ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ
Кафедра гтс, к и г покрытие производственного здания по металлическим фермам
Курсовой проект
Специальность «Гидротехническое строительство»
Выполнила: студентка Вушкина О.Е.
Проверил: д.т.н Бутин В.П.
Санкт - Петербург
2012
Содержание
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ……………3
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФЕРМ
Общие положения ……………………………………….4
Нагрузки на ферму……………………………………….4
Определение расчетных усилий………………………...6
ПОДБОР СЕЧЕНИЙ СТЕРЖНЕЙ ФЕРМЫ
Типы сечений и расчетные длины элементов фермы.....9
Подбор сечений растянутых стержней ………………....10
Подбор сечений сжатых стержней …………..………….12
РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Расчет угловых сварных швов …………………………..13
Конструктивные требования……………………………..14
Расчет присоединенных элементов в узле ……………...14
Расчет поясных узловых швов …………………………..15
Конструирование и расчет монтажных узлов
Узел с уголковыми накладками ………………………....18
Конструирование и расчет опорного узла ……………...19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………...21
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Проектируется покрытие производственного здания по стальным трапецеидальным фермам пролетом 24 метра с беспрогонной холодной кровлей по крупнопанельным железобетонным плитам с рулонным покрытием. Угол наклона кровли 8%. Район строительства - IV. Фермы устанавливаются на стены здания.
а. Длина здания в осях – 60 м;
б. Пролет фермы – L =24 м;
в. Шаг фермы – В=6 м;
г. Высота опорной стойки фермы – h0 =1,6 м;
д. Уклон верхнего пояса фермы – i=8 %;
е. Тип кровли - холодная;
ж. Район снеговой нагрузки - IV.
По длине здания фермы ставятся на стены с шагом 6 метров. Крайние фермы смещены от оси стены на 500 мм вовнутрь здания.
Поперечные связевые фермы в плоскостях верхнего и нижнего поясов устанавливаются у концевых ферм здания, а так же у ферм в районе температурного блока, предусмотренного в конструкции здания при значительной его длине, и повторяются через 4 шага ферм.
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФЕРМ
Общие положения.
Целью статического расчета является определение наибольших расчетных усилий во всех стержнях фермы.
На ферму действуют два вида нагрузок: постоянная и кратковременная (снеговая).
В практике проектирования стропильных ферм применяются три сочетания нагрузок:
- постоянная + снег на левом полупролете;
- постоянная + снег на правом полупролете;
- постоянная + снег на всем пролете фермы.
Такие схемы загружения позволяют применить графический способ расчета путем построения диаграммы Максвелла-Кремоны и определить расчетные усилия во всех стержнях фермы.
Нагрузки на ферму.
Нагрузки на ферму в настоящем проекте складываются из следующих составляющих:
- постоянные (вес кровли, собственный вес фермы со связями);
- кратковременная (снеговая).
Вес кровли определяется в соответствии с ее конструкцией. При больших уклонах кровли (более 1/5) ее вес приводится к горизонтальной проекции покрытия.
Собственный вес фермы со связями (в Н/м2) может (приближенно) приниматься удесятеренному значению пролета фермы (в м) и равнораспределенным по всему пролету.
Вес снеговой нагрузки (ρ0) на 1м2 горизонтальной поверхности покрытия принимается по таблице 2 в зависимости от района строительства (IV).
Нормативная снеговая нагрузка составляет:
ρН = ρ0 · с = 1500·1 = 1500 Н/м2
где с – коэффициент, зависящий от угла (α) наклона ската кровли к горизонту.
При α = 5° ≤ 250, следовательно с = 1 (при α > 600 с = 0)
При промежуточных значениях уклона кровли коэффициент с определяется линейной интерполяцией.
В рамках курсового проекта рассматривается равномерное распределение снеговой нагрузки по покрытию.
Для определения расчетной нагрузки нормативная нагрузка умножается на коэффициент надежности по нагрузке - γρ (принимаемый по СНиП II-6-74 Нормы проектирования нагрузки и воздействия) и коэффициент надежности по назначению – γn, принятый в курсовом проекте равным 0,95 в соответствии с классом ответственности сооружения.
Коэффициент надежности по сочетанию нагрузок γс = 1, т.к. в проекте рассматривается только одна кратковременная нагрузка (снеговая).
В таблице 1 приведен расчет нагрузок.
Таблица 1.
Нагрузки на ферму
Наименование нагрузок |
Нормативная нагрузка (Н/м2) |
Коэффициенты |
Расчетная нагрузка (Н/м2) | |
γf |
γn | |||
Постоянная |
| |||
1. Гидроизоляция (3 слоя рубероида) |
100 |
1,3 |
0,95 |
124 |
2. Асфальтовая стяжка (t = 2 см; ρ = 18 кН/м3) |
360 |
1,3 |
0,95 |
446 |
5. Крупнокапельные железобетонные плиты (ПНКЛ 3х6) |
1400 |
1,1 |
0,95 |
1460 |
6. Собственный вес фермы (L = 24м) |
240 |
1,05 |
0,95 |
239 |
Итого g' = 2269 | ||||
Временная |
| |||
1. Снег, IV район (ρо = 1500 Н/м2) |
1500 |
1,4 |
0,95 |
2000 |
Итого ' = 2000 |
Значение коэффициента γf для снеговой нагрузки принимается в зависимости от величины отношения нагрузки от веса кровли к нагрузке от веса снегового покрова.
Узловые расчетные нагрузки:
Постоянная Fg = g' B·d=2269·6·3=40,85 кН
Временная Fρ = ρ' B·d=2000·6·3=36,00 кН
где В = 6м – расстояние между фермами;
d = 3м – горизонтальная проекция панели верхнего (грузового) пояса фермы.
Определение расчетных усилий
При определении усилий в стержнях фермы используются, обычно, один из трех методов расчета:
- построение линий влияния;
- метод вырезания узлов (графоаналитический);
- построение диаграммы Максвелла-Кремоны (графический).
При выполнении настоящего расчета использован метод построения диаграммы Максвелла-Кремоны. При симметричной ферме и симметричной на ферму нагрузке достаточно построение только одной диаграммы от односторонней единичной нагрузки.
После построения многоугольника сил для рассматриваемого узла определяются знаки усилий в каждом стержне.
Стержни с нулевыми усилиями - 3-8, 16-17, 7-19 (усилия этих стержней на диаграмме превращаются в точк).
Последний силовой многоугольник узла должен быть замкнут (усилие в опорном раскосе 18-19 должно замкнуться в точке 19).
Измеренные по диаграмме усилия с соответствующими знаками в стержнях фермы, указывающими на сжатие или растяжение, записываются в табл. 2.
В графе 1 - группы стержней, в графе 2 – наименование отдельных стержней фермы с нумерацией от опор (О – верхний пояс, U – нижний пояс, D– раскосы, V – стойки). В графах 3 и 4 приведены измеренные по диаграмме усилия от единичной нагрузки в стержнях каждой полуфермы. В графе 5 записываются усилия в стержнях фермы при загружении единичной нагрузкой всех ее узлов, полученные сложением усилий в одноименных стержнях левой и правой полуферм (графы 3 и 4)
В графе 6 приведены расчетные усилия в стержнях от постоянной нагрузки, получаемые умножением величины узловой расчетной нагрузки (Fg) на величину усилий от единичного загружения (графа 5).
В графах 7 и 8 записываются расчетные усилия от снеговой нагрузки в стержнях, в которых при единичном загружении усилия меняют знак (в графе 7 – умножением значений графы 3 на величину узловой снеговой расчетной нагрузки (Fρ), в графе 8 – умножением Fρ на величину значений графы 4). В графе 9 записываются расчетные усилия от снеговой нагрузки, полученные умножением Fρ на значения графы 5 – усилий одного знака от единичных загружений левой и правой полуферм. В графах 10 и 11 приведены суммарные расчетные усилия от постоянной и временной нагрузок. При этом для стержней со знакопеременным усилием от снеговой нагрузки усилие от постоянной нагрузки складывается с усилием от снеговой нагрузки левой полуфермы, а затем усилие от постоянной нагрузки – с усилием правой полуфермы.
В нижней строчке записываются вычисленные значения опорных реакций.
Таблица 2
Определение расчетных усилий
Группа стержней |
Наименование стержней |
Усилие от единичного загружения |
Усилие от пост. нагрузки Fg=40,85кН |
Усилие от снеговой нагрузки Fp=36,00 кН при загружении: |
Расчетное усилие N, кН | |||||
левой половины |
правой половины |
всей фермы |
левой половины |
правой половины |
всей фермы |
Растяж. + |
Сжатие - | |||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
Верхний пояс |
О1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
О2 |
-5,79 |
-2,89 |
-8,68 |
-354,58 |
|
|
-312,48 |
- |
667,06 | |
О3 |
-5,79 |
-2,89 |
-8,68 |
-354,58 |
|
|
-312,48 |
- |
667,06 | |
О4 |
-4,70 |
-4,70 |
-9,40 |
-383,99 |
|
|
-338,40 |
- |
722,39 | |
Нижний пояс |
U1 |
+4,08 |
+1,63 |
+5,71 |
+233,26 |
|
|
+205,56 |
438,82 |
- |
U2 |
+5,82 |
+3,88 |
+9,70 |
+396,25 |
|
|
+349,20 |
745,45 |
- | |
Раскосы |
D1 |
-4,78 |
-1,91 |
-6,69 |
-273,29 |
|
|
-240,84 |
- |
514,13 |
D2 |
+1,99 |
+1,47 |
+3,46 |
+141,34 |
|
|
+124,56 |
265,90 |
- | |
D3 |
-0,06 |
-1,26 |
-1,32 |
-53,92 |
|
|
-47,52 |
- |
101,44 | |
D4 |
-1,43 |
+1,02 |
-0,41 |
-16,75 |
-51,48 |
+36,72 |
-14,76 |
10,63 |
77,57 | |
Стойки |
V1 |
-0,50 |
0 |
-0,50 |
-20,43 |
|
|
-18,00 |
- |
38,43 |
V2 |
-1,00 |
0 |
-1,00 |
-40,85 |
|
|
-36,00 |
- |
76,85 | |
V3 |
+0,25 |
+0,25 |
+0,50 |
+20,43 |
|
|
+18,00 |
38,43 |
- | |
Опорная реакция |
A,В |
3 |
1 |
4 |
164 |
- |
- |
144 |
308 |
- |
ПОДБОР СЕЧЕНИЙ СТЕРЖНЕЙ ФЕРМЫ
Типы сечений и расчетные длины элементов фермы.
Расчетные длины элементов фермы принимаются по таблице 3.
Таблица 3.
Расчетные длины элементов фермы
Элементы фермы |
Расчетные длины | |
в плоскости фермы (ℓх) |
из плоскости фермы (ℓу) | |
Пояса |
ℓ |
ℓ1 |
Опорные раскосы, опорные стойки |
ℓ |
ℓ |
Прочие элементы решетки |
0,8 ℓ |
ℓ |
ℓ - геометрическая длина элемента фермы (расстояние между центрами узлов);
ℓ1 – расстояние между узлами, закрепленными от смещения элементов из плоскости фермы, например, прогонами, специальными связями, плитами покрытий и т.п.
Для элементов нижнего пояса расчетная длина определяется схемой связей по нижним поясам фермы. Для верхнего пояса расчетная длина определяется схемой связей по верхним поясам, а также конструкцией кровли и принимается не менее двух геометрических длин (2ℓ) с учетом работы фермы при ее перевозке Толщина узловых фасонок назначается по усилию в опорном раскосе (514,13кН).
Таблица 4
Толщина узловых фасонок
Усилие в опорном раскосе (кН) |
До 150 |
160--250 |
260--400 |
410--600 |
610- -1000 |
1010--1400 |
1410—1800 |
Толщина фасонки (мм) |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
Подбор сечений растянутых стержней.
Требуемая площадь растянутого элемента фермы определяется по формуле:
Атр ≥
где N – расчетное усилие;
R – расчетное сопротивление материала растяжению, сжатию, изгибу;
γ – коэффициент условий работы (для растянутых стержней γ = 1).
По сортаменту (Приложение 3 и 4) и требуемой площади (Атр) подбирают необходимое сечение растянутого элемента с площадью А ≥ Атр. Определяют радиусы инерции iх и iу.
Проверка принятого сечения выполняется по формулам:
где [λ] – предельное значение гибкости стержня. Для растянутых стержней [λ]=400.
При неудовлетворении требованиям проверки принимается по сортаменту очередная (большая) площадь и вычисления повторяются.
Подбор сечений выполняется в табличной форме. В таблице 5 приведен пример подбора сечений фермы из парных уголков.