Проектирование металлической фермы

1. Исходные данные Необходимо рассчитать и законструировать стропильную ферму покрытия пролтом 27 м. Шаг ферм 8 м, сечение элементов решетки фермы выполнены из парных уголков, пояса из тавров. Покрытие тплое.Климатический район по снеговому покрову IV. Материал фермы сталь марки 14Г2 ГОСТ 19282 73, соответствует марке С345 по ГОСТ 27772-88, соединения стержней в узлах фермы сварные, коэффициент наджности по назначению зданий . Высота фермы по наружным граням поясов 3150 мм. Рис. 1. Схема стропильной фермы 2. Сбор нагрузок на ферму На ферму действуют два вида нагрузок 1 постоянная от собственного веса конструкций покрытия 2 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.Таблица 1. Определение нагрузок, действующих на ферму Вид нагрузки и ее составляющиеНорма-тивная нагрузка Коэф-т надеж-ности по нагруз-кеРасчет-ная нагрузка 1234Постоянная - защитный слой гравия, на битумной мастике, t20 мм, 20 кНм3 - гидроизоляционный ковер из 4-х слоев рубероида - утеплитель из минераловатных плит t100 мм, 2,5 кНм3 - пароизоляция из одного слоя рубероида - цементная стяжка t20мм - сборные железобетонные ребристые плиты 8 x 2,7 м - собственная масса фермы - связи покрытия 0,4 0,2 0,25 0,05 0,4 1,6 0,3 0,04 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,1 1,05 1,05 0,52 0,26 0,325 0,065 0,52 1,76 0,315 0,042Итого Временная - снег по всему покрытию 1, Всего 4,74-5,91 Значения погонных равномерно распределенных расчетных нагрузок от собственного веса конструкций и снега в кНм определяются по формулам QКР qКР В 3,81 8 30,48 кНм РСНЕГА РСН В 2,1 8 16,8 кНм где В шаг ферм В 8 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 30,48 16,8 2,7 127,66 кН где d длина панели верхнего пояса d 2,7 м Общая нагрузка на опорные стойки от собственного веса конструкций и снега определяется по формуле F2 0,5 F1 0,5 127,66 63,83 кН Тогда, опорная реакция равна 0,5 2 F29 F1 5 F1 0,5 263,83 9127,66 638,3 кН Рис. 2. Схема загружения фермы. 3. 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. Связи, обеспечивающие устойчивость стропильных ферм. 4. 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 0,015 можно пренебречь. cos sin Рис.5. Расчетная схема фермы mom1 3150 0 N1-4 0 kH kH Усилие в стержне 9-11 отсутствует.

Рис. 6. Размеры элементов фермы и усилия в них Таблица 2 Верхний пояс1 4004 6-875,34-6 8-875,34-8 10-1313,07-10 - 11-1313,07- Нижний пояс2 5-492,385 7-1148,947 9-1367,79 Стойки5 - 6-127,66-7 - 10-127,66-9 110- Раскосы2 - 3-756,64-3 - 4-756,64-4 - 5-588,455 - 8-420,32-7 - 8-252,197 - 11-84,06-1 - 5. Подбор сечений стержней фермы Подбор сечения стержней верхнего пояса. Верхний пояс принимаем с изменением сечения.

Подбираем сечение для стержней 1 4, 4-6 , для наибольшей нагрузки N4-6 -875.34 kH Задаемся гибкостью 90, расчетное сопротивление стали по пределу текучести Ry315 МПа по табл. 51 1, коэффициент продольного изгиба 0, 527 по табл. 1. Требуемая площадь сечения Принимаем профиль 17,5ШТ1, А 47 см2, ix 4,5 см, iy 5,96 см. Гибкость стержня x x 132 х min 0,783 y y 136,2 y 0,849 Предельные гибкости . Проверка устойчивости стержня . Недонапряжение составляет 20, но при меньшем профиле возникает перенапряжение.

Если принять тавр 25БТ1 и тавр 30БТ1 для стержней 8 10 и 10 11, получим перерасход металла. Окончательно принимаем профиль 17,5ШТ1 Подбираем сечение для стержней 8 - 10, 10 11, для нагрузки N -1313,07 kH Задаемся гибкостью 90, Ry315 МПа, по табл. 72 1 0, 527. Требуемая площадь сечения Принимаем профиль 20ШТ1, А 62 см2, ix 5,13 см, iy 7,19 см. Гибкость стержня x x 127,8 х min 0,816 y y 133,2 y 0,909 Предельные гибкости . Проверка устойчивости стержня . Недонапряжение составляет 13, но при меньшем профиле возникает перенапряжение.

Окончательно принимаем профиль 20ШТ1 Проверка местной устойчивости стенки сжатого пояса Проверяем местную устойчивость стенок сжатого пояса для стержней 1 4, 4-6 и 6 - 8, по формуле 911 где hw,ef h t R 16,93 1,28 2,0 13,65 Местная устойчивость стенок тавра обеспечена.

Проверяем местную устойчивость стенок сжатого пояса для стержней 8 - 10 и 10 - 11. где hw,ef h t R 194,3 - 14,2 - 22 158,1мм 15,81 см Местная устойчивость стенок тавра обеспечена. Подбор сечения стержней нижнего пояса.Нижний пояс принимаем с изменением сечения по длине.

Подбираем профиль для стержня 2 - 5 и рассчитываем его на усилие N 492,38 кН. Требуемая площадь сечения Принимаем тавр 13БТ1 , А 17,65 см2, ix 3,78 см, iy 2,64 см. Гибкость стержня x 400 y 400. Проверка прочности стержня 5-7 . Условие соблюдается.Подбираем профиль для стержня 5 7, 7 - 9 и рассчитываем его на усилие N 1367,79 кН. Требуемая площадь сечения Принимаем тавр 25БТ1 , А 45,9 см2, ix 7,57 см, iy 4,22 см. Гибкость стержня x 400 y 400. Проверка прочности стержня 5-7 . Условие соблюдается.

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 5 - 6, 7 10 не опорный раскос сжатый с внутренним усилием N - 127,66 кН Задаемся гибкостью 100, по табл. 72 1 0,433. Требуемая площадь сечения Принимаем -L 70x6, А 16,3 см2, ix 2,15 см, iy 3,25 см. Гибкость стержня x x 156 x min 0,324 y y 171,6 y 0,456 Предельные гибкости . Проверка устойчивости стержня . Условие соблюдается.

Сечение для стойки 9 11 принимаем конструктивно, для уменьшения количества типа профилей принимаем -L 70x6 Стержень 5 - 8. Задаемся гибкостью 100, по табл. 72 1 0,433. Требуемая площадь сечения Принимаем 2L 125 x 80x8, А 32 см2, ix 4 см, iy 5,98 см. Гибкость стержня x x 157,8 x min 0,564 y y 166,8 y 0,678 Предельные гибкости . Проверка устойчивости стержня . Условие соблюдается.Стержень 7 11. Задаемся гибкостью 100, по табл. 72 1 0,433. Требуемая площадь сечения Принимаем 2L 90x 56x6, А 23,74 см2, ix 2,88 см, iy 4,42 см. Гибкость стержня x x 180 x min 0,336 y y 180 y 0,477 Предельные гибкости . Проверка устойчивости стержня . Условие соблюдается.

Стержень 2 - 4 Задаемся гибкостью 100, по табл. 72 1 0,433. Требуемая площадь сечения Принимаем 2L125x80x10, А 39,4 см2, ix 3,98 см, iy 5,98 см. Гибкость стержня x x 135 x 0,817 y y 126 y min 0,675 Предельные гибкости . Проверка устойчивости стержня . Условие соблюдается.

Подбираем профиль для стержня 4 - 5 и рассчитываем его на усилие N 588,45 кН. Требуемая площадь сечения Принимаем тавр 2L 75Ч50Ч8 , А 18,94 см2, ix 2,35 см, iy 3,75 см. Гибкость стержня x 400 y 400. Проверка прочности стержня 4 - 5 . Условие соблюдается.Подбираем профиль для стержня 7 - 8 и рассчитываем его на усилие N 252,19 кН. Требуемая площадь сечения Принимаем тавр 2L 63Ч40Ч6 , А 11,8 см2, ix 1,99 см, iy 3,21 см. Гибкость стержня x 400 y 400. Проверка прочности стержня 7 - 8 . Условие соблюдается.

Что бы уменьшить количество типов профилей для не напряженного раскоса 1 - 3 конструктивно принимаем сечение 2L 63Ч40Ч5. Опорную стойку принимаем конструктивно из сварного симметричного двутавра.Конструктивные особенности, катеты швов указаны в графической части проекта и главе Конструирование монтажных узлов данной пояснительной записки. Результаты расчета стержней фермы приведены в табл.3 6. Расчет сварных швов. Для присоединения стержней применяем полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа сварочной проволокой СВ-10НМА d 2 мм по ГОСТ 2246-70. Коэффициенты и расчетные сопротивления, принимаемые при расчете по металлу шва f 0,9 wf 1 R wf 240 МПа f wfR wf 0,91240 216 МПа, где G - расчетное сопротивление угловых швов срезу условному по металлу шва, принимается по табл. 561 G - коэффициенты для расчета углового шва по металлу шва, принимается по табл. 341 При расчете по металлу границы сплавления z 1,05 wz 1 R wz 0,45R un 0,45490 220,5 МПа, z wzR wz 1,051220,5 231,5 МПа где G 490 МПа - временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению по государственным стандартам и техническим условиям на сталь - коэффициенты для расчета углового шва по металлу границы сплавления табл 561 - расчетное сопротивление угловых швов срезу условному по металлу границы сплавления f wfR wf 216 МПа z wzR wz 231,5 МПа, Расчет ведем по металлу шва G0 G0 Несущая способность сварных швов определяется прочностью металла сварного шва и вычисляется по формуле , где Nобп 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 1 kf, max максимальный катет шва, равный для шва по обушку 1,2 tуг для шва по перу kf, max tуг 1мм, при tуг 6мм kf, max tуг 2мм, при tуг 7 16мм здесь tуг толщина прикрепляемого уголка.

Стержень 2 - 4 Шов по обушку см. Принимаем lw 15 см. Шов по перу см. Принимаем lw 10 см. Стержень 4 - 5 Шов по обушку см. Принимаем lw 12 см. Шов по перу см. Принимаем lw 8 см. Стержень 5 - 8 Шов по обушку см. Принимаем lw 9 см. Шов по перу см. Принимаем lw 6 см. Стержень 7 - 8 Шов по обушку см. Принимаем lw 8 см. Шов по перу см. Принимаем lw 6 см. Стержень 7 - 11 Шов по обушку см. Принимаем lw 6 см. Шов по перу см. Принимаем lw 6 см. Стержень 5 6 7 - 10 Шов по обушку см. Принимаем lw 6 см. Шов по перу см. Принимаем lw 6 см. Результаты расчета размеров сварных швов сводим в табл. 4. Таблица 4 Таблица расчета швов Номер стер-жня СечениеN, кНШов по обушкуШов по перуNоб, кНkf, ммlw, смNп кНkf, ммlw, см2 42125x80x10756,64529,649152276104 5275x50x8588,45411,9912176,55685 82125x80x8420,32294,2299126,1667 8275x50x6252,19176,536875,66567 11290x56x684,0358,836625,2565 6 7 - 10 70x6127,6689,366638,356 Сварку не напряженных стержней 1 3 и 9 11, выполняем конструктивно соответственно с катетами швов по обушку 9 мм и 6 мм длиной 7 см, катетами швов по перу 6мм и 5мм длиной 7см. 7. Конструкция монтажных узлов фермы. 1 Опорный узел Принимаем толщину фасонки 12 мм. Опорный лист принимаем толщиной 10 мм, ширина 160, длина 180. Ширина фасонки 100мм, длина 260мм Катет швов прикрепляющих фланец к стойке принимаем 7мм, сварной шов по всей длине фланца 2 Укрупнительный стык нижний Накладку принимаем толщиной 16 мм. шириной 150 и длиной 600. Накладка на пояс полка тавра принимается толщиной 16мм, шириной 100мм, длиной 1000мм. Сварной шов по всей длине накладки , катет шва 7мм. 2 Укрупнительный стык верхний Накладка 1 Накладку принимаем толщиной 16мм, шириной 130мм , длиной 1000мм. Накладки 2 Принимаем толщину 16мм, ширина 200мм, длина 300 мм Катеты швов 7мм Содержание 1. Исходные данные 4 2. Сбор нагрузок на ферму 4 3. Разработка схемы связей 6 4. Определение усилий в стержнях фермы 7 5. Подбор сечений стержней фермы 11 6. Расчет сварных швов 21 7. Конструкция монтажных узлов.24 8. Список использованной литературы 27 8. Список использованной литературы 1. СНиП II-23-81. Стальные конструкции.

Нормы проектирования. -М. Стройиздат, 2001 96 с. 2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.

Нормы проектирования М. Стройиздат, 1986 35 с. 3. Металлические конструкции под общей редакцией Е. И. Беленя . Издание 6-е, переработанное и дополненное. - М. Стройиздат, 1985 560 с. 5. Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций М. Стройиздат, 1991 429 с. Министерство образования РФ Тульский государственный университет.

Кафедра ССМиК Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Металлические конструкции на тему Стропильная ферма промздания Выполнил студент гр.321291 Чепелюк И.Л. Проверил доцент Иванов А.А. Тула, 2002.