Проектирование стального перекрытия промышленного здания

Узлы.cdw

Технические требования:
Сварка по ГОСТ 5264-80 электродами Э-46 ГОСТ 325-72.

Диаграммы.cdw

Диаграмма усилий в ферме от постоянной накрузки
Диаграмма усилий в ферме от симметрично расположенной снеговой
Диаграмма усилий в ферме от несимметрично расположенной снеговой
Диаграмма усилий в ферме от единичной силы
Диаграмма усилий в ферме от ветровой нагрузки

Спецификация1.cdw

Титульный лист.docx

Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Оборудование и технология
сварочного производства
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Проектирование стального перекрытия промышленного здания

Пояснительная записка.docx

Определение генеральных размеров3
Конструирование кровли5
Определение нагрузок действующих на ферму6
Определение узловых нагрузок действующих на ферму8
Определение опорных реакций9
Определение расчетных усилий в стержнях фермы13
Подбор сечений стержней фермы18
Расчет и проектирование узлов фермы21
Соединительные прокладки29
Расчет связей по покрытию30
Проверочный расчет стропильной фермы31
Определение конструктивного коэффициента33
Целью данного курсового проекта является проектирование стального перекрытия промышленного здания.
Стальной каркас современного одноэтажного промышленного здания представляет собой пространственную систему скомпонованную из многих элементов.
Основой каркаса является поперечная рама состоящая большей частью из ступенчатых колонн и сквозных ригелей.
Ригелем рамы служит стропильная ферма проектированию которой посвящено настоящее пособие.
В состав каркаса одноэтажного промышленного здания кроме поперечных рам входят: подстропильные и промежуточные строительные фермы фермы фонаря прогоны связи подкрановые и тормозные балки элементы стенового каркаса.
Подстропильные фермы применяются в случаях когда шаг колонн превышает длину плит или щитов покрытия.
В настоящее время проектируют и возводят промышленные здания как с фонарями так и без них. При наличии фонарей наибольшее распространение получило их продольное расположение с вертикальным освещением.
Для кровельных ограждений наиболее часто применяют железобетонные плиты алюминиевые щиты стальные настилы.
Определение генеральных размеров перекрытия.
Генеральными размерами фермы являются ее пролет и высота.
Расстояние между осями колонн соседних рядов в поперечном направлении называется пролётом.
При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры поэтому в этих случаях здания разрезают на отдельные отсеки или блоки с поперечными температурными швами.
Размеры здания 60х18х18.
Длина пролета стропильной фермы L=18м.
Согласно рекомендациям [«Проекирование стального перекрытия промышленного здания» Советченко Б. Ф. с.4] отношение HL берётся в пределах 18 112 но не более чем 38 м. Принимаем высоту фермы в коньке H=36 м. Ферма трапецеидальная с фонарем решетка раскосная восходящая с двухярусными шпрингелями согласно техническому заданию. На рисунке 1 представим геометрические размеры и тип решетки.
Рисунок 1 – геометрическая схема фермы.
Ширина здания 18 м следовательно принимаем однопролетную ферму. Величина пролёта кратна модулю 6м и равна 18м.
Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратным 6м. У торцов здания колонны обычно смещаются на 500 мм для удобства оформления углов здания стандартными плитами и панелями (рисунок 2). Длина отсека принимается не более 60 м. В нашем случае 60 м. Длина панели верхнего пояса принимается равная 3 м. На рисунке 2 изображен план перекрытия здания.
Рисунок 2 – план перекрытия здания.
Конструирование кровли.
В промышленных сооружениях различают теплые и холодные кровли. Тёплая кровля от холодной отличается наличием утеплителя.
Различают два типа покрытия – с прогонами и беспрогонное. В первом типе покрытия в качестве несущих элементов укладываемых по прогонам широко применяется стальной профилированный настил армоцементные и асбестоцементные плиты.
В нашем случае кровля теплая беспрогонная. Покрытие состоит из крупнопанельных железобетонных стандартных плит по [1с.7 табл.2] примем ПНС 15x6 м2 опирающиеся на верхние пояса стропильных ферм. Для обеспечения стока воды крыше придают уклон который зададим 1:12. Плиты крепятся к поясам путем приварки уголков (коротышей) забетонированных в плиту. На плиты укладывают пароизоляцию утеплитель выравнивающий слой гидроизоляционный и защитный слой смотреть рисунок 3.
Рисунок 3 – конструкция теплой беспрогонной кровли.
Расчетные нагрузки от массы элементов конструкции покрытия приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Расчётные нагрузки на ферму от массы отдельных элементов покрытия.
Нормативная нагрузка Нм2
Коэффициент перегрузки
Расчётная нагрузка Нм2
Пароизоляция – 2 слоя пергамина
Утеплитель – керамзитовые плиты h=120 мм γ=4 кНм3
Выравнивающий слой – асфальтовая стяжка h=20 мм
Гидроизоляция – рубероидный ковер на битумной мастике
Защитный слой – битумная мастика с втопленным гравием
Определение нагрузок действующих на ферму.
На стропильную ферму действуют: постоянные нагрузки – от веса элементов кровли и собственного веса; временные – технологические (от подвесного транспорта рабочих площадок); атмосферные – воздействие ветра снега. В некоторых случаях приходится учитывать особые нагрузки вызываемые сейсмическими воздействиями просадкой опор аварийными нарушениями технологического процесса и др.
Согласно [1 с.11-14 раздел 5] ферму следует рассчитывать на каждую из нагрузок отдельно. Это необходимо потому что расчётные усилия для разных стержней фермы получаются при различной комбинации нагрузок являющейся невыгоднейшим их сочетанием.
1.Расчет постоянной нагрузки.
Постоянная нагрузка на ферму складывается из собственного веса металлических конструкций стропильной фермы связей по покрытию веса кровли.
Собственные вес стропильной фермы со связями можно получить по эмпирической формуле:
где коэффициент веса фермы при пролете ;
Вес кровли на горизонтальной проекции:
Постоянная расчетная нагрузка действующая на ферму:
2.Расчет снеговой нагрузки.
Снеговая нагрузка зависит от района строительства. Распределение снеговой нагрузки зависит от профиля кровли. Снеговая нагрузка на 1м2 площади поверхности =700 Н м2 для снегового района II к которому относится Якутск [1 с.13 табл.4].
При наличии фонаря и однопролетного здания снеговая нагрузка будет рассчитываться по следующей формуле:
С - коэффициент принимаемый в зависимости от профиля кровли.
3.Расчет ветровой нагрузки.
Нормативная ветровая нагрузка в нашем варианте учитывается только при действии ее на вертикальные стенки фонаря т.к. угол наклона кровли менее 30.
нормативный скоростной напор ветра по [1 с.13 табл.5]
Определение узловых нагрузок действующих на ферму.
Определение узловых нагрузок проводим в соответствии с [1стр.14]; узловая нагрузка зависит от распределённой нагрузки по площади кровли которые обслуживают узел:
Определим постоянные узловые нагрузки [1 с.15 рисунок 7а]:
Узловую симметричную снеговую нагрузку получим по формуле:
где коэффициент перегрузки принимаемый в зависимости от отношения нормативного собственного веса покрытия q к нормативному весу снегового покрова в соответствии с изложением [1 с. 16].
Узловая ветровая нагрузка:
Определение опорных реакций.
Опорные реакции находятся при помощи уравнений статики для всех видов загружений в отдельности [1 с.16 раздел 7]. Исходя из этого строятся расчетные схемы фермы для следующих случаев её загружения:
)от действия постоянных нагрузок;
)от действия симметрично расположенного снега на обоих скатах кровли;
)от действия несимметрично расположенного снега;
)от действия ветровой нагрузки;
)от действия единичной силы приложенной в коньковом или подконьковом узле;
При симметрично расположенной на ферме нагрузке реакции опор A и B равны и определяются из уравнения проекций сил на ось Y:
где -тая узловая нагрузка.
1.Опорные реакции от действия постоянных нагрузок.
Рисунок 4 - Распределение постоянных узловых нагрузок.
2.Опорные реакции от действия симметрично расположенного снега на обоих скатах кровли.
Рисунок 5 - Распределение узловых симметричных снеговых нагрузок
3.Опорные реакции от действия несимметрично расположенного снега.
Рисунок 6 - Распределение узловых несимметричных снеговых нагрузок.
При несимметрично расположенной нагрузке на ферме наиболее рационально воспользоваться уравнениями равновесия суммы моментов всех сил относительно одной из опор определив из него реакцию другой опоры.
4.Опорные реакции от действия ветровых нагрузок.
Рисунок 7 - Распределение узловых ветровых нагрузок
Определяем реакцию B:
Определяем реакцию :
5.Опорные реакции от действия единичной силы:
Рисунок 8 - Схема нагружения фермы.
Определение расчетных усилий в стержнях фермы.
Усилия от различных видов нагрузки. Усилия находим при помощи диаграмм Максвелла – Кремоны отдельно для всех видов загружения:
) от действия постоянных нагрузок;
) от действия симметрично расположенного снега;
) от действия несимметрично расположенного снега;
) от действия единичной силы приложенной в подконьковом узле фермы.
Таблица 2 – усилия в стержнях фермы.
Усилие от подвижной нагрузки кН
Усилие от действия единичной силы
Продолжение таблицы 2.
Линию влияния построим пользуясь теоремой о трехстержневом загруженном узле в нем при а
Найдем наибольшие и наименьшие значения усилий в стержнях от подвижной нагрузки:
Подбор сечений стержней фермы.
Пояса стропильных ферм обычно проектируются из неравнобоких уголков соединённых меньшими полками вместе. Это уменьшает гибкость фермы из её плоскости улучшает условие монтажа.
1.Верхний пояс (i-15):
Верхний пояс сжат поэтому расчет ведем по формуле:
Выбираем уголок №10 по ГОСТ 8509-93
Для стали С3823 и примем
Определим загрузку данного сечения для стали С3823
что укладывается в допускаемые ±5%.
2.Нижний пояс (6-0).
Нижний пояс растянут поэтому требуемая площадь сечения растянутого стержня определяем по формуле:
где расчетное усилие из табл. 2;
Выберем уголок №9 по ГОСТ 8509-93
Стойки растянуты поэтому требуемая площадь сечения растянутого стержня определяем по формуле:
Выберем уголок №5 по ГОСТ 8509-93
Раскосы сжаты поэтому расчет ведем по формуле:
Шпренгели сжаты поэтому расчет ведем по формуле:
Выбираем уголок №5 по ГОСТ 8509-93
Результаты по подбору сечений стержней фермы представим в
Таблица 3 – сечения стержней фермы.
Площадь поперечного сечения
Расчет и проектирование узлов фермы.
Рисунок 9 – Схема фермы.
Толщину фасонок принимаем равной наибольшей толщине профилей уголков d=12 мм.
Площадь опорной плиты определим по несущей способности материала опоры:
где A – опорная реакция фермы состоящая из:
максимальная составляющая реакции от действия снеговой нагрузки;
максимальная нагрузка от подвижной полезной нагрузки;
Изгибающий момент действующий на середину сечения опорной плиты равен:
Толщина опорной плиты равна:
Длина шва приваривающего фасонку и опорную стойку к плите рассчитывается на опорную реакцию:
где - коэффициент учитывающий глубина провара зависящий от способа сварки для ручной дуговой сварки
k = 10 мм - катет шва;
-расчетное сопротивление на срез С3823.
Так как рекомендуется конструировать ферму так чтобы правая и левая половина фермы были взаимно заменяемы усилия в стержнях будем выбирать наибольшими из обеих половин ферм.
Длину швов рассчитываем по следующей формулам:
где - продольная сила действующая на стержень;
- коэффициент зависящий от типа уголка и его положения в сечение для равнополочного уголка ; для неравнополочного уголка прикрепленного короткой полкой к фасонке ;
- коэффициент учитывающий глубину провара зависящий от способа сварки для ручной дуговой сварки ;
- расчетное сопротивление швов срезу для стали С3823 МПа.
Расчетную длину швов необходимо увеличивать на 10.
Находим значения длин швов по формулам (30) и (31) соответственно:
1.1.Стержень 2-о (нижний пояс).
1.2.Стержень 2-1 (раскос).
1.3.Стержень a-1 (стойка).
2.Промежуточный узел нижний пояс (II).
2.1.Стержни нижнего пояса и
2.2.Стержень 2-4 (шпренгель).
2.3.Стержень 5-6 (раскос).
2.4.Стержень 4-5 (стойка).
3.Промежуточный узел верхний пояс (III).
3.1.Стержни верхнего пояса и k=8 мм
3.2.Стержень 22-21 (раскос).
3.3.Стержень 19-22 (стойка).
4.Верхний укрупнительный узел (IV).
4.1.Стержень g-11 (верхний пояс).
4.2.Стержень 11-12 (раскос).
4.3.Стержень 12-14 (стойка).
5.Нижний укрупнительный узел (V).
5.1.Стержень 12-14 (стойка).
5.2.Стержень о-10 (нижний пояс).
5.3.Стержень 10-12 (шпренгель).
Соединительные прокладки.
Чтобы сечения элементов фермы из двух уголков работали как единый стержень эти уголки соединяют между собой прокладками.
Верхний пояс сжат поэтому
Нижний пояс растянут поэтому
Стойки растянуты поэтому
Крайние стойки сжаты
Раскосы сжаты поэтому
Шпренгели сжаты поэтому
Расчет связей производится по допускаемой гибкости равной 200. Тогда зная расчетную длину связи можно определить можно определить требуемый радиус инерции сечения уголка для связи:
по которому в сортаменте подбирается соответствующий номер уголка.
Выбираем уголок №5 d=5.
Рисунок 10 – схема горизонтальных связей.
Проверочный расчет стропильной фермы.
Перемещения узлов фермы в результате внешнего силового воздействия может быть определенно по формуле Мора:
где- усилие в -том стержне фермы от действия единичной силы приложенной к интересующему по перемещению узлу в интересующем направлении;
- усилие в -том стержне фермы от действия внешнего силового воздействия;
- длина -того стержня;
- Модуль упругости материала -того стержня (для МПа);
- площадь поперечного сечения -того стержня.
Зная норматив жесткости стропильной фермы задаваемый относительным прогибом можно определить допускаемый прогиб фермы.
Вычисленное по формуле перемещение конькового или подконькового узла должно быть не больше допускаемого прогиба фермы:
Таблица 4 – расчет перемещения узла фермы.
Продолжение таблицы 4.
Итого что удовлетворяет требованиям норматива жесткости.
Определение конструктивного коэффициента.
При определение постоянной нагрузки в начале проектирования определяется теоретическая нагрузка от собственного веса фермы по эмпирической формуле (35). Фактический вес может значительно отличаться от вычисленного по формуле. Это отличие характеризуется конструктивным коэффициентом:
где теоретический вес фермы;
фактический вес фермы.
где нагрузка от собственного веса фермы;
Таблица 5 – определение фактического веса элементов фермы.
Наименование группы стержней
Суммарная длина элементов м
Масса группы элементов фермы кг
Фактический вес фермы с учетом веса фасонок прокладок и связей увеличивается на 10-15% по сравнению с используемым прокатом.
значение коэффициента показывает что ферма не перегружена собственным весом.
В данном курсовом проекте разработано и рассчитано стальное перекрытие промышленного здания - ферма. В ходе проектирования получены навыки расчета: по определению нагрузок действующих на ферму по расчету стержней фермы сварных швов конструированию узлов а так же самой фермы и в целом основ проектирования сварных конструкций. В конце работы произведены проверочные расчеты по определению жесткости фермы и определения конструктивного коэффициента. Можно сказать что ферма удовлетворяет требуемой жесткости а значение конструктивного коэффициента говорит о том что ферма имеет оптимальный вес и достаточный запас прочности.
Советченко Б.Ф. Проектирование стального перекрытия промышленного здания: Уч. пособие. - Томск: Изд-во ТПУ 2002. - 52 с.
СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
Стальные конструкции. Справочник конструктора. Изд. 3-е. перераб. и доп. Под ред. Н. П. Мельникова М. Стройиздат 1976. 328с.
ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные: Основные типы конструктивные элементы и условное обозначение. - М.: Издательство стандартов 1995.
ГОСТ 16037-80. Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы конструктивные элементы и размеры. - М.: Издательство стандартов 1995.

Марка.cdw

Технические требования:
Сварка по ГОСТ 5264-80 электродами 3-46 ГОСТ 325-72.
Прокладки варить швами с катетами соответствующим
катетом швов для данного элемента фермы.
Горизонтальная связь
Геометрическая схема фермы М 1:100 (размеры в мм
План перекрытия здания М 1:200.