Усиление стальной стропильной фермы одноэтажного здания

ферма.dwg

Схема стропильной фермы
Ведомость отправочных элементов
Масса напл. металла: 1.0% = 20.2 кг
ведомость повреждений
РГР "Усиление стальной стропильной фермы
Усиление стальной стропильной фермы
Ведомость повреждений

РГР.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра промышленного и
гражданского строительства
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
на тему: «Усиление стальной стропильной фермы одноэтажного здания»
«Металлические конструкции (спецкурс)»
Стм17о-2 Овсянникова Ю.А.
Поверочный расчет неусиленной стропильной фермы ..5
1 Статический расчет фермы .5
1.1 Постоянная нагрузка 5
1.2 Снеговая нагрузка .6
1.3 Подготовка данных для расчёта на ПК ..7
2 Поверочный расчет элементов фермы не имеющих дефектов и повреждений ..9
2.1 Поверочный расчет сжатых элементов ..9
2.2 Поверочный расчет растянутых элементов .20
3 Поверочный расчет элементов фермы имеющих повреждения ..28
3.1 Общее искривление стержня №3 (Р2) ..28
3.2 Коррозионные повреждения стержня №18 (В5) .30
3.3 Проверка прочности стержня №1 (Р1) с вырезом 32
Проектирование усиления ..35
1 Выбор и обоснование способа усиления ..35
2 Расчет усиления стержней фермы 35
2.1 Усиление стержня №3 (Р2) 35
2.2 Усиление стержня №18 (В5) .40
2.3 Усиление стержня №1 (Р1) с вырезом ..45
Список литературы ..47
Основными задачами курсовой работы являются закрепление теоретических знаний ознакомление с методикой определения технического состояния конструкций стальных ферм ознакомление с принципами поверочных расчетов элементов стальных конструкций ознакомление с проектированием усиления стальных стропильных ферм.
Курсовая работа разработана в соответствии с заданием на проектирование. Работа состоит из пояснительной записки с необходимыми решениями по усилению фермы и чертежа на одном листе формата А2.
Поверочный расчет неусиленной стропильной фермы
1 Статический расчет фермы
1.1 Постоянная нагрузка
Рисунок 1 - Схема загружения
Нагрузка от покрытия определяется по формуле
где: γn =1 – коэффициент надёжности по уровню ответственности зданий и сооружений (нормальный уровень отвественности);
γn =105 – коэффициент надёжности по нагрузке для металлических конструкций [4 п. 7.2];
- расчетная нагрузка от веса покрытия;
= 42800 кг=4280 кН – собственный вес фермы;
L =300 м – пролет фермы.
Определим усилия действующие на ферму от постоянной нагрузки
1.2 Снеговая нагрузка
где: се – коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действие ветра или иных факторов;
сt =1– термический коэффициент;
=1- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;
γn =1 – коэффициент надёжности по уровню ответственности зданий и сооружений (нормальный уровень отвественности);
γf =14 – коэффициент надёжности по нагрузке от снега [4 п. 10.12];
Sg – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли
(Снеговой район V г. Мурманск)
где: k= 062 (Тип местности B отметка верха покрытия: +90м)
– наибольший размер покрытия в плане – наименьший размер покрытия в плане
S=180·14·6·1=1512 кНм
Определим усилия действующие на ферму от снеговой нагрузки
1.3 Подготовка данных для расчёта на ПК
Рисунок 2 – Схема нумерации узлов и элементов поясов и решётки стропильной фермы
- Подвижная опора: 1
- Неподвижная опора: 22
- Количество стержней: 41
- Количество узлов: 22
- Количество загружений: 2
Таблица 1 – Координаты узлов
Таблица 2 – Номера узлов стержней
Таблица 3 - Проекции сил на оси X и Y по узлам
Таблица 4 - Расчет статически определимой фермы покрытия
2 Поверочный расчет элементов фермы не имеющих дефектов и повреждений
2.1 Поверочный расчет сжатых элементов
2.1.1 Проверяется сечение элемента верхнего пояса стержня №2 (В1) из спаренных уголков 125х10 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=2433 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =385 см;
- момент инерции в плоскости фермы =35982 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =345 см;
- толщина пера уголка =10 см.
Радиус инерции из плоскости фермы определяется по формуле:
где: – момент инерции из плоскости фермы для спаренных уголков который определяется по формуле:
Расчетные длины стержня:
- в плоскости фермы: =297 м=297 см;
- из плоскости фермы: =297 м=297 см.
- в плоскости фермы определяется по формуле:
- из плоскости фермы определяется по формуле:
Максимальная условная гибкость в плоскости фермы определяется по формуле:
Значение коэффициента определяем по формуле:
где: (п. 7.1.4 СП 16.13330.2016).
Коэффициент устойчивости при центральном сжатии определяется по формуле:
Условие устойчивости определяется по формуле:
где: N – усилие сжатия стержня по таблице 1.1.3.4;
– коэффициент условий работы конструкции;
– расчетное сопротивление стали;
– коэффициент устойчивости при центральном сжатии.
Предельная гибкость определяется по формуле:
где коэффициент α определяется по формуле:
2.1.2. Проверяется сечение элемента верхнего пояса стержня №6 из спаренных уголков 125х10:
- в плоскости фермы: =30 м=300 см;
- из плоскости фермы: =30 м=300 см.
Условие устойчивости:
Условие не выполняется.
2.1.3 Проверяется сечение элемента верхнего пояса стержня №10 из спаренных уголков 180х11 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=3880 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =560 см;
- момент инерции в плоскости фермы =121644 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =485 см;
- толщина пера уголка =11 см.
- в плоскости фермы: =300 м=300 см;
- из плоскости фермы: =300 м=300 см.
условие выполняется.
2.1.4 Проверяется сечение элемента верхнего пояса стержня №14 из спаренных уголков 180х11 со следующими характеристиками:
2.1.5 Проверяется сечение элемента верхнего пояса стержня №14 из спаренных уголков 180х11 со следующими характеристиками:
2.1.6 Проверяется сечение раскоса №11 из спаренных уголков 90х7 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=1228 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =277 см;
- момент инерции в плоскости фермы =9430 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =247 см;
- толщина пера уголка =07 см.
Расчетные длины стержня:
- в плоскости фермы: =210 м=210 см;
- из плоскости фермы: =262 м=262 см.
2.1.7 Проверяется сечение раскоса №7 из спаренных уголков 100х8 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=1660 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =307 см;
- момент инерции в плоскости фермы =14719 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =275 см;
- толщина пера уголка =08 см.
2.1.8 Проверяется сечение раскоса №15 из спаренных уголков 80х6 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=938 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =247 см;
- момент инерции в плоскости фермы =5697 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =219 см;
- толщина пера уголка =06 см.
2.1.9 Проверяется сечение раскоса №38 из спаренных уголков 110х8 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=1720 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =339 см;
- момент инерции в плоскости фермы =19817 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =300 см;
2.2 Поверочный расчет растянутых элементов
2.2.1 Проверяется сечение элемента нижнего пояса стержня №5 (Н1) из спаренных уголков 125х8 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=1969 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =387 см;
- момент инерции в плоскости фермы =29436 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =336 см;
Предельная гибкость равна
2.2.2 Проверяется сечение элемента нижнего пояса стержня №9 из спаренных уголков 125х8 со следующими характеристиками:
2.2.3 Проверяется сечение элемента нижнего пояса стержня №13 из спаренных уголков 160х10 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=3143 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =496 см;
- момент инерции в плоскости фермы =77424 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =430 см;
2.2.4 Проверяется сечение элемента нижнего пояса стержня №17 из спаренных уголков 160х10 со следующими характеристиками:
2.2.5 Проверяется сечение элемента нижнего пояса стержня №21 из спаренных уголков 160х10 со следующими характеристиками:
- в плоскости фермы: =150 м=150 см;
- из плоскости фермы: =150 м=150 см.
2.2.6 Проверяется сечение раскоса №4 из спаренных уголков 80х6 со следующими характеристиками:
- в плоскости фермы: =206 м=206 см;
- из плоскости фермы: =257 м=257 см.
2.2.7 Проверяется сечение раскоса №8 из спаренных уголков 70х5 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=686 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =216см;
- момент инерции в плоскости фермы =3194 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =190 см;
- толщина пера уголка =05 см.
- из плоскости фермы: =257 м=257см.
2.2.8 Проверяется сечение раскоса №12 из спаренных уголков 50х5 со следующими характеристиками:
- площадь сечения уголка А=480 см2;
- радиус инерции в плоскости фермы =153см;
- момент инерции в плоскости фермы =1120 см4;
- расстояние от обушка до оси центра тяжести уголка =142 см;
2.2.9 Проверяется сечение раскоса №41 из спаренных уголков 90х7 со следующими характеристиками:
2.2.10 Проверяется сечение стойки №20 из спаренных уголков 50х5 со следующими характеристиками:
- в плоскости фермы: =168 м=168 см;
- из плоскости фермы: =210 м=210 см.
3 Поверочный расчет элементов фермы имеющих повреждения
3.1 Общее искривление стержня №3 (Р2)
Сечение стержня - из спаренных уголков 110х8 со следующими характеристиками:
Максимальная условная гибкость ииз плоскости фермы определяется по формуле:
Предельное искривление при:
Стержень №1 (Р1) нужно усиливать.
3.2 Коррозионные повреждения стержня №18 (В5)
Сечение стержня - из спаренных уголков 180х11 со следующими характеристиками:
- толщина пера уголка =11 см;
Характеристика повреждения: Δ=25 мм.
Расчетные геометрические характеристики стержня:
Стержень №18 (В5) нужно усиливать.
3.3 Проверка прочности стержня №1 (Р1) с вырезом
Сечение стержня - из спаренных уголков 90х7 со следующими характеристиками:
- толщина пера уголка =07 см;
- ширина пера уголка В=9 см.
Характеристики выреза:
- ширина выреза пера уголка b=30 мм
- длина выреза пера уголка l=120 мм.
Рисунок 3 - Уголок с вырезом
Выполним проверку условий:
n=30 cx=160 cy=147 (Приложение 5 СП 16.13330.2016)
Таблица 5 – Проверка прочности и устойчивости стержней фермы
Расчетное сопротивление стали
Проектирование усиления
1 Выбор и обоснование способа усиления
Усиление конструкции проведем с частичной разгрузкой с отсутствием во время усиления снеговой нагрузкой.
2 Расчет усиления стержней фермы
2.1 Усиление стержня №3 (Р2)
На раскос стропильной фермы состоящей из двух уголков 110х8 действует сжимающая сила . Материал конструкции имеет расчетное сопротивление 240 Мпа.
Характеристики основного сечения: А0=3440 см2; =39634 см4; =339 см; =4954 см3;
- в плоскости фермы: =210 м;
- из плоскости фермы: =262 м.
Класс конструкции – III
Определим расчетную величину начального прогиба стержня. Расчетное значение случайного относительного эксцентриситета при =6077 =012.
Случайный эксцентриситет и прогиб:
Выявленный при обследовании прогиб больше случайного прогиба поэтому для дальнейшего расчета принимаем .
Проверка возможности усиления стержня при действии продольного сжимающего усилия действующего во время работ по усилению
- по прочности при случайном эксцентриситете:
- по условию устойчивости:
Уменьшим значение нагрузки до выполнения условий прочности и устойчивости:
Для усиления принимаем швеллер 10П из стали С245 по ГОСТ 8240-97
Рисунок 4 - Усиление стержня №3
Характеристики сечения после усиления:
Определим прогиб стержня после присоединения элемента усиления:
Расчет сварных швов на воздействие условной поперечной силы:
Статический момент элемента усиления относительно нейтральной оси:
Максимальный шаг шпоночного шва:
Принимаем мм t=060 м. Сварка производится электродами Э42; Мпа.
Расчет непрерывных участков шпоночных швов осуществляется на сдвигающее усилие:
Минимальная длина участков шпоночного шва:
Длину участков шпоночных швов принимаем 5 см. Концевые швы элементов усиления принимаем с катетом мм
Нормальное усилие передаваемое на элемент усиления:
Длина концевых швов:
Длину швов принимаем 14 см.
Определяем остаточный сварочный прогиб элемента:
Коэффициент учитывающий начальное напряженно-деформированное состояние элемента и схему его усиления:
где - коэффициент характеризующий уровень начальных напряжений в зоне i-го шва.
Напряжения в зоне швов пластин при случайном эксцентриситете:
Напряжения в зоне швов пластин со швеллером при случайном эксцентриситете:
Остаточный сварочный прогиб при случайном эксцентриситете:
Расчетный эквивалентный эксцентриситет при случайном эксцентриситете:
Проверка устойчивости усиленного стержня в плоскости изгиба при случайном эксцентриситете:
2.2 Усиление стержня №18 (В5)
На элемент верхнего пояса стропильной фермы состоящий из двух уголков 180х11 действует сжимающая сила . Материал конструкции имеет расчетное сопротивление 310 Мпа.
Характеристики основного сечения: =243268 см4; =560 см; =50158см3; =18494 см3;
- в плоскости фермы: =300 м;
- из плоскости фермы: =300 м.
Определим расчетную величину начального прогиба стержня. Расчетное значение случайного относительного эксцентриситета при =5357 =011.
Случайный эксцентриситет и прогиб положительного направления:
Случайный эксцентриситет и прогиб отрицательного направления:
- по прочности при случайном положительном эксцентриситете:
- по прочности при случайном отрицательном эксцентриситете:
Поскольку то можно выполнять усиление без разгрузки.
Для усиления принимаем уголок 90х8 из стали С245 по ГОСТ 8509-93
Рисунок 5 - Усиление стержня №18
- при положительном случайном эксцентриситете
- при отрицательном случайном эксцентриситете
Принимаем мм м. Сварка производится электродами Э42; Мпа.
Длину швов принимаем 11 см.
Напряжения в зоне шва при случайном положительном эксцентриситете:
Напряжения в зоне шва при случайном отрицательном эксцентриситете:
- положительного направления
- отрицательного направления
2.3 Усиление стержня №1 (Р1) с вырезом
Сечение стержня - из спаренных уголков 90х7;
Площадь сечения: А=2456 см2;
Площадь ослабления вырезом:
абсолютное значение продольной силы от фактических нагрузок на период усиления.
Определяем дополнительную площадь сечения:
Для усиления принимаем два стержня из круглой стали диаметром 11 мм из стали С245 по ГОСТ 2590-2006 с =190 см2.
Напряжение проверяем по формуле:
Условие прочности сечения выполняется.
Высота катета сварных швов при заданной длине шва:
Рисунок 5 - Усиление стержня №1
Андрианов К.А. Расчёт усилений конструкций перед реконструкцией и капитальным ремонтом : учебное пособие К.А. Андрианов В.И. Леденев И.В. Матвеева. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 2012. – 112 с.
Евдокимцев О.В. Усиление стальной фермы производственного здания. Методические указания. Тамбов: Издательство ТГТУ 2010 32 с.
СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*" – М.: Минстрой России 2017. – 148 с.
СП 20.13330.2017 "Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*" – М.: Минстрой России 2017. – 104 с.