Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет

Кафедра металлических конструкций

Курсовая работа

по металлическим конструкциям

"Рабочий чертеж стальной фермы покрытия здания"

Студен IV курса группы 165

Аветян Д.А.

Преподаватель:

Иванова О.Б.

Нижний Новгород - 2014

Оглавление

• 1. Конструктивная схема фермы
• 2. Конструкция кровли
• 3. Нагрузки на стропильную ферму
• 4. Определение усилий в элементах фермы
• 5. Конструирование и расчет элементов фермы
• 6. Расчет сварных соединений в ферме
• 7. Расчёт прокладок
• 8. Расчёт опорных узлов
• 9. Конструирование и расчёт монтажного стыка отправочных марок фермы
• 9.1 Верхний пояс
• 9.2 Нижний пояс

10. Схема связей по покрытию

• Литература

1. Конструктивная схема фермы

К расчету и конструированию принята ферма с параллельными поясами пролетом ферма кровля сварочный опорный

l_ф = l - 2·200 = 18000 - 2·200 = 17600 мм

и высотой сечения по центрам тяжести сечений поясов

h_ф = 3135 - Z_ob - Z_oh = 3135 - 30 - 20 =3085 мм

где Z_ob и Z_oh - расстояние от обушков поясных элементов до их центров тяжести. Принятая схема фермы указана на рисунке 1.1.



2. Конструкция кровли

Для заданного отапливаемого здания принимаем кровлю по Приложению 2[6] с суммарной толщиной минераловатного слоя утеплителя, д=120мм для климатического района II₅ со слоем пароизоляции. Принятая конструкция кровли показана на рисунке 2.1.

Рис. 2.1 Конструкция кровли

Определяем необходимое сечение прогона:

Где q складывается из расчётной снеговой нагрузки (для III снегового района расчётная нагрузка составляет 2.4 кН/м²) и расчётной нагрузки от покрытия. Сталь С255: R_y=240МПа.



Принимаем швеллер № 22 W=192 см³; I_x=2110 см⁴.

Проверяем прогиб прогона:

Условие выполнено, значит, принимаем швеллер №22 Масса=21 кг/м.

3. Нагрузки на стропильную ферму

Вычисление суммарной расчетной постоянной и временной нагрузок, отнесенных к 1 м² покрытия, выполнено в таблице 3.1. При этом конструкция кровли принята по рисунку 2.1, расчетные нагрузки от элементов кровли и прогонов по Приложению 4, а собственный вес ферм и связей принят равным 0,25 кН/м². Коэффициент _f для снеговой нагрузки принят согласно п. 5.7 СНиП [1].

Таблица 3.1 Вычисление суммарной расчетной постоянной и временной нагрузок

Вид нагрузки и расчет	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке, f	Расчетная нагрузка, кН/м2
1.Постоянная нагрузка от веса кровли: 1.1 Гидроизоляционный слой «Техноэласт-К» из 3-х слоев 1.2 Плитный утеплитель типа «Роквулл» толщиной 120 мм «Пластер-Баттс» =100 кг/м3 1.3 Пароизоляция - 1 слой полиэтиленовой пленки «Ютафол НАЛ» 1.4 Проф. Настил Н75-750-0,8 1.5 Стальные прогоны 20	0,16 0,12 0,002 0,1 0,07	1,3 1,2 1,3 1,05 1,05	0,21 0,144 0,0022 0,105 0,074
Итого:	0,452	-	0,53
2.Нагрузка от собственного веса ферм и связей	0,25	1,05	0,26
Постоянная нагрузка, всего:	0,7	-	0,8
3.Временная снеговая нагрузка	1,68		2.4
Общая нагрузка:	2,38	-	3,2

Полная узловая нагрузка на ферму:



F = 3,2·d_р·В_ф = 3,2·3·6 = 57,6 кН

где d_р = 3 м - длина панели верхнего пояса фермы;

В_ф = 6 м - шаг ферм.

4. Определение усилий в элементах фермы

Усилия в элементах фермы определяем от полной узловой нагрузки F = 57,6 кН, расположенной во всех узлах верхнего пояса фермы. Результаты вычисления усилий в элементах фермы заносим в таблицу 4.1. При вычислении расчетных усилий учтен коэффициент надежности по назначению _n = 1,0.

Таблица 4.1 Определение усилий в элементах фермы

Элемент	Усилие кН от F = 57,6	гn	Расчет усилие N•гn, кН	Элемент	Усилие кН от F = 57,6	гn	Расчетусилие N•гn, кН
	1	57,6				1	57,6
Верхний Пояс	2-3;9-11	0	0,0	1,0	0,0	Раскос	1-3	-4,046	-197	1,0	-197
	3-5	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		3-4	2,536	163,9	1,0	163,9
	5-6	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		4-6	-0,845	-54,7	1,0	-54,7
	6-8	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		6-7	-0,845	-54,7	1,0	-54,7
	8-9	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		7-9	2,536	163,9	1,0	163,9
Нижний пояс	1-4	3,182	179,2	1,0	179,2	Стойки	4-5	-1	-57,6	1,0	-57,6
	4-7	5,909	332,8	1,0	332,8		7'-6	-1	-57,6	1,0	-57,6
	7-10	3,182	179,2	1,0	179,2		7-8	-1	-57,6	1,0	-57,6

5. Конструирование и расчет элементов фермы

В качестве материала элементов ферм принимаем и для узловых фасонок - С255 как для конструкций 2 и 1 группы соответственно. Толщина фасонок t_ф = 10 мм по Приложению 5

Расчетные сопротивления:

для элементов фермы R_у = 24 кН/см², как для фасонного проката толщиной t =20 мм;

для фасонок R_у = 24 кН/см² при толщине t = 10 мм.

Все элементы ферм из парных равнополочных уголков. Конструирование и расчет элементов фермы выполнены в таблице 5.1.

Расчётные длины элементов приняты по п.п. 6.1 СНиП II-23-81*, согласно которому: р#G0рррасчетные длины l_ef элементов плоских ферм и связей, за исключением элементов перекрестной решетки ферм в плоскости фермы равны l для поясов, опорных раскосов и опорных стоек, 0,8l для прочих элементов решётки; из плоскости фермы равны l₁ (l - #G0геометрическая длина элемента, т.е. расстояние между центрами узлов; l₁ - #G0расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы).

Расчетная длина l_x опорного раскоса равна половине его геометрической длины, т. к. элемент закреплен в середине дополнительным раскосом от смещения в плоскости фермы.

При подборе сечений всех элементов фермы учитывается также величина предельной гибкости [] согласно п.п. 6.15 и 6.16 СНиП II-23-81*.

Значение предельной гибкости, установленное в нормах, зависит от назначения стержня и степени его загружения



,

где N - расчётное усилие,

AR_yc - несущая способность стержня;

[]=180-60 - сжатые пояса, опорные стойки и раскосы из #G0парных уголков высотой до 50м, #G0передающие опорные реакции (где 0,5).

[]=210-60 - прочие сжатые стержни ферм (где 0,5).

[]=220 - Верхние пояса ферм, незакрепленные в процессе монтажа (предельную гибкость после завершения монтажа.

Большие значения гибкости принимаются при меньших усилиях.

Задавшись гибкостью л=80, по таблице 72 СНиП [1] определяем соответствующее значение ц=0,686 и требуемую площадь сечения по формуле:

где : N - расчетное усилие, кН;

R_y=25 кН/см² - расчетное сопротивление, определяемое по таблице 51* СНиП; г_с=0,95 - коэффициент условий работы.

По вычисленной А_тр принимаем сечение из двух парных уголков по Приложению 6 [5].

Для принятого сечения вычисляем фактические гибкости:

По большей из вычисленных гибкостей л_х по таблице 72 СНиП [1] определяем величину ц_min и проверяем принятое сечение на устойчивость. Величину г_с=0,95 принимаем по таблице 6 (п.6а) СНиП [1].



-предельная гибкость по п. 6.15 и табл.19 СНиП [2];
где:

Проверяем принятое сечение на устойчивость:

- проверка выполнена

Таблица 5.1 Подбор сечений элементов фермы

Элемент	Расчетное усилие	Сечение	А, см2	Длины	ix	iy	лx
				l	lx	ly
В.П.	3-6	-294.2	2L110x8	34,4	300	300	600	3,39	4,87	88,49
	2-3	0,0	2L100x8	31	280	280	580	3,07	4,47	91,2
Н.П.	1-4	179.2	2L50x5	9,6	580	580	880	1,53	2,45	379,08
	4-7'	332.8	2L75x6	17,4	300	300	880	2,3	3,44	130,43
Раскосы	1-3	-197	2L80x6	18,76	360	180	360	2,47	3,65	72,78
	3-4	163.9	2L50x5	9,6	375	300	375	1,53	2,45	196,08
	4-6	-54.7	2L63x5	12,26	375	300	375	1,94	2,96	154,64
Стойки	4-5;7'-6	-57.6	2L50x5	9,6	220	176	220	1,53	2,45	115,03



6. Расчет сварных соединений в ферме

Рассчитываем прикрепления элементов решетки из парных уголков к узловым фасонкам. Сварка полуавтоматическая в нижнем положении; диаметр сварочной проволоки 2 мм. Согласно таблице 55^* [2] для конструкции группы 1 (по узловым фасонкам) из стали С255 в климатическом районе ₅ принимаем флюс АН-348-А по ГОСТ 9087-81^* и сварочную проволоку Св-08А по ГОСТ 2246-70^*. Расчетные сопротивления: R_wf = 18 кН/см² по таблице 56 [2] и R_wz = 0,45·R_un = 0,45·38 = 17,1 кН/см² (R_un = 380 МПа = 38 кН/см² для фасонного проката из стали С255 толщиной до 12 мм согласно таблице 51^* [2]).

Требуемую расчетную длину швов для прикрепления одного уголка элемента решетки вычисляем по формулам (120) и (121) п. 11.2^*согласно [2].

По прочности металла шва

;

По прочности металла границы сплавления

.

Коэффициенты: при k_f = 4-8 мм согласно таблице 34^*[2].

Согласно п. 11.2 [2] _wf = 1 и _wz = 1, по таблице 6^* [2] _с = 1, так как рассматриваемый случай в таблице отсутствует. Большую из вычисленных для каждого элемента распределяем на обушок и перо.



Вычисление длин швов для прикрепления элементов решетки выполнено в виде таблицы 6.1

Таблица 6.1 Вычисление длин швов для прикрепления элементов решетки

Элемент	N, кН	Сечение	kf, см	lwf, см	lwz, см	lwоб, см	lwперо, см	Примечание
1-3	-197	2L80x6	0,5	12,2	10,9	10,0	5,0	---
3-4	163,9	2L50x5	0,4	12,6	11,4	10,0	5,0	---
4-6	-54,7	2L63x5	0,4	4,2	3,8	4,0	3,0	Констр
4-5	-57,6	2L50x5	0,4	4,4	4,0	5,0	3,0	Констр
1-4	179,2	2L50x5	0,4	13,8	12,5	11,0	6,0	---
4-7'	332,8	2L75x6	0,5	20,54	18,5	16,0	8,0	---
3-5;5-6	-294,2	2L110x8	0,6	15,1	13,7	12,0	6,0	---



7. Расчёт прокладок

Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют прокладками. Расстояние между прокладками должно быть не более 40i для сжатых элементов и 80i для растянутых, где i - радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной прокладке. При этом в сжатых элементах ставится не менее 2 прокладок. Ширина прокладок, из условия размещения швов, 80 мм, длинна b_уг+20 мм, толщина 10 мм (равная толщине фасонки). По возможности число типоразмеров следует принимать минимальным.

Элемет	N, кН	Сечение	Длина, см				Число прокладок	Размеры прокладок, мм
2-3	0,0	2L100x8	280	4,47	178,8		2	120х80
3-5;5-6	-294,2	2L110x8	300	4,87	194,8		2	130х80
1-4	179,2	2L50x5	580	2,45		196	3	70х80
4-7'	332,8	2L75x6	300	3,44		275	2	100х80
1-3	-197	2L80x6	360	3,65	146		3	100х80
3-4	163,9	2L50x5	375	2,45		196	2	70х80
4-5	-57,6	2L50x5	220	2,45	98		3	70х80
4-6	-54,7	2L63x5	375	2,96	118,4		4	90х80



8. Расчёт опорных узлов

Нижний опорный узел.

Опорная реакция фермы:

Болты для прикрепления опорного фланца принимаем конструктивно. Принимаем шесть болтов М20 класса 4.8 нормальной точности. Отверстия под болты в опорном фланце принимаем диаметром 23 мм с учётом обеспечения отсутствия восприятия этими болтами опорного усилия. Болты размещаются согласно схеме.

Высоту опорного фланца принимаем конструктивно равную 480 мм, исходя из крепления опорного раскоса и нижнего пояса к фасонки.

Задаемся шириной опорного фланца 220 мм

Толщину опорного фланца принимаем исходя из условия:

где:

Принимаем сечение опорного фланца мм.

Проверку принятой площади сечения выполняем по формуле:



Проверяем крепление опорного фланца к фасонке:

12,8см

Прочность сварных швов обеспечена

Верхний опорный узел.

Верхний опорный узел выполняется шарнирным на фасонках. Шарнирность узла достигается путём размещения на фасонках отверстий диаметром 25 мм. В силу того, что в узле усилия весьма малы, болты и сварные швы принимаем конструктивно. Принимаем два болта М20 класса 4.8 грубой точности.



9. Конструирование и расчёт монтажного стыка отправочных марок фермы

Стропильная ферма поставляется на строительную площадку в виде двух отправочных марок, соединение которых осуществляется непосредственно перед установкой фермы в проектное положение.

В соответствии с заданием необходимо запроектировать монтажный стык отправочных марок на накладках и высокопрочных болтах.

9.1 Верхний пояс

Горизонтальные полки уголков 1108 перекрываются на стыке двумя горизонтальными накладками. Вертикальные полки уголков с каждой стороны от вертикальной оси монтажного стыка прикрепляются на сварке к полуфасонке. Последние соединяются между собой двумя вертикальными накладками.

Размеры накладок и фасонки подбираем из условия их равнопрочности с перекрываемыми полками уголков:

Назначаем: , тогда Окончательно принимаем размер горизонтальной накладки

.

Одна накладка воспримет силу Сталь С255 (R_y=24,0 [кН/см]) для накладок, болты из стали 40Х Селект (R_bun=110 [кН/см]). [2];

Соединение производится на высокопрочных болтах.

R_bh =0,7R_bun =0,7•110 = 77 МПа,

где R_bun - наименьшее временное сопротивление болта

Расчетное усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле:

Принимаем болты d =20 мм.

где R_bh -расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

м =0,35 - коэффициент трения, принимаемый по табл. 36[2];

г_h =1,17 - коэффициент надежности, принимаемый по табл. 36[2];

А_bn =2,45 см² - площадь сечения болта нетто, определяемая по табл. 62[2];

г_b = коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:

0,8 при п < 5;

0,9 при 5 ? n < 10;

1,0 при п ? 10

Количество п высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле



где k - количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Принимаем 2 высокопрочных болтов диаметром 20 мм в одной накладке.

Вертикальные накладки принимаем толщиной 10 мм, как фасонку.

Принимаем расположение болтов как показано на рисунку 9.1. Находим необходимый диаметр болтов по требуемой площади:

-

Принимаем d болта 24 мм

Рисунок 9.1 - Монтажный стык верхнего пояса

9.2 Нижний пояс

Горизонтальные полки уголков 756.

Размеры накладок подбираем из условия их равнопрочности с перекрываемыми полками уголков:

Назначаем: , тогда

Окончательно принимаем размер горизонтальной накладки

.

Одна накладка воспримет силу

Принимаем болты d =20 мм.

Количество п высокопрочных болтов в соединении:

Принимаем 2 высокопрочных болта диаметром 20 мм в каждой накладке.

Вертикальные накладки принимаем толщиной 10 мм, как фасонку.

Принимаем расположение болтов как показано на рисунке 9.2. Находим необходимый диаметр болтов по требуемой площади:

Принимаем d болта 24 мм



Рисунок 9.2 - Монтажный узел нижнего пояса



10. Схема связей по покрытию







Литература

1. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия, М. 1987.

2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. М. 1990 г., 2001 г.

3. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии, М. 1986.

4. В.В. Бирюлев и др. Проектирование металлических конструкций. Спецкурс, Л. 1990.

5. Металлические конструкции. Под ред. Е.И.Беленя. М. 1985; то же под ред. Г.С. Веденикова, 1998 г.

6. Металлические конструкции. В3 т. т.1. Элементы стальных конструкций: Учебн. для сроит. вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В.Горева.- М.: Высш.шк. 1997-527 с., ил.

7. Колесов А.И., Поликарпов Б.С. Курсовая работа «Металлическая стропильная ферма покрытия производственного здания - рабочее проектирование на стадии КМД». Метод. указ. Н.Новгород, ННГАСУ, 1998. - 42с.

Размещено на Allbest.ru