок, которые соответствуют установленным требованиям к качеству, %;

b1;b2;b3– доля заготовокI,II иIII категории качества по принятому для конструкции распределению, %;

q1;q2;q3– нормативный выход заготовокI,II иIII категорий качества из пиломатериалов определенного сорта.

Средневзвешенный выход составляетa1=80,4%, следовательно коэффициент выхода К1=0,804.

Сращивание отрезков по длине на зубчатые шипы.

Сращивание заготовок производится на автоматизированной линии. Обработка и подготовка самих деталей к соединению между собой заключается в обрезке их торцовой части и фрезеровании зубчатых шипов с обеих сторон. Параметры шипов принимают в зависимости от размеров сечения заготовок и назначения получаемого материала.

Для выполнения расчетов приняты следующие исходные данные:

• Средняя длина соединяемых отрезковl0=600 мм;

• Высота зубчатых шипов h=12 мм;

• Величина обрезаемой торцовой зоныc=12 мм.

Выход чистого продукта (досок, состоящих из соединенных между собой на зубчатые шипы отрезков) составит:

Коэффициент выхода К2=0,98.

Продольный раскрой.

На операции продольного раскроя заготовки раскраивают на нужный размер с учетом припусков по ширине на дальнейшую обработку.

Коэффициент выхода К3=0,91.

Калибрование и фрезерование заготовок.

Перед сборкой двускатной балки проведем калибрование заготовок путем строгания или шлифования их поверхностей (пласти). В результате получаю ровную плоскость и стабильную толщину, что в значительной мере гарантируют прочное послойное склеивание балки.

Выход заготовок после калибрования рассчитывается по формуле:

Коэффициент выхода К4=0,80.

Выход заготовок после фрезерования кромок рассчитывается по формуле:

Коэффициент выхода К5=0,96.

Коэффициент выхода К5=0,975.

Общий выход клееных балок рассчитывается по формуле:

Выход готовой продукции составляет 60,5 % и 55,9% от объема переработанного сырья (обрезных лиственничных досок).

Расчетная норма потребления пиломатериалов заданного качества на производство 1 м3 клееных балок составляет:

Общее потребление пиломатериалов на принятую программу выпуска балок составит:

Потребление клееных материалов.

Расход жидких фенольных клеев при изготовлении строительных несущих конструкций (балок, ферм и т.п.) и использовании древесины хвойных пород составляет от 220 до 340 г/м3 склеиваемой площади.

Общая площадь поверхности клеевых прослоек.

Расход клея на одно изделие:

Где: Мн - нормативный расход клея, г/м2 ( Мн принимаем равным Мн=280 г/м2)

Технологический расход клея на 1 м3 продукции (расчетный объем балки – 0,129 м3) составляет

Годовое потребление клея

Структурная схема технологического процесса и ее описание

На операции поперечного раскроя происходит выпиливание дефектов  древесины. Припуск по длине не учитывается, т.к. отрезки в дальнейшем сращиваются по длине. Операция выпиливания дефектов производится на линии оптимизации Р40-450.

Сращивание заготовок по длине на зубчатые шипы производится на автоматизированной линииLSP-700M. Обработка и подготовка деталей к соединению между собой заключается в обрезке торцовой части и фрезеровании шипов с обеих сторон. Линия благодаря наличию подрезных пил на шипорезных станках позволяет осуществить торцовку с высокой точностью и без сколов.

После сращивания по длине производится продольный раскрой на многопильном станке ЦДК5-4.

Для получения прочной конструкции необходимо обеспечить требуемую точность размеров и высокое качество поверхности под склеивание. Поэтому перед сборкой балки необходимо провести калибрование заготовок путем строгания или шлифования поверхностей склеивания. Эта операция производится на четырехстороннем продольно-фрезерном станкеPROFIMAT 18S, производится профильная и плоскостная обработка за один проход.

Предварительно распределенные по категориям качества заготовки передаются на участок сборки и запрессовки. На необходимые поверхности наносится клей с помощью клеенаносящих вальцов КВ-20.

По завершению цикла склеивания балки, её извлекают из вертикального пресса ВПБ-6 и направляют на технологическую выдержку, продолжительность которой может составлять от нескольких часов до пяти суток. За это время происходит нарастание прочности клеевых соединений и уменьшение внутренних напряжений в них.

На плане цеха показано размещение станков, механизированных устройств автоматизированных линий и транспортирующих средств. Размеры цеха приняты такими, чтобы обеспечить удобное и безопасное размещение оборудования, была соблюдена оптимальная схема технологического маршрута сырья, материалов, полуфабрикатов, заготовок и изделий.

Выбор основного технологического оборудования и определение потребности в нем

Для поперечного раскроя пиломатериалов с вырезкой дефектов используется линия оптимизации модели Р40-450. Режущим инструментом является пила. Размеры получаемых заготовок зависит от количества вырезаемых дефектов, при этом ширина и толщина пиломатериалов остается прежней(толщина 25, ширина 125 и толщина 25, ширина 225 мм). Длина заготовок будет в среднем 600 мм.

Производительность станков данного типа определяется по формуле:

где =480 – время смены, мин;

=0,9 – коэффициент рабочего времени;

- скорость подачи,;

– объем доски, ;

- длина доски, м.

Часовой объем работ:

где  - объем работ, приходящийся на этот станок, ;

– эффективный фонд рабочего времени оборудования (=2000 ч при односменном графике работы).

Число станков:

Принимаю 1 линию оптимизации.

Сращивание производится на линии сращивания по длине моделиLSP-700M. Инструментом у станка по нарезке шипов является фрезеровальный узел. Размеры получаемых заготовок после сращивания;L=6000мм;B=125 мм;B=225;S=25 мм. Склеивание осуществляется на клей фенолрезорциновый на основе смолы ФРФ-50К.

Производительность операции = 3,62 .

Объем работ, приходящихся на этот станок:

Часовой объем работ :

Число станков:

Принимаю 2 линии сращивания.

Продольный раскрой производится на круглопильном станке ЦДК5-4. Инструмент – круглые пилы. Размеры получаемых заготовок:L= 6000 мм,B=205 мм,S= 25 мм.

Производительность определяется по формуле:

Часовой объем работ:

Число станков:

Принимаю 1 круглопильный станок для продольного раскроя.

Калибрование и фрезерование заготовок производится на четырехстороннем станке маркиPROFIMAT 18S. Инструмент – шпиндель. Размеры получаемых заготовок:L=6000мм;B=120 мм;B=200 мм;S=20 мм.

Производительность определяется по формуле:

где   = ;

=12  - скорость подачи;

=1 шт – число одновременно обрабатываемых заготовок;

=6 м – длина заготовок;

=1 – число проходов чрез станок.

Объем работ, приходящихся на этот станок:

Часовой объем работ :

Число станков:

Принимаю 1 четырех сторонний станок.

Для нанесения клея используется станок с клеенаносящими вальцами КВ-20. Производительность рассчитывается по формуле:

где   = ;

=12  - скорость подачи;

=1 шт – число одновременно обрабатываемых заготовок;

=6 м – длина заготовок;

=1 шт – число проходов чрез станок.

=2 шт – количество намазываемых сторон.

Объем работ, приходящихся на этот станок:

Часовой объем работ :

Число станков:

Принимаю 1 клеенаносящие вальцы.

Для склеивания тавровой балки выбираем вертикальный пресс ВПБ-6. Склеивание осуществляется на клей фенолрезорциновый на основе смолы ФРФ-50К.

Производительность рассчитывается по формуле:

где   = ;

- размеры склеиваемой балки, м;

– число балок в одной запрессовке, шт;

=15 мин – время цикла одной запрессовки.

Объем работ, приходящихся на этот станок:

Часовой объем работ :

Число станков:

Принимаю 1 вертикальный пресс.

Оборудование

Количество

Р40-450

1

LSP-700M

2

ЦДК5-4

1

PROFIMAT 18S

1

КВ-20

1

ВПБ-6

1

Заключение

Исходя из задания, была спроектирована и рассчитана клееная балка таврового сечения для чердачного перекрытия из досок лиственницы объемом 15000 м3 год. Была дана общая характеристика, назначение и эксплуатационные свойства балки, рассчитаны ее параметры и определена эксплуатационная надежность по совокупности физико-механических характеристик. Приведен расчет сырья и материалов на проектируемый объем выпуска, указана структурная схема технологического прочеса и ее описание, выбрано основное оборудование и определена потребность в нем, разработан план цеха с размещением оборудования.

Список литературы

1. Левинский Ю.Б.. Левинская Г.Н.. Поротникова С.А. Технология строительных материалов и конструкций на основе древесины: Учебное пособие. - Екатеринбург -УГЛТУ 2005.;

2. Волынский В.Н. Технология клееных материалов, Архангельск, 1998;

3. Строительные нормы и правила. СНиП 11-25-80. Деревянные конструкции. М. 1982.

4. Левинский, Ю. Б. Основы технологических и конструкционных расчетов в производстве строительных материалов из древесины : метод. указания к практ. занятиям для студентов очной формы обучения, специальность 250403 "Технология деревообработки", специализация "Деревянное домостроение и защита древесины". Ч. 1 / Ю. Б. Левинский, Р. И. Агафонова ; Урал. гос. лесотехн. ун-т, Каф. древесиноведения и специальной обработки древесины. - Екатеринбург : УГЛТУ, 2010 - 29 с. - Библиогр.: с. 29.




Похожие работы, которые могут быть Вам интерестны.

1. Вертикальная компоновка цеха, определение высотных отметок строительных конструкций

2. Строительные стеновые материалы и изделия из древесины: сырьё, виды, основные свойства, технология изготовления, область применения

3. Изучение опыта регулирования свойств строительных изделий и конструкций путем направленного формирования их вариатропной структуры

4. Подводное бетонирование конструкций. Технология, схемы

5. Пенопласты на основе термореактивных смол (виды и технология производства)

6. Пенопласты на основе термопластичных полимеров (виды и технология производства)

7. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ СИНЮХИ ГОЛУБОЙ И ВАЛЕРИАНЫ ЛЕКАРСТВЕННОЙ

8. Теплоизоляционные изделия на основе вспученного жидкого стекла, технология получения и применение в строительстве

9. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

10. Изготовление опалубочных систем из пористой искусственной древесины