Расчет металлической стропильной фермы

титульник КП.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
«КОЛЛЕДЖ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СТРОИТЕЛЬСТВА»
по дисциплине: «Проектирование зданий и сооружений. Строительные конструкции»
на тему: «Расчет металлической стропильной фермы»
Специальность: «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»
КП 08.02.01.15.0 .0 ПЗ
Преподаватель – руководитель
Автор проекта студент группы С-32
Проект защищен с оценкой

Чертеж курсовой.dwg

Болты М24 нормальной
Speqifikaqi> metalla
Спецификация металла сталь-С245
Масштаб длин 1:40; масштаб узлов
Геометрическая схема фермы
Болты нормальной точности М20 из стали класса 4.6 ГОСТ 1759-70*
Монтажные швы в укрупнительных стыках варить электродами Э42А
Соединительные прокладки ставить на равных расстояниях
Укрупнительный стык нижнего пояса
План связей по нижним поясам ферм
План связей по верхним поясам ферм
Расчет металлической стропильной фермы

Расчетно-пояснительная записка.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
«КОЛЛЕДЖ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СТРОИТЕЛЬСТВА»
Заместитель директора по УР
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине: «Проектирование зданий и сооружений. Строительные конструкции»
на тему: «Расчет металлической стропильной фермы»
Специальность: «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»
КП 08.02.01.15.0 .0
Данная курсовая работа выполняется с целью закрепления теоретических знаний основ расчета строительных конструкций: металлическая стропильная ферма
В процессе выполнения курсовой работы производится сбор нагрузок действующих на ферму определяется нагрузка ( нормативная и расчетная ) разрабатывается схемы связей определяются усилия в стержнях фермы производится подбор сечений стержней фермы расчет сварных швов принимается конструкция монтажных узлов.
Все расчеты производятся в соответствии с требованиями нормативно-технической литературы (СНиП ГОСТ и др.)
Исходные данные . .. . 4
Сбор нагрузок на ферму .. .. . 5
Разработка схемы связей .. .. 7
Определение усилий в стержнях фермы . . . 9
Подбор сечений стержней фермы .. .13
Расчет сварных швов. . ..25
Конструкция монтажных узлов . .30
Список использованной литературы ..31
Необходимо рассчитать и законструировать стропильную ферму покрытия пролётом 24 м. Шаг ферм 6 м сечение элементов решетки фермы выполнены из парных уголков. Покрытие тёплое. Климатический район по снеговому покрову –II. Материал фермы – сталь марки С245 по ГОСТ 27772-88* соединения стержней в узлах фермы сварные коэффициент надёжности по назначению зданий . Высота фермы по центру 3150 мм.
Рис. 1. Схема стропильной фермы
Сбор нагрузок действующих на ферму
На ферму действуют два вида нагрузок:
)постоянная от собственного веса конструкций покрытия;
)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.
Определение нагрузок действующих на ферму
Вид нагрузки и ее составляющие
Коэф-т надеж-ности по нагруз-ке
-гидроизоляционный ковер из 4-х слоев рубероида
-утеплитель из минераловатных плит t=35 мм =430 кгм3
-пароизоляция из одного слоя рубероида
-цементная стяжка t=70мм
-сборные железобетонные ребристые плиты 6 x 15 м
-собственная масса фермы 76т
- снег по всему покрытию
Значения погонных равномерно распределенных расчетных нагрузок от собственного веса конструкций и снега (в кНм) определяются по формулам: QКР = qКР В = 3142 6 = 18852 кНм ; РСНЕГА = РСН В = 126 =72 кНм ; где В – шаг ферм (В = 6 м); qКР 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 = (QКР +PСНЕГА)
d = (18852 + 72) 4 = 104208 кН;
где d – длина панели верхнего пояса (d = 4м)
Общая нагрузка на опорные стойки от собственного веса конструкций и снега определяется по формуле:
F2 = 05 F1 = 05 104208= 52104 кН.
Тогда опорная реакция равна:
(2 F2+4 F1) =25 F1 = 05 (252104 + 4104208) =26052 кН
Рис. 2.1. Схема загружения фермы.
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. 3.1. Связи обеспечивающие устойчивость стропильных ферм.
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 = 0015 можно пренебречь.
Рис.4.1. Расчетная схема фермы
mom1 = 3150* N1-3 = 0 ; N1-3= 0 (kH)·
Усилие в стержне 8-6 7-3 отсутствует.
Рис.4.2. Размеры элементов фермы и усилия в них
Расчетные усилия в элементах фермы
Подбор сечений стержней фермы
Верхние пояса фермы работают на сжатие. При расчётной длине панели верхнего пояса lx=ly применяют сечение из двух равнополочных уголков. При расчетной длине пояса из плоскости фермы вдвое большей чем в плоскости ly=2lx наиболее рационально сечение из неравнополочных уголков поставленных большими полками в сторону. Нижние пояса ферм работают на растяжение. Соотношение расчетных длин не влияет на их прочность а только на предельную гибкость. Поэтому из условия транспортировки и монтажа сечение принимают из неравнополочных уголков поставленных большими полками в сторону.
Опорные раскосы имеют одинаковую длину lx=ly. Поэтому применяют сечение из неравнополочных уголков поставленных малыми полками в сторону. Промежуточные раскосы и стойки при сжимающих усилиях проектируют из равнополочных уголков. Растянутые элементы решетки можно проектировать и из неравнополочных уголков. Центральную стойку рекомендуется проектировать крестообразного сечения. Предельные гибкости элементов приведены в приложении 8 [3]. Подбор растянутых стержней фермы производим по выражению:
где - коэффициент продольного изгиба подбираем из приложении 6 таблица 72 [ 1 ];
- коэффициент условий работы принимаемый для сжатых элементов поясов и опорных раскосов ферм при расчете на устойчивость 095; для сжатых элементов решетки ферм при ≥ 60-08;для растянутых элементов ферм – 095.
Ry – расчетное сопротивление стали по пределу текучести; выбираем в зависимости от марки стали по таблице в приложении 2 [3]; N – наибольшая нагрузка; Атр – требуемая площадь сечения.
1. Подбор сечений стержней верхнего пояса.
Верхний пояс принимаем с изменением сечения.
Подбираем сечение для стержней 1–3 3 –5 для наибольшей
нагрузки N3-5 = -49704 kH. Задаемся гибкостью – = 90 расчетное сопротивление стали по пределу текучести Ry=240 Коэффициент продольного изгиба = 0 567 по табл. 72 (СНиП II-23-81* приложение 6 «Коэффициенты для расчета на устойчивость центрально внецентрально сжатых и сжато-изгибаемых элементов»)
Требуемая площадь сечения
Принимаем профиль Равнобокий уголок (пара) №20 А = 943 см2 ix=03хh=03х20=6 см iy= 0215хb=0215х403=86см. Где ix iy-радиусы инерции уголка.
Для определения коэффициента продольного изгиба х и y необходимо определить условие гибкости где λ – гибкость по Rу -расчетное сопротивление стали по пределу текучести; Е- модуль упругости 206*105 МПа.
отсюда определяем х = minп формуле
; где [λx]- нормативная гибкость по х
Проверка устойчивости стержня
Недонапряжение составляет 24% но при меньшем профиле возникает перенапряжение и перерасход металла. Окончательно принимаем профиль Равнобокий уголок № 20.
Подбираем сечение для стержней 5 - 6 для нагрузки N = -79397 kH
Задаемся гибкостью – = 90 Ry=240 МПа по приложению 2 («Методические указания к курсовому проекту» Багров В. А.) коэффициент продольного изгиба = 0 567 по табл. 72 (СНиП II-23-81* приложение 6 «Коэффициенты для расчета на устойчивость центрально внецентрально сжатых и сжато-изгибаемых элементов»)
Недонапряжение составляет 42% но при меньшем профиле возникает перенапряжение и перерасход металла. Окончательно принимаем профиль Равнобокий уголок № 20.
2. Подбор сечений стержней нижнего пояса
Нижний пояс принимаем с изменением сечения по длине.
Подбираем профиль для стержня 2 - 4 и рассчитываем его на
усилие – N = 364728 кН.
Принимаем Равнобокий уголок № 125 А = 374 см2 ix =03*h=41 см iy= 0215*b=7525 см.
Проверка прочности стержня 2-4
Условие соблюдается.
Подбираем профиль для стержня 4-4` и рассчитываем его на
усилие – N = 138597 кН.
Принимаем Равнобокий уголок № 20 А = 1115 см2 ix = 6см iy= 9245 см.
Проверка прочности стержня 4-4`
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 4 - 5– не опорный раскос (сжатый) с внутренним усилием N = -104208 кН
Задаемся гибкостью – = 100 = 0433.
Принимаем Равнобокий уголок (пара) № 11 А = 152 см2 ix =33 см iy= 473 см.
Предельные гибкости
Задаемся гибкостью – = 100 = 0493 усилие N =-1176799
Принимаем Равнобокий уголок (пара) № 20 А = 604 см2 ix =48 см iy= 688 см.
Задаемся гибкостью – = 100 N=16834 кН
Принимаем Равнобокий уголок № 16; А = 374 см2 ix =398 см iy= 598 см.
Задаемся гибкостью – = 100 = 0493. Усилие N=-2525
Принимаем Равнобокий уголок (пара) № 16 А = 344 см2 ix =48 см iy=688 см.
Результаты расчета стержней фермы приведены в табл.5.1.
Результаты расчета и подбор сечений элементов фермы
Расчет сварных швов. Конструирование узлов фермы
Расчет и конструирование узлов фермы производится в соответствии с требованиями предъявляемые СНиП ll-23-81(91)*. Прикрепление элементов решетки из уголков к фаскам рекомендуется выполнять двумя фланговыми швами. При этом требуемые площади швов должны распределятся по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстоянию до оси стержня. Концы фланговых швов выводятся на торцы элементов на длину 20 мм. В расчетах долю усилия N приходящуюся на фланговые швы обушка и пера принимают в зависимости от типа уголка по таблице 6.1.
1. Доля усилия N на сварные швы обушка и пера
Тип уголка и схема его крепления
Длины фланговых швов при расчете на условный срез по металлу шва с последующей проверкой по металлу границы сплавления рассчитываются по формулам
К поясам ферм фасонки крепятся сплошными швами. Швы прикрепляющие фасонку к поясу рассчитываются на разность усилий в смежных панелях пояса
Швы прикрепляющие фасонку к поясу где приложена внешняя сосредоточенная сила (нагрузка) рассчитываются на усилие определяемое по формуле
При опирании на верхний пояс строительных ферм крупнопанельных железобетонных плит когда толщина полок уголков при шаге ферм 6 м составляет менее 10 мм и при шаге ферм 12 м – менее 14 мм целесообразно усиливать поясные уголки в местах опирания приваркой сверху опорных листов толщиной 10 – 12 мм.
Если уголки пояса прерываются в узле они должны быть перекрыты накладками. Уголок с большим усилием заводится на 300-500 мм за центр узла между соединяемыми поясами оставляется зазор 60-50 мм. Толщина накладки принимается не менее толщины фасонки а площадь ее должна быть не менее площади выступающего пера меньшего пояса.
Швы прикрепляющие листовую накладку к поясам рассчитываются на усилие в накладке
где – напряжение в накладке - условная расчетная площадь равная сумме площадей накладок и части площади фасонки высотой 2в (в – ширина полки прикрепляемого уголка) Nр – расчетное усилие в элементе равное 12N.
А швы прикрепляющие уголки к фасонкам - на расчетные усилия в поясах за вычетом усилия передаваемого уголка на уголок накладкой: 12N12 - N12 но не менее чем 12N122.
При конструировании опорных узлов фермы приопирании на стойку сверху принимают толщину опорной плиты 16-25 мм опорных ребер 10-14 мм. При опирании строительной фермы сбоку колонны принимают толщину опорного фланца фермы 16-20 мм опорного столика 30-40 мм. Для четкости опирания опорный фланец выступает на 10-20 мм ниже фасонки опорного узла. Опорный фланец к полке колонны крепится на болтах грубой или нормальной точности которые ставят в отверстие на 3 мм больше диаметра болтов.
При шарнирном опирании фермы на колонну длину сварных швов прикрепляющих опорный фланец к фасонке определяют по формуле
При опирании фермы сверху на колонну предварительно определяется реактивное давление под плитой
где Rb – расчетное сопротивление материала колонны;
Aоп – площадь опорной плиты.
Изгибающие моменты в опорной плите определяются как для пластинки опертой на две стороны по формуле
где – коэффициент зависящий от соотношения ва. Определяется по таблице 6.2.
Коэффициент для расчета пластин опертых на три или две стороны
Требуемая толщина плиты
Верхний узел крепления фермы обычно стремятся запроектировать так чтобы линия действия силы проходила через центр фланца.
1. Расчет сварных швов.
Коэффициенты и расчетные сопротивления принимаемые при расчете по металлу шва:
f = 09; wf = 1; Rwf = 240 МПа
f wfRwf = 091240 = 216 МПа
где : Rwf - расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва принимается по табл. 56 (СНиП II-23-81 Приложение 2)
f - коэффициенты для расчета углового шва по металлу шва принимается по табл. 34 (СНиП II-23-81 Расчет соединений стальных конструкций)
При расчете по металлу границы сплавления
z = 105; wz = 1; Rwz = 045Run = 045490 = 2205 МПа
z wzRwz = 10512205 = 2315 МПа;
где : Run = 490 МПа - временное сопротивление стали разрыву принимаемое равным минимальному значению по государственным стандартам и техническим условиям на сталь;
z - коэффициенты для расчета углового шва по металлу границы сплавления табл 56; Rwz - расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления;
f wfRwf = 216 МПа z wzRwz = 2315 МПа
Расчет ведем по металлу шва. Несущая способность сварных швов определяется прочностью металла сварного шва и вычисляется по формуле где Nоб(п) – усилие действующее на обушок (перо) уголков;
n – количество швов (n = 2); a – длина шва на непровар (а = 1-2 см); kf – катет сварного шва. kf min kf kf max
где kf min – минимальный катет шва определяемый по табл. 38(СНиП II-23-81 12. Общие требования по проектированию стальных конструкций)
kf ma для шва по перу
kf ma kf ma здесь tуг – толщина прикрепляемого уголка.
N=05*07*N - у обушка N=05*03*Ni - у пера
Результаты расчета размеров сварных швов сводим в табл. 6.3.
Таблица расчета швов
Сварку не напряженного стержня 1 – 3 выполняем конструктивно соответственно с катетами швов по обушку 9 мм длиной 12 см катетами швов по перу 6мм длиной 8см.
Конструкция монтажных узлов фермы
Принимаем толщину фасонки 14 мм. Опорный лист принимаем толщиной 20 мм ширина 200 длина 260.
Ширина фасонки 100мм длина 260мм
Катет швов прикрепляющих фланец к стойке принимаем 6мм сварной шов по всей длине фланца
) Укрупнительный стык (нижний)
Накладку принимаем толщиной 20мм. шириной 200 и длиной 800
Накладка на пояс принимается толщиной 14мм длиной 450мм. Сварной шов по всей длине накладки катет шва 6мм.
Укрупнительный стык (верхний)
Накладку принимаем толщиной 12мм шириной 170мм длиной 940мм.
Список использованной литературы
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -М.: Стройиздат 2001.- 96 с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат 1986.- 35 с.
Металлические конструкции под общей редакцией Е. И. Беленя . Издание 6-е переработанное и дополненное. -М.: Стройиздат 1985.- 560 с.
Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций.-М.: Стройиздат 1991.- 429 с.