1. Исходные данные
Необходимо рассчитать и законструировать стропильную ферму покрытия пролётом 27 м. Шаг ферм 8 м, сечение элементов решетки фермы выполнены из парных уголков, пояса из тавров. Покрытие тёплое. Климатический район по снеговому покрову –
IV
. Материал фермы – сталь марки 14Г2 (ГОСТ 19282 – 73*), соответствует марке С345 по ГОСТ 27772-88*, соединения стержней в узлах фермы сварные, коэффициент надёжности по назначению зданий . Высота фермы по наружным граням поясов 3150 мм.
Рис. 1. Схема стропильной фермы
2. Сбор нагрузок на ферму
На ферму действуют два вида нагрузок:
1)
постоянная от собственного веса конструкций покрытия;
2)
временная снеговая, которую можно отнести только к кратковременной с полным нормативным ее значением.
Величины расчетных нагрузок на 1 м2
(горизонтальной проекции) площади покрытия от собственного веса конструкции удобно определять в табличной форме.
Таблица 1.
Определение нагрузок, действующих на ферму
| Вид нагрузки и ее составляющие
|
Норма-тивная
нагрузка
()
|
Коэф-т надеж-ности по нагруз-ке
|
Расчет-ная нагрузка
()
|
| 1
|
2
|
3
|
4
|
| Постоянная:
- защитный слой гравия, на битумной мастике,
- гидроизоляционный ковер из 4-х слоев рубероида
- утеплитель из минераловатных плит
- пароизоляция из одного слоя рубероида
- цементная стяжка
- сборные железобетонные ребристые плиты 8
- собственная масса фермы
- связи покрытия
|
0,4
0,2
0,25
0,05
0,4
1,6
0,3
0,04
|
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,1
1,05
1,05
|
0,52
0,26
0,325
0,065
0,52
1,76
0,315
0,042
|
| Итого:
Временная
- снег по всему покрытию
|
|
1,4
|
|
| Всего:
|
4,74
|
-
|
5,91
|
Значения погонных равномерно распределенных расчетных нагрузок от собственного веса конструкций и снега (в кН/м) определяются по формулам:
Q
КР
=
q
КР
×
В =
3,81
×
8 = 30,48 кН/м ;
РСНЕГА
= РСН
×
В = 2,1
×
8 =16,8 кН/м ;
где В – шаг ферм (В = 8 м);
q
КР
, РСН
– расчетные нагрузки действующие на ферму из табл. 1
Общая нагрузка на промежуточные узлы фермы от собственного веса конструкций и снега определяется по формуле:
F1
= (
Q
КР
+P
СНЕГА
)
×
d = (30,48 + 16,8
)
×
2,7 = 127,66 кН;
где
d
– длина панели верхнего пояса (
d
= 2,7 м)
Общая нагрузка на опорные стойки от собственного веса конструкций и снега определяется по формуле :
F2
= 0,5
×
F1
= 0,5
×
127,66 = 63,83 кН
Тогда, опорная реакция равна :
0,5
×
(2
×
F2
+9
×
F1
) =5
×
F1
= 0,5
×
(2
×
63,83 + 9
×
127,66) =638,3 кН
Рис. 2. Схема загружения фермы.
3. Разработка схемы связей.
Сквозная плоская система (ферма) легко теряет свою устойчивость из плоскости. Чтобы придать ферме устойчивость, ее необходимо присоединить к какой-либо жесткой конструкции или соединить с другой фермой в результате чего образуется пространственно устойчивый брус.
Для обеспечения устойчивости такого бруса (блока) необходимо, чтобы все грани его были геометрически неизменяемы в своей плоскости.
Грани блока образуются двумя вертикальными плоскостями спаренных ферм, двумя перпендикулярными им горизонтальными плоскостями связей, расположенными по обоим поясам ферм, и тремя вертикальными плоскостями поперечных связей (две в торцах ферм и одна в коньке). Поскольку этот пространственный брус в поперечном сечении замкнут и достаточно широк, он обладает очень большой жесткостью при кручении и изгибе, поэтому потеря его общей устойчивости в изгибаемых системах невозможна.
Рис. 3. Связи, обеспечивающие устойчивость стропильных ферм.
4. Определение усилий в стержнях фермы
Значения усилий определяем методом сечений. За расчетную нагрузку фермы принимается расстояние между осями поясов. Уклоном верхнего пояса фермы при
i
= 0,015 можно пренебречь.
cos
a
= ; sin
a
=
Рис.5. Расчетная схема фермы
| |
S
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Усилие в стержне 9-11 отсутствует.
|
Рис. 6. Размеры элементов фермы и усилия в них
Таблица 2
Расчетные усилия в элементах фермы
| Элемент
|
Обозначение
Стержня
|
Расчетные усилия, кН
|
|
| СЖАТИЕ
|
РАСТЯЖЕНИЕ
|
||
| Верхний пояс
|
1 – 4
|
0
|
0
|
| 4 – 6
|
-875,34
|
-
|
|
| 6 – 8
|
-875,34
|
-
|
|
| 8 – 10
|
-1313,07
|
-
|
|
| 10 - 11
|
-1313,07
|
-
|
|
| Нижний пояс
|
2 – 5
|
-
|
492,38
|
| 5 – 7
|
-
|
1148,94
|
|
| 7 – 9
|
-
|
1367,79
|
|
| Стойки
|
5 - 6
|
-127,66
|
-
|
| 7 - 10
|
-127,66
|
-
|
|
| 9 – 11
|
0
|
-
|
|
| Раскосы
|
2 - 3
|
-756,64
|
-
|
| 3 - 4
|
-756,64
|
-
|
|
| 4 - 5
|
-
|
588,45
|
|
| 5 - 8
|
-420,32
|
-
|
|
| 7 - 8
|
-
|
252,19
|
|
| 7 - 11
|
-84,06
|
-
|
|
| 1 - 3
|
0
|
0
|
|
5. Подбор сечений стержней фермы
Подбор сечения стержней верхнего пояса.
Верхний пояс принимаем с изменением сечения.
Подбираем сечение для стержней 1 – 4, 4-6 , для наибольшей
нагрузки
N4-6
= -875.34 kH
Задаемся гибкостью –
l
= 90, расчетное сопротивление стали по пределу текучести
Ry
=315
МПа по табл. 51* /1/, коэффициент продольного изгиба
j
= 0, 527 по табл. 72 /1/.
Требуемая площадь сечения
Принимаем профиль 17,5ШТ1, А = 47 см2
,
ix
=4,5 см,
iy
= 5,96 см.
Гибкость стержня
l
x
=
<
[
l
x
] = 132;
j
х
=
j
min
=0,783
l
y
=
<
[
l
y
] = 136,2;
j
y
= 0,849
Предельные гибкости
;
;
;
.
Проверка устойчивости стержня
<
.
Недонапряжение составляет 20%, но при меньшем профиле возникает перенапряжение. Если принять тавр 25БТ1 и тавр 30БТ1 для стержней 8 – 10 и 10 – 11, получим перерасход металла. Окончательно принимаем профиль 17,5ШТ1
Подбираем сечение для стержней 8 - 10, 10 – 11, для нагрузки
N = -1313,07 kH
Задаемся гибкостью –
l
= 90,
Ry
=315
МПа, по табл. 72 /1/
j
= 0, 527.
Требуемая площадь сечения
Принимаем профиль 20ШТ1, А = 62 см2
,
ix
=5,13 см,
iy
= 7,19 см.
Гибкость стержня
l
x
=
<
[
l
x
] = 127,8;
j
х
=
j
min
= 0,816
l
y
=
<
[
l
y
] = 133,2;
j
y
= 0,909
Предельные гибкости
;
;
;
.
Проверка устойчивости стержня
<
.
Недонапряжение составляет 13%, но при меньшем профиле возникает перенапряжение. Окончательно принимаем профиль 20ШТ1
Проверка местной устойчивости стенки сжатого пояса
Проверяем местную устойчивость стенок сжатого пояса для
стержней 1 – 4, 4-6 и 6 - 8, по формуле 91*/1/
где
hw,ef
= h – t – R= 16,93 – 1,28 – 2,0 = 13,65
Местная устойчивость стенок тавра обеспечена.
Проверяем местную устойчивость стенок сжатого пояса для
стержней 8 - 10 и 10 - 11.
где
hw,ef
= h – t – R= 194,3 - 14,2 - 22 = 158,1мм = 15,81
см
Местная устойчивость стенок тавра обеспечена.
Подбор сечения стержней нижнего пояса.
Нижний пояс принимаем с изменением сечения по длине.
Подбираем профиль для стержня 2 - 5 и рассчитываем его на
усилие –
N
= 492,38 кН.
Требуемая площадь сечения
Принимаем тавр 13БТ1 , А = 17,65 см2
,
ix
= 3,78 см,
iy
= 2,64 см.
Гибкость стержня
l
x
=
<
[
l
] = 400;
l
y
=
<
[
l
] = 400.
Проверка прочности стержня 5-7
<
.
Условие соблюдается.
Подбираем профиль для стержня 5 – 7, 7 - 9 и рассчитываем его на
усилие –
N
= 1367,79 кН.
Требуемая площадь сечения
Принимаем тавр 25БТ1 , А = 45,9 см2
,
ix
= 7,57 см,
iy
= 4,22 см.
Гибкость стержня
l
x
=
<
[
l
] = 400;
l
y
=
<
[
l
] = 400.
Проверка прочности стержня 5-7
<
.
Условие соблюдается.
Подбор сечений сжатых раскосов и стоек производим по методике подбора сечений сжатых верхних поясов фермы, растянутых раскосов – по методике подбора сечений растянутых поясов фермы.
Подбираем сечение из парных уголков для стержней 5 - 6, 7 – 10 – не опорный раскос (сжатый) с внутренним усилием
N = - 127
,66 кН
Задаемся гибкостью –
l
= 100, по табл. 72 /1/
j
= 0,433.
Требуемая площадь сечения
Принимаем ┘└ 70
x6
, А = 16,3 см2
,
ix
=2,15 см,
iy
= 3,25 см.
Гибкость стержня
l
j
l
Предельные гибкости
Проверка устойчивости стержня
Условие соблюдается.
Сечение для стойки 9 – 11 принимаем конструктивно, для уменьшения количества типа профилей принимаем ┘└ 70
Стержень 5 - 8.
Задаемся гибкостью –
Принимаем 2└ 125
Гибкость стержня
l
j
l
Предельные гибкости
Проверка устойчивости стержня
Условие соблюдается.
Стержень 7 – 11.
Задаемся гибкостью –
Принимаем 2└ 90
Гибкость стержня
l
j
l
Предельные гибкости
Проверка устойчивости стержня
Условие соблюдается.
Стержень 2 - 4
Задаемся гибкостью –
Принимаем 2└125
Гибкость стержня
l
j
l
Предельные гибкости
Проверка устойчивости стержня
Условие соблюдается.
Подбираем профиль для стержня 4 - 5 и рассчитываем его на
усилие –
Принимаем тавр 2└ 75×50×8 , А = 18,94 см2
Гибкость стержня
l
l
Проверка прочности стержня 4 - 5
Условие соблюдается.
Подбираем профиль для стержня 7 - 8 и рассчитываем его на
усилие –
Принимаем тавр 2└ 63×40×6 , А = 11,8 см2
Гибкость стержня
l
l
Проверка прочности стержня 7 - 8
Условие соблюдается.
Что бы уменьшить количество типов профилей для не напряженного раскоса 1 - 3 конструктивно принимаем сечение 2└ 63×40×5.
Опорную стойку принимаем конструктивно из сварного симметричного двутавра. Конструктивные особенности, катеты швов указаны в графической части проекта и главе «Конструирование монтажных узлов» данной пояснительной записки.
Результаты расчета стержней фермы приведены в табл.3
6. Расчет сварных швов.
Для присоединения стержней применяем полуавтоматическую сварку в
среде углекислого газа сварочной проволокой СВ-10НМА
ГОСТ 2246-70*.
Коэффициенты и расчетные сопротивления, принимаемые при расчете по металлу шва:
b
b
где : #G0- расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва, принимается по табл. 56*/1/ ;
#G0
b
b
где :
#G0
b
Расчет ведем по металлу шва
#G0 #G0
Несущая способность сварных швов определяется прочностью металла сварного шва и вычисляется по формуле
где
n
a
kf
kf, min
где
kf
для шва по обушку 1,2
для шва по перу
kf
kf
здесь
Стержень 2 - 4
Шов по обушку
Шов по перу
Стержень 4 - 5
Шов по обушку
Шов по перу
Стержень 5 - 8
Шов по обушку
Шов по перу
Стержень 7 - 8
Шов по обушку
Шов по перу
Стержень 7 - 11
Шов по обушку
Шов по перу
Стержень 5 – 6 (7 - 10)
Шов по обушку
Шов по перу
Результаты расчета размеров сварных швов сводим в табл. 4.
Таблица 4
Таблица расчета швов
Номер стер-жня
Сечение
[
Шов по обушку
Шов по перу
N
kf
lw
N
kf
lw
2 – 4
2└125
756,64
529,64
9
15
227
6
10
4 – 5
2└75
588,45
411,9
9
12
176,55
6
8
5 – 8
2└125
420,32
294,22
9
9
126,1
6
6
7 – 8
2└75
252,19
176,53
6
8
75,66
5
6
7 – 11
2└90
84,03
58,83
6
6
25,2
5
6
5 – 6
(7 - 10)
┘└ 70
127,66
89,36
6
6
38,3
5
6
Сварку не напряженных стержней 1 –3 и 9 – 11, выполняем конструктивно соответственно с катетами швов по обушку 9 мм и 6 мм длиной 7 см, катетами швов по перу 6мм и 5мм длиной 7см.
7.
1)
Принимаем толщину фасонки 12 мм. Опорный лист принимаем толщиной
10 мм, ширина 160, длина 180.
Ширина фасонки 100мм, длина 260мм
Катет швов прикрепляющих фланец к стойке принимаем 7мм, сварной шов по всей длине фланца
2) Укрупнительный стык (нижний)
Накладку принимаем толщиной 16 мм. шириной 150 и длиной 600.
Накладка на пояс ( полка тавра) принимается толщиной 16мм, шириной
100мм, длиной 1000мм. Сварной шов по всей длине накладки , катет шва 7мм.
2)
Накладка 1 :
Накладку принимаем толщиной 16мм, шириной 130мм , длиной 1000мм.
Накладки 2 :
Принимаем толщину 16мм, ширина 200мм, длина 300 мм
Катеты швов 7мм
Содержание
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -М.: Стройиздат, 2001.- 96 с.
2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1986.- 35 с.
3. Металлические конструкции / под общей редакцией Е. И. Беленя /. Издание 6-е, переработанное и дополненное. -М.: Стройиздат, 1985.- 560 с.
5. Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций.-М.: Стройиздат, 1991.- 429 с.
Министерство образования РФ
Тульский государственный университет.
Кафедра ССМиК
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине : «Металлические конструкции»
на тему «Стропильная ферма промздания»
Выполнил : студент гр.321291
Чепелюк И.Л.
Проверил: доцент Иванов А.А.
Тула, 2002
x
=
<
[
l
x
] = 156
x
=
j
min
=
0,324
y
=
<
[
l
y
] = 171,6;
j
y
= 0,456
;
;
;
.
<
.
x6
l
= 100, по табл. 72 /1/
j
= 0,433.
Требуемая площадь сечения
x
80
x8
, А = 32 см2
,
ix
=4 см,
iy
= 5,98 см.
x
=
<
[
l
x
] = 157,8
x
=
j
min
=
0,564
y
=
<
[
l
y
] = 166,8;
j
y
= 0,678
;
;
;
.
<
.
l
= 100, по табл. 72 /1/
j
= 0,433.
Требуемая площадь сечения
x
56
x6
, А = 23,74 см2
,
ix
=2,88 см,
iy
= 4,42 см.
x
=
<
[
l
x
] = 180
x
=
j
min
=
0,336
y
=
<
[
l
y
] = 180;
j
y
= 0,477
;
;
;
.
<
.
l
= 100, по табл. 72 /1/
j
= 0,433.
Требуемая площадь сечения
x80x10
, А = 39,4 см2
,
ix
=3,98 см,
iy
= 5,98 см.
x
=
<
[
l
x
] =135
x
=
0,817
y
=
<
[
l
y
] = 126;
j
y
=
j
min
= 0,675
;
;
;
.
<
.
N
=588,45 кН.
Требуемая площадь сечения
,
ix
= 2,35 см,
iy
= 3,75 см.
x
=
<
[
l
] = 400;
y
=
<
[
l
] = 400.
<
.
N
=252,19 кН.
Требуемая площадь сечения
,
ix
= 1,99 см,
iy
= 3,21 см.
x
=
<
[
l
] = 400;
y
=
<
[
l
] = 400.
<
.
d
= 2 мм по
f
= 0,9;
g
wf
= 1;
R
wf
= 240 МПа
f
g
wf
R
wf
= 0,9
×
1
×
240
= 216 МПа,
- коэффициенты для расчета углового шва по металлу шва, принимается по табл. 34*/1/ ;
При расчете по металлу границы сплавления
z
= 1,05;
g
wz
= 1;
R
wz
= 0,45
R
un
= 0,45
×
490
= 220,5 МПа,
z
g
wz
R
wz
= 1,05
×
1
×
220,5 = 231,5 МПа;
= 490 МПа - временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению по государственным стандартам и техническим условиям на сталь ;
- коэффициенты для расчета углового шва по металлу границы сплавления табл 56*/1/;
- расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления;
f
g
wf
R
wf
= 216 МПа
<
b
z
g
wz
R
wz
= 231,5 МПа,
,
N
об(п)
– усилие, действующее на обушок (перо) уголков;
– количество швов (
n
= 2);
– длина шва на непровар (а = 1-2 см);
– катет сварного шва.
£
kf
£
kf, max
,
kf
,
min
– минимальный катет шва, определяемый по табл. 38* /1/;
,
max
– максимальный катет шва, равный:
t
уг
;
,
max
=
t
уг
– 1мм, при
t
уг
£
6мм;
,
max
=
t
уг
– 2мм, при
t
уг
= 7 – 16мм;
t
уг
– толщина прикрепляемого уголка.
см. Принимаем
lw
= 15 см.
см. Принимаем
lw
= 10 см.
см. Принимаем
lw
= 12 см.
см. Принимаем
lw
= 8 см.
см. Принимаем
lw
= 9 см.
см. Принимаем
lw
= 6 см.
см. Принимаем
lw
= 8 см.
см. Принимаем
lw
= 6 см.
см. Принимаем
lw
= 6 см.
см. Принимаем
lw
= 6 см.
см. Принимаем
lw
= 6 см.
см. Принимаем
lw
= 6 см.
N
], кН
об,
кН
, мм
, см
п
кН
, мм
, см
x80x10
x50x8
x80x8
x50x6
x56x6
x6
Конструкция монтажных узлов фермы.
Опорный узел
Укрупнительный стык (верхний)
Исходные данные………………………………………..……………...4
Сбор нагрузок на ферму……………..………………..………………4
Разработка схемы связей……………………………..……………...6
Определение усилий в стержнях фермы………….………..……..7
Подбор сечений стержней фермы…………………..…………….11
Расчет сварных швов.……………..…….…………………………..21
Конструкция монтажных узлов…………………………………….24
Список использованной литературы……………………………..27
8. Список использованной литературы
Название реферата: Проектирование металлической фермы
| Слов: | 4297 |
| Символов: | 40494 |
| Размер: | 79.09 Кб. |