Рабочий чертеж стальной фермы покрытия здания

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Инженерно-строительный факультет (ИСФ)

Кафедра металлических конструкций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по теме:

"Рабочий чертеж стальной фермы покрытия здания"

Руководитель: Киселев Д.А.

Студент гр. 141: Ловкова И.А.

Нижний Новгород 2012



Задание на курсовую работу

Требуется рассчитать и сконструировать на стадии КМД стальную стропильную ферму покрытия производственного здания при следующих данных:

Пролет здания L=30 м;

Длина здания 60м;

Снеговой район -I;

Климатический район - II2

Шаг ферм 12 м;

Здание отапливаемое;

Кровля утепленная, с прогонами из прокатных профилей, легкая, без фонаря;

Элементы решетки ферм - из парных уголков;

Материал стержней ферм - сталь С255;

Монтажный стык на сварке.



1. Конструктивная схема фермы

К расчету и конструированию принята ферма с параллельными поясами пролетом lф=l-2*200=30000-2*200=29600мм и высотой сечения по центрам тяжести сечений поясов hф=3150-Zob-Zoh=3150-30-20=3100мм, где Zob и Zoh - расстояние от обушков поясных элементов до их центров тяжести. Принятая схема фермы указана на рисунке 1.1.

Очертания стропильных ферм определяются принятым уклоном кровли, конструкцией опорных закреплений фермы, требованиями габаритности отправочных марок. Схемы решеток должны обеспечивать угол между поясами и раскосами, равный 45о при расстоянии между узлами верхнего пояса 3 м, минимум элементов и однотипность узлов сопряжения решетки с поясами фермы.

При уклоне кровли i=1,5%, несущем стальном профилированном настиле по прогонам с шагом 3 м и при передаче нагрузки с фермы на колонны каркаса нижними опорными узлами фермы наиболее рациональными являются фермы с параллельными поясами. Высота сечения таких ферм по обушкам поясных элементов в типовых сериях принята 3150мм при пролетах здания 30 и 36м и 2250мм при пролетах 18 и 24м. Это составляет приблизительно (1/8 - 1/11) пролета фермы. Решетка ферм треугольная с дополнительными стойками.

Высоту ферм в середине пролета hф принимают на основе технико-экономического анализа с учетом условий перевозки. Принимаем ферму с восходящим опорным раскосом. Такое решение позволяет обеспечить как жесткое, так и шарнирное сопряжение с колоннами. Принимаем шарнирное сопряжение, с использованием дополнительной стойки (надколонника).



Рисунок 1.1 Схема стропильной фермы

2. Нагрузки на стропильную ферму

Расчет постоянной и временной нагрузки

Вычисление суммарной расчетной постоянной и временной нагрузок, отнесенных к 1м2 покрытия, выполнено в таблице 2.1. При этом конструкция кровли принята по рисунку 2.1, расчетные нагрузки от элементов кровли и прогонов по Приложению 4[5], а собственный вес ферм и связей принят равным 0,25 кН/м2.

Таблица 2.1

Тип и состав покрытия	Единица измерения	Нормативное значение		Расчётное значение
1.Пост. нагрузка от веса кровли - 2слоя Изопласт К ЭКП 5,0	кН/м2	0,05•2=0,1	1,2	0,12
- утеплитель Knouf t=50мм	кН/м2	0,055	1,2	0,066
- 1слой Изопласт П КПП 3,0	кН/м2	0,03	1,2	0,036
- проф. настил Н75-750-0,8	кН/м2	0,155	1,05	0,163
- решетчатые прогоны пролётом 12 м серии 1.462.3-17/85	кН/м2	0,15	1,05	0,158
2. Собств. вес ферм и связей покрытия без учета веса конструкций фонаря	кН/м2	0,25	1,05	0,26
Пост. нагрузка всего:	кН/м2	0,74	-	0,803
3. Снеговая нагрузка	кН/м2	0,8*0,7=0,56	-	0,8
Всего:	кН/м2	1,3	-	1,603

Полная узловая нагрузка на ферму :

F = 1,603 ·dр·Вф = 1,603·3·12=57,7 кН

Где: dр = 3м - длина панели верхнего пояса фермы;

Вф = 12м - шаг ферм

Подбор прогонов

Расчетная нагрузка на прогон при шаге прогонов b = 3 м: . Исходя из этого, принимаем решетчатые прогоны пролётом 12 м серии 1.462.3-17/85 с допускаемой расчетной нагрузкой 6,2 кН/м и сечениями: верхнего пояса , раскосов .

3. Определение усилий в фермах

Усилия в элементах фермы определяем от полной узловой нагрузки F =57,7 кН, расположенной во всех узлах верхнего пояса фермы. Для определения усилий используем таблицу усилий в элементах фермы от единичной узловой нагрузки F=1 согласно Приложения 4 [5]. Вычисление усилий выполнено в виде таблицы 3.1.

При вычислении расчетных усилий учтен коэффициент надежности по назначению n = 0,95.



Таблица 3.1 Определение усилий в элементах фермы

Элемент	Усилие кН от	n	Расчетное усилие N*n ,кН
	F=1	F=57,7 кН
Верхний пояс	2-3	0	0	0,95	0
	3-5	-7,542	-435,2	0,95	-413,4
	5-6	-7,542	-435,2	0,95	-413,4
	6-8	-11,332	-653,9	0,95	-621,2
	8-9	-11,332	-653,9	0,95	-621,2
Нижний пояс	1-4	+4,064	+234,5	0,95	+222,8
	4-7	+9,871	+569,6	0,95	+541,0
	7-10	+11,806	+681,2	0,95	+647,1
Раскосы	1-3	-6,064	-349,9	0,95	-332,4
	3-4	+4,870	+281,0	0,95	+267,0
	4-6	-3,479	-200,7	0,95	-180,6
	6-7	+1,989	+114,8	0,95	+109,1
	7-9	-0,663	-38,3	0,95	-36,4
Стойки	4-5	-1,0	-57,7	0,95	-57,7
	7-8	-1,0	-57,7	0,95	-57,7
	9-10	0	0	0,95	0

4. Конструирование и расчет элементов ферм

Материал стержней ферм - сталь С255.

Толщина фасонок tф =10 мм при N1-3 = 332,4 кН согласно Приложения 5 [5].

Расчетные сопротивления:

- для элементов фермы Ry =25 кН/см2, как для фасонного проката толщиной t = 410 мм;

- для фасонок Ry = 24 кН/см2 при толщине t = 10мм

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 lef 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 lx 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,

ARyc - 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).

[]=400 - растянутые элементы не подверженные динамической нагрузке.

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;

Ry=25 кН/см2 - расчетное сопротивление, определяемое по таблице 51* СНиП;

гс=0,95 - коэффициент условий работы.

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

Для принятого сечения вычисляем фактические гибкости:

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

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

Проверяем принятое сечение на устойчивость:

- проверка выполнена

Таблица 4.1 Подбор сечений элементов фермы

5. Расчет сварных соединений в ферме

Рассчитываем прикрепления элементов решетки из парных уголков к узловым фасонкам. Сварка полуавтоматическая в нижнем положении; диаметр сварочной проволоки 2мм. Согласно таблице 55* [2]для конструкции группы 1 (по узловым фасонкам) из стали С255 в климатическом районе 2 (т.к здание отапливаемое) принимаем флюс АН-348-А по ГОСТ 9087-81* и сварочную проволоку Св-08А по ГОСТ 2246-70*. Расчетные сопротивления: Rwf = 18 кН/см2 по таблице 56 [2] и Rwz = 0,45·Run =0,45·38= 17,1кН/см2 (Run = 380 МПа = 38 кН/см2 для фасонного проката из стали С255 толщиной до 10 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 kf = 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.

строительный сечение фасонка

Вычисление длин швов для прикрепления элементов решетки выполнено в виде таблицы 5.1

Таблица 5.1 Вычисление длин швов для прикрепления элементов решетки

Элемент	N, кН	Сечение	kf, см	lwf, см	lwz, см	lwоб, см	lwперо, см	Примечание
1-3 3-4 4-6 6-7 7-9 5-4	332,4 267,0 180,6 109,1 36,4 57,7	2L100х8 2L63х5 2L90х6 2L50х5 2L70х6 2L63х5	0,6 0,4 0,6 0,4 0,4 0,4	17,10 20,60 9,29 8,42 2,81 4,45	15,43 18,59 8,38 7,60 2,53 4,02	13,0 16,0 8,0 7,0 5,0 5,0	7,0 8,0 5,0 5,0 5,0 5,0	констр. констр. констр. констр.

Конструирование и расчёт монтажного стыка отправочных марок фермы

А. Расчёт верхнего узла монтажного стыка

Горизонтальные полки уголков 1258 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:

, см2

где, см2 - площадь горизонтальной полки уголка;

Принимаем: bн = 14 см, тогда tн = 14/12,5= 1,12см;

Окончательно принимаем размер горизонтальной накладки bнtн=14012мм, при этом Aн = 14,01,2 = 16,8см2

, см2

где , см2 - площадь вертикальных полок уголков;

Минимальная высота, включаемая в расчет сечения фасонки:

см.

Прочность стыка проверяется в предположении центрального нагружения:

, кН/см2

где N = 621,2кН;

, кН/см2.

Сварные швы А прикрепления горизонтальной полки пояса к накладке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому накладкой, величина которого Nн = AнRy = 16,824 =403,2 кН.

Принимаем: kf=5мм; f=0,7; z=1,0; электроды Э46 с Rwf=200МПа; Rwz=171МПа; wf=1, wz=1 ; c=1,0.

Условие:

;

188,1<200<244,3МПа выполняется, поэтому расчёт производим только по металлу шва по формуле:

см;

lwf = lwf' + 1 см = 28,8+1 =29,8см. Принимаем lwf=300мм.

Швы Б прикрепления вертикальных полок пояса к фасонке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому расчётным сечением фасонки:

Nф= Aф?Ry = hф?tф?Ry = 20?1,0?24 = 480 кН.

см;

Принимаем lwf = 180мм.

Высота вертикальных накладок должна быть не менее высоты рабочей части фасонки (hф), а площадь сечения накладок не должна быть менее площади рабочей части фасонки (Aф). Из сказанного, с учётом конструктивных требований, назначаем размеры вертикальных накладок:

tн' hн = 1,0290 мм.

При этом: hн = 290 мм > hф = 200 мм; 2 Ан' = 2?1?29 = 58см2 > Аф =20 см2.

Из условия равнопрочности швов «В» и фасонки (в расчёте на 1 см длины шва), требуемый катет шва:

Максимальный катет шва: kf,max = 1,2tmin= 1,210 = 12 мм.

Принимаем катет шва «В» равным kf = 9 мм.

Б. Расчёт нижнего узла монтажного стыка.

Горизонтальные полки уголков 1008 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:

, см2

где, см2 - площадь горизонтальной полки уголка;

Принимаем: bн = 11,5 см, тогда tн = 8/11,5= 0,7 см.

Окончательно принимаем размер горизонтальной накладки bнtн=11,57мм, при этом Aн = 11,50,7= 8,05 см2

, см2

где см2 - площадь вертикальных полок уголков;

Минимальная высота, включаемая в расчет сечения фасонки:

см.

Прочность стыка проверяется в предположении центрального нагружения:

, кН/см2

где N = 647,1 кН;

, кН/см2.

Сварные швы А прикрепления горизонтальной полки пояса к накладке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому накладкой, величина которого Nн = AнRy = 824 =192 кН.

Принимаем: kf=5мм; f=0,7; z=1,0; электроды Э46 с Rwf=200МПа; Rwz=171МПа; wf=1, wz=1 ; c=1,0.

Условие:

;

188,1<200<244,3МПа выполняется, поэтому расчёт производим только по металлу шва по формуле:

см;

lwf = lwf' + 1 см = 27,4+1 =28,4 см.

Принимаем lwf = 300мм,

Швы Б прикрепления вертикальных полок пояса к фасонке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому расчётным сечением фасонки:

Nф= Aф?Ry = hф?tф?Ry = 16?1,0?24 = 384 кН.

см;

Принимаем lwf = 13,7+1=14,7 см?15 см.

Высота вертикальных накладок должна быть не менее высоты рабочей части фасонки (hф), а площадь сечения накладок не должна быть менее площади рабочей части фасонки (Aф). Из сказанного, с учётом конструктивных требований, назначаем размеры вертикальных накладок:

tн' hн = 1,0290 мм.

При этом: hн = 290 мм > hф = 16 мм; 2 Ан' = 2?1?29 = 58см2 > Аф =16 см2.

Из условия равнопрочности швов «В» и фасонки (в расчёте на 1 см длины шва), требуемый катет шва:

Максимальный катет шва: kf,max = 1,2tmin= 1,210 = 12 мм.

Принимаем катет шва «В» равным kf = 9 мм.

6. Расчёт и конструирование опорного узла фермы

Требуемая площадь торцевой поверхности опорного фланца из условия смятия:

,

где: Rp - расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности. При нормативном значении временного сопротивления материала фланца Run= 370 МПа (сталь С255 при толщине свыше 10 до 20 мм) согласно п. 3[2]

где m= 1,1 - коэффициент надёжности по материалу;

Fr - опорная реакция фермы: Fr = 288,5 кН.

Конструктивно принимаем сечение опорного фланца 20016 мм (А=201,6=32 см2 > Атр=8,6 см2). Длину фланца из условия размещения сварных швов крепления опорного раскоса к нижнему поясу фермы и подобранных сечений элементов предварительно назначаем 420 мм.

Проверяем прочность сварных швов, прикрепляющих фланец к фасонке. Принимаем катет шва kf=6 мм. С учётом принятой длины фланца расчётная длина сварного шва составит: lwf= 420 - 20 - 10= 390 мм.



Литература

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР .- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.-36с.

2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/ Госстрой ССССР.- М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1990-96с.

3. Металлические конструкции. Общий курс.: Учебник для вузов. Под ред. Е.И.Беленя. М.: Стройиздат, 1985.-560с.,ил.

4. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций. Изд.1991г.

5. Колесов А.И., Б.С. Поликарпов Методические указания и пример выполнения для студентов специальности 290300- “ПГС”- “Металлическая стропильная ферма покрытия производственного здания”,Нижний Новгород 1998- 42с.

Размещено на Allbest.ru