Ферма

Ме1,3,5.doc

5. Расчёт и конструирование фермы
Для нахождения усилий в стержнях фермы используем готовую схему фермы.
Исходя из региона строительства (г. Ташкент):
Снеговая нагрузка(1-й район): S = 08 кНм²
Ветровая нагрузка(7-й район): W = 038 кНм²
1 Собираем нагрузку на ферму
Табл. 5.1. Сбор нагрузок на ферму от покрытия
Защитный слой (битумная мастика)
Гидроизоляционный ковер (4 слоя рубероида)
Утеплитель (пенопласт)
Пароизоляция (1 слой рубероида)
Стальная панель с металлическим настилом
Прогоны сплошные с пролетом 6м
Вес металлических конструкций (связи)
Тогда нагрузка на каждый не крайний узел фермы от покрытия найдётся следующим образом:
А нагрузка от снега:
Расчётные усилия в стержнях фермы отображены в табл. 5.2.
Подбор сечений стержней фермы характеристики сечений гибкости и др. приведены в табл. 5.3.
Расчёт сварных соединений стержней фермы приведен в табл. 5.4.
Табл. 5.2. Расчётная таблица по нахождению усилий в стержнях фермы
Усилия в стержнях кН
От снеговой нагрузки
От защемления фермы в колонне
без учета защемления
Принятая толщина фасонки – 10 мм по усилию в первом раскосе.
Верхний и нижний пояса изготавливаются из спаренных уголков по ГОСТ 8510-86. Стойки и раскосы соединяются в узлах сваркой.
Табл. 5.4.Сварка стержней фермы в узлах. Приварка к фасонкам (расчётная таблица)
Характеристики стержня
* Длина шва определилась исходя из минимально возможной длины в 60 мм
Длина шва по обушку определяется из формулы:
где N – расчётное усилие в стержне
b – ширина стенки уголка
- расстояние от грани стенки до центра тяжести уголка
– коэффициент исполнения шва = 07
- расчётное сопротивление на срез металла основного шва
Сварку производим полуавтоматическую сварочной проволокой Св-08ГА с расчётным сопротивлением на срез по металлу шва электродами Э-42
Аналогично длина шва по перу:
Компоновка конструктивной схемы каркаса
1 Выбор шага колонн.
Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических конструктивных и экономических факторов. Оно должно быть увязано с габаритами технологического оборудования его расположением и направлением грузопотоков. Колонны размещают так чтобы вместе с ригелями они образовывали поперечные рамы т.е. в многопролетных цехах колонны разных рядов устанавливаются по одной оси.
Согласно требованиям унификации промышленных зданий расстояния между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствие с укрупненным модулем кратным 6 м. Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратными 6 м.
В данном курсовом проекте шаг и пролет заданы в исходных данных для проектирования и приняты соответственно 6 и 42 метра.
При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать.
2 Выбор схемы связей между колоннами.
Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.
Для выполнения этих функций необходимы хотя бы один вертикальный жесткий диск по длине температурного блока и система продольных элементов прикрепляющих колонны не входящие в жесткий диск к последнему. В жесткий диск включены две колонны подкрановая балка горизонтальные распорки и решетка обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость.
3 Разработка схемы связей по шатру.
Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего и верхнего поясов ферм. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных.
4 Разработка схемы фахверка.
Схемы фахверка разрабатываются только для торцовых стен здания.
5 Компоновка рамы цеха
Вертикальная компоновка.
Определяем размер который диктуется высотой мостовых кранов:
где – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки которое зависит от грузоподъемности крана и пролета здания (при пролете 42 метра и грузоподъемности крана 50 тонн принимаем ); – зазор устанавливаемый по требованиям техники безопасности для движения крана (принимаем ); – величина учитывающая прогиб фермы покрытия (предельный относительный прогиб фермы должен быть не более
Значение принимается кратным 200 мм т.е. .
Высоту цеха от уровня пола до низа фермы определяем по зависимости:
где – отметка головки подкранового рельса ()
Поскольку размер принимается кратным 18 м при высоте более 108 м и его величина составит 19800 мм то производим перерасчет:
Устанавливаем размер верхней части колонны по следующей формуле:
где – высота подкрановой балки (принимаем 1000 мм); – высота рельса (принимаем 150 мм).
Высоту нижней части колонны определяем по формуле:
где – глубина заделки опорной плиты башмака колонны ниже уровня чистого пола (принимается ориентировочно 800-1000 мм).
Горизонтальная компоновка.
Устанавливаем размер ширины верхней части колонны по следующим формулам:
где а – привязка оси колонны.
Расположение прохода принимаем вне колонны.
Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее
в этой формуле 450 мм складываются из 400 мм – габарит прохода и 50 мм – габарит на ограждение; – размер части подкранового моста выступающей за ось подкранового рельса ().
д.б. кратно 250 мм назначаем .
Ширина нижней части колонны определяется следующими выражениями:
Принимаем . Поскольку принимаем нижнюю часть колонны сквозной.
Расчет поперечной рамы здания
1 Сбор нагрузок на поперечную раму цеха
1.1. Собственный вес конструкций
Собственный вес стропильной фермы
Таким образом равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы равна:
1.2. Вес снегового покрова.
Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:
где: – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли;
– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие принимаемый равным 1;
– коэффициент надежности для снеговой нагрузки равный 1.4;
1.3. Ветровая нагрузка.
Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте над поверхностью земли следует определять по следующей формуле:
где: – нормативное значение ветрового давления принимаемое в соответствии со СНиП ();
– коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания принимаемый в соответствие] со СНиП (определяется по табл.6. в зависимости от типа местности; места расположения данного объекта относится к типу местности В – городские территории и др. местности равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.);
– аэродинамический коэффициент зависящий от расположения и конфигурации поверхности (для наветренной стороны подветренной );
–коэффициент надежности для ветровой нагрузки равный 1.4.
Таким образом ветровая нагрузка на крайних колоннах примет следующие значения:
Для определения нагрузки на тех же высотах на подветренной стороне здания помножим соответствующие им значения на наветренной стороне на .
1.4. Крановая нагрузка
Для определения крановой нагрузки следует построить линию влияния подкрановой балки на которую опирается рельс и сами краны. В данном курсовом проекте задействованы два крана: грузоподъёмностью 30 и 50 т. Их характеристики представлены в таблице.
Грузоподъёмность Q т
Максимальное давление колеса F. кН
Вес крана с тележкой
Тип кранового рельса
Линия влияния подкрановой балки и невыгоднейшее положение кранов:
Максимальное усилие передаваемое краном найдём по формуле:
где - нагрузка от крана под i-тым колесом
- ордината линии влияния под i-тым колесом
- коэффициент надёжности (для кранов )
- коэффициент сочетаний ()
G – вес подкрановых конструкций принимаемый по нормативам (G = 432 кН)
Минимальное усилие вычисляется по той же самой формуле но вместо силы F ставится сила F вычисляемая по формуле:
где Q – грузоподъёмность крана т
- вес крана с тележкой кН
F – максимальное усилие передаваемое колёсами крана кН
Горизонтальная (тормозная) нагрузка находится по формуле:
где Ti – горизонтальная нагрузка под i-тым колесом крана определяемая по формуле:
где Q – грузоподъёмность крана
GT – вес тележки крана
n – число колёс на кране
n1 – число колёс на одной стороне крана
Тогда по приведенным выше формулам получим:
Схема распределения усилий в колонне

Связи и колонна.dwg

Схема связей по верхнему поясу фермы М 1:350
Схема связей по колоннам М 1:350
Схема связей по нижнему поясу фермы М 1:350
Поперечный разрез цеха
Узлы колонны показаны в масштабе 1:20
Сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08А
Неоговоренные отверстия d=23мм
Монтажные швы в укрупительных стыках варить электродами Э-42
Катет швов кроме оговоренных 6 мм
Болты нормальной точности
ТГТУ-ИСФ-КиС-КП-2-09
Битумная мастика Гидроизоляция Рубероид Утеплитель Пароизоляция Стальная панель Прогон (шв. № 10)
Сведения о нагрузках:
Место строительства:г.Ташкент
Нормативное значение снеговой нагрузки:0.57кНм2
Нормативное значение ветровой нагрузки:0.38кНм2
Крановая нагрузка Dmax=622.77 кН
Собственный вес фермы 0.3 кНм
утеплитель мин. вата
Место строительства:г.Благовещенск
Нормативное значение снеговой нагрузки:0.8кНм2
Крановая нагрузка Dmax=949.74 кН
Собственный вес фермы 0.32 кНм
Узлы колонны показаны в масштабе 1:10
Отправочная марка К-1 М1:40
Отправочная марка колонны К-1
Одноэтажное промышленное здание
Торец колонны фрезеровать
Схема вертикальных связей М 1:350
Схема горизонтальных связей М 1:350

Ферма.dwg

Геометрическая схема фермы
ТГТУ-ИСФ-КиС-КП-2-09
ФЕРМА отправочная марка Ф-1 М1:20
Сварку производить электродами типа Э42
Неоговоренные отверстия d = 23 мм
Катет швов 5 мм кроме оговоренных
Узлы фермы выполненны в масштабе 1:15
Таблица отправочных марок

Ме 4.doc

4. Расчёт и подбор сечения колонны
Материал колонны: С255
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны:
длина верхней части колонны: м.
высота подкрановой балки: м.
Максимальные расчетные усилия:
в верхней части колонны: (сечение 1-1)
в нижней части колонны: (сечение 3-3)
1 Определение расчетных длин элементов колонны.
Установление расчетной длины подкрановой и надкрановой частей колонны в плоскости и из плоскости рамы.
Для ступенчатых колонн расчетные длины определяются раздельно для нижней и верхней частей колонны и вычисляются по следующим формулам:
в плоскости рамы: и
из плоскости рамы: и (поскольку колонна раскреплена вдоль здания промежуточной распоркой).
Для определения значений следует рассмотреть условия закрепления концов колонны. Нижний конец колонны одноэтажного производственного здания зачастую принимается защемленным. Верхний конец имеет жёсткое закрепление с ригелем.
Коэффициенты расчетной длины и допускается принимать по табл.14.1 если выполняются условия:
Условие не выполняется следовательно находим
По приложению 12 (табл.2) найдём 34 тогда .
Тогда в плоскости рамы: и
из плоскости рамы: и
2 Подбор сечения стержня колонны.
2.1 Подбор сечения верхней части колонны.
Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой .
По формуле определим требуемую площадь сечения.
Для симметричного двутавра ; ;
Значение коэффициента определим по прил.10. Примем в первом приближении тогда
По приложению 8 и ; .
Компоновка сечения: высота стенки
По таблице 14.2 при и из условия местной устойчивости
Принимаем толщину стенки 22 см.
Требуемая площадь полки
Из условия местной устойчивости полки
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действии момента по формуле
Расчётная площадь сечения с учётом только устойчивой части стенки
Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И С Е Ч Е Н И Я
И С Х О Д Н Ы Е Д А Н Н Ы Е
Коэффициент Пуассона
Я Д Р О В Ы Е Р А С С Т О Я Н И Я
Максимальная абсцисса
Минимальная абсцисса
Максимальная ордината
Минимальная ордината
Ж Е С Т К О С Т Н Ы Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И
Изгибная жесткость относительно оси Y
Изгибная жесткость относительно оси Z
Жесткость на кручение
Секториальная жесткость
Сдвиговая жесткость относительно оси Y
Сдвиговая жесткость относительно оси Z
Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К И Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И
Координаты центра тяжести относительно системы координат Uo0oVo:
Периметр внешнего контура
Периметр внутренних контуров
Момент инерции относительно оси U
Момент инерции относительно оси V
Центробежный момент инерции относительно системы координат UOV
Угол поворота главных осей инерции
Главный момент инерции относительно оси Y
Главный радиус инерции относительно оси Y
Главный момент инерции относительно оси Z
Главный радиус инерции относительно оси Z
Момент сопротивления изгибу относительно оси Y (Z+)
Момент сопротивления изгибу относительно оси Y (Z-)
Момент сопротивления изгибу относительно оси Z (Y+)
Момент сопротивления изгибу относительно оси Z (Y-)
Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента по формуле : (прил.7).
Для определения найдём максимальный момент в средней трети расчётной длины стержня
По модулю при коэффициент .
Значения и определим по приложению11.
Поскольку отношение проверяем по следующей формуле
Поскольку условие соблюдается то проверку устойчивости колонны из плоскости действия момента проводим с учетом всей площади сечения:
Т.к. стенки не нужно укреплять поперечными рёбрами жёсткости.
2.2 Подбор сечения нижней части колонны.
Сечение нижней части колонны сквозное состоящее из двух ветвей соединённых решёткой. Высота сечения . Под крановую часть ветви принимаем из колонного двутавра наружную – составного сварного сечения из трёх листов.
Ориентировочное положение центра тяжести. Принимаем
Усилия в ветвях: - подкрановой.
Определяем требуемую площадь ветвей и назначаем сечение.
Для подкрановой ветви задаёмся тогда по сортаменту подбираем 45Б2.
Толщину стенки швеллера для удобства её соединения встык с полкой надкрановой части колонны принимаем равной 20 мм. Высота стенки из размещения сварных швов .
Требуемая площадь полок
Из условия местной устойчивости полки швеллера
Сравним положение центра тяжести с ранее принятым значением:
Расхождение не превышает допустимых значений и перерасчет усилий в ветвях не требуется.
Сечение: Двутавp нормальный (Б) по ГОСТ 26020-83 45Б2
Геометрические характеристики сечения
Площадь поперечного сечения
Условная площадь среза вдоль оси Y
Условная площадь среза вдоль оси Z
Момент инерции относительно оси Y
Момент инерции относительно оси Z
Момент инерции при кручении
Секториальный момент инерции
Радиус инерции относительно оси Y
Радиус инерции относительно оси Z
Максимальный момент сопротивления относительно оси Y
Минимальный момент сопротивления относительно оси Y
Максимальный момент сопротивления относительно оси Z
Минимальный момент сопротивления относительно оси Z
Пластический момент сопротивления относительно оси Y
Пластический момент сопротивления относительно оси Z
Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Y(U)
Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления оси Y(U)
Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Z(V)
Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления оси Z(V)
Радиус инерции шатровой ветви колонны:
Момент инерции шатровой ветви колонны:
Проверка устойчивости ветвей: из плоскости рамы
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решётки:
Принимаем длину ветви: 300 см. (кратно длине нижней части колонны)
2.3 Расчёт решётки подкрановой части колонны.
Общая площадь сечения колонны
Значение условной поперечной силыпринимаем из табл. 8.2:
Расчет решетки проводим на усилие.
Усилие сжатия в раскосе:
Задаемся по табл.72 .
Тогда требуемая площадь раскоса определяется формулой:
здесь принимается при прикреплении сжатого уголка одной полкой.
Сечение: Уголок неравнополочный по ГОСТ 8510-86* L125x80x12
Угол наклона главных осей инерции
Максимальный момент инерции
Минимальный момент инерции
Максимальный радиус инерции
Минимальный радиус инерции
Проверяем в плоскости действия момента устойчивость колонны как единого стержня.
Геометрические характеристики всего сечения подкрановой части колонны:
Общая площадь сечения колонны:
Момент инерции колонны:
Радиус инерции колонны:
Приведенная гибкость согласно табл.7:
где – коэффициент принимаемый в зависимости от угла между раскосами решетки и ветвью колонны (принимаем = 27)
Для комбинации усилий догружающих наружную ветвь (сечение 3-3)
Для комбинации усилий догружающих подкрановую ветвь (сечение 4-4)
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. – М.: Стройиздат 1985
СНиП II-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования
Схемы типовых стропильных ферм с единичными усилиями. КПИ.
Программы для расчёта на ЭВМ строительных конструкций
Методические указания к курсовому проекту для специальностей 2903 «Промышленное и гражданское строительство».- Калинин 1990 (КПИ кафедра конструкций и сооружений).