Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Исходные данные

2. Компоновка каркаса здания

3. Сбор нагрузок

3.1 Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия

3.2 Определение снеговой поверхностной нагрузки

3.3 Определение ветровой нагрузки

4. Статический расчет рамы

4.1 Определение усилий в колоннах от собственного веса

4.2 Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки

4.3 Определение усилий в колоннах от ветра

5. Расчет колонны

5.1 Расчет оголовника колонны

5.2 Расчет конструирования базы колонны

6. Расчет сварных швов

7. Проектирование стропильной фермы

7.1 Определение узловых нагрузок, действующих на ферму

7.2 Определение усилий в стержнях фермы

7.3 Подбор сечений стержней стропильной фермы

7.4 Верхний пояс

7.5 Раскосы

7.6 Нижний пояс

7.7 Стойки

8. Расчет сварных швов прикрепляющих решетку фермы к фасонке

8.1 Расчет и конструирование узлов стропильных ферм

Список используемой литературы



1. Исходные данные

Пролет рам l=24 м;

Вылет консолей с= 3м;

Длина здания - 102 м.

Шаг колонн (шаг рам) b=6м;

Отметка верха габарита помещения Hg=10 м.

Район строительства: Челябинск

III - по весу снегового покрова,

II - по средней скорости ветра;

Тип местности: В;

Тип кровли: теплая, тяжелая;

Расположение продольных стен здания - по колоннам;

Соединения конструктивных элементов:

заводские сварные,

монтажные болтовые;

Бетон фундаментов: В10;

Дополнительные требования технические:

Коэффициент ответственности здания по назначению

Ограждающая конструкция из железобетонной плиты



2. Компоновка каркаса здания

Рис.2.1 - Схема расположения рам

1. Размеры по вертикали

Привязываются к отметке 0,000

- Полезная высота помещения:

- отметка верха габарита помещения (по заданию)

Окончательно принимаем

Рис.2.2 - Поперечный разрез

- Длина колонны:

где - глубина заложения базы колонны, принимается равной 400…600 мм

- Высота фермы () рекомендуется принимать равной стандартной высоте фермы, т.е. 3150мм.

- Панель d=3000мм

2. Размеры по горизонтали

- Ширина колонны рассчитывается по формуле:

но не менее 500 мм.

3. Сбор нагрузок

Нагрузки подразделяются на:

· вертикальные (собственный вес, снеговая нагрузка),

· горизонтальные (ветровая нагрузка).

-Принимаем раму.

Расчетная схема рамы принимается для упрощения производства статического расчета рамы на нагрузки, на нее действующие.

Расчетная схема рамы устанавливается на основе конструктивной схемы. Выполняется в виде отдельных стержней.

На конструкции каркаса здания воздействуют нагрузки от собственного веса кровли и самих конструкций, снеговая и ветровая нагрузки. В соответствии со СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» нагрузка от собственного веса относится к постоянным нагрузкам, а от снега и ветра - к кратковременным. Коэффициент надежности по назначению здания принимается равным 1.

Рис. 3.1 - Расчетная схема с приложенной постоянной нагрузкой

3.1 Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия

Для определения собственного веса кровли и конструкций покрытия сначала найдем нагрузку на 1 м² кровли, а затем определим линейную погонную нагрузку на раму. Определение нагрузок произведем в табличной форме (табл. 1). Толщина утеплителя принимается в зависимости от района строительства: в данной работе принимаем толщину утеплителя 300 мм.

Сбор постоянной нагрузки, приложенной к ригелю рамы

Таблица 1

№	Описание конструкции	Нормативная нагрузка, кН/м2		Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Гидроиз. ковер из наплавл. листового материала с битумной подготовкой	0,366	1,3	0,476
2	Выравнивающий слой (цементно-песчаная стяжка)	0,36	1,3	0,47
3	теплоизоляционные плиты а=300 мм, с=0,6кН/см3	0,18	1,3	0,234
4	Пароизоляция (1 слой рубероида по мастике)	0,05	1,3	0,065
5	Железобетонные плиты 3х6 м, вес 2,06 кН/м2	2,06	1,1	2,266
6	Стропильная ферма	0,3	1,05	0,315
7	Элементы связей	0,05	1,05	0,052
Итого:	3,88

Погонная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия определяется по формуле:

Где - шаг стропильных ферм; =6м;

- суммарная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия на 1 м² кровли (табл.); .

- Собственный вес колонны

где - собственный вес колонны;

- погонная нагрузка на метр, равная 1,0;

- коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1;

- коэффициент по назначению, равный 1,0;

- длина колонны.

Собственный вес ограждающих конструкций, передающихся на колонну:

где - высота фермы, равная 3150 мм;

2 - высота двух панелей;

- поверхностная нагрузка при шаге колонн, равном 6 м;

- шаг колонн и шаг поперечных рам.

3.2 Определение снеговой поверхностной нагрузки

Нормативная снеговая нагрузка на 1м² покрытия зависит от района строительства и профиля кровли. Для принятой в проекте плоской кровли она равна весу снегового покрова , указанному в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», который относится ко II снеговому району. Для данного снегового района расчетное значение снегового покрова составляет .

Расчетная линейная снеговая нагрузка:

где - шаг стропильных ферм; ;

- коэффициент перехода от снеговой нагрузки на уровне земли к снеговой нагрузке на уровне покрытия, равный 1,0;

- нормативная снеговая нагрузка на 1м² покрытия;

Сосредоточенная снеговая нагрузка:

Рис.3.2 - Расчетная схема с приложенной снеговой нагрузкой

3.3 Определение ветровой нагрузки

Для расчета рамы определим ветровую нагрузку на 1м² стены здания как с наветренной (активное давление), так и с заветренной стороны (пассивное давление) (рис. 3.3).

Рис. 3.3 - Расчетная схема с приложенной ветровой нагрузкой

Эквивалентное давление ветра для стоек рамы определяется:

где - коэффициент надежности

- нормативное значение ветровой нагрузки для ветрового района III, на отметке 10 м от земли

- коэффициент надежности ветровой нагрузки ;

- аэродинамический коэффициент на ветреной стороне здания ;

- аэродинамический коэффициент подветренной стороны здания ;

- шаг рамы (=6м);

- коэффициент, учитывающий тип местности для заданного ветрового района (тип местности В, );

- поправочный коэффициент, учитывающий увеличение интенсивности ветровой нагрузки от высоты (при ).

зависит от высоты от уровня земли: на высоте 10 м К₁₀=1,0, а на высоте 20 м К₂₀=1,25.

Найдем коэффициенты Z_e и K_(ze:

Z_e=H₀+h_ф+0,6=15,15м

K_(ze)=0.753



4. Статический расчет рамы

Определение внутренних усилий возникающих в каждом элементе рамы от действующих на нее нагрузок M, N, Q в расчетном сечении рамы (место защемления стойки в фундаменте) определяется раздельно от каждого вида нагрузки.

4.1 Определение усилий в колоннах от собственного веса

Первое загружение:

Рис.4.1 Расчетная схема по первому загружению

В виду симметрии рамы и нагрузок, изгибающий момент и поперечная сила в стойках рамы равны нулю.

4.2 Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки

Второе загружение:

Рис. 4.2 - Расчетная схема по второму загружению

4.3 Определение усилий в колоннах от ветра

Третье загружение:

Рис. 4.3 - Расчетная схема по третьему загружению

Согласно нормам проектирования, в общем случае составляют 4 сочетания для определения расчетных усилий расчета колонн и 2 для расчета анкерных болтов.



Таблица 2 Таблица расчетных сочетаний внутренних усилий для левой стойки рамы

№ п/п	Наименование нагрузки или РСУ	Усилия в сечении а
		М кН•м	N кН	Q кН
Усилия по результатам статического расчета
1	Постоянная нагрузка	Мсв.а	Nсв.а	Qсв.а
		0	533,1	0
2	Снеговая нагрузка	Мсн.а	Nсн.а	Qсн.а
		0	158,76	0
3	Ветровая нагрузка	Мв.а	Nв.а	Qв.а
		206,24	0	31,07
Расчетные сочетания усилий (все варианты)
А	1+2	0	691,8	0
Б	1+3	206,24	533,1	31,07
В	1+2•шt1+3•шt2	185,6	691,8	27,9
Г	1+2•шt2+3•шt1	206,24	675,9	31,07
Выборка расчетных сочетаний усилий для расчета колонны по критериям Мmax и Nmax
I	Мmax, (N, Q)соответствующее(Г)	206,24	675,9	31,07
II	Nmax, (M, Q)соответствующее(В)	185,61	691,8	27,9
Выборка расчетных сочетаний усилий для расчета анкерных болтов
III	Nmin, Мmax: 0,82•1+3	206,24	437,1	31,07
Примечание: знак (-), обозначающий сжатие у продольной силы условно не поставлен



5. Расчет колонны

Колонна проектируемой рамы каркаса проектируется сплошной сварного типа в виде двутавра. Такое сечение компануется из 3-х листов: две полки и одна стенка (см рис 5.1)

Рис. 5.1 Параметры сечения колонны

Класс стали для колонны проектируется по требованиям приложения в СП16,13330-2011 «Стальные конструкции», В зависимости от климатического района расположения здания и группы стали конструкций.

Таблица 3 Для расчета в проекте принят класс стали С225 ГОСТ 27772-88

Сталь по ГОСТ 27772	Толщина проката мм	Нормативное сопротивление проката Н/мм2	Расчетное сопротивление проката Н/мм2
		Ryn	Run	Ry	Ru
С225	От 2до 20	245	370	240	360
	От 20 до 40	235	370	230	360

Расчетная длина колонны определяется по формуле (140) СП 13.16660-11

L_ef=µ*L

L=L_k=11,4 м

µ-коэффициент расчетной длины по формулам СП13.16660-11

Для определения и определяются коэффициенты к_m и к_n

к_{m= 0}

к_n=

EJ=221048.73 кН*м² изгибаемая жесткость колонны, принята из опыта проектирования предварительно.

₁=9,6 длина колонны.

=

=

Как видно из формул коэффициент расчета длины зависти от длины и жёсткости сечения колонны. стропильный ферма фасонка

Так как на начальном этапе мы не можем точно задаться жёсткостью сечения, поэтому примем коэффициент µ максимальному значению, µ=2. В дальнейшем этот коэффициент будет использоваться для расчета колонны в плоскости поперечной рамы.

Принимаем расчетные длины колоны:

L_ef=µ*L=2*11,4=22,8м

-Из плоскости рам:

L_ef=l_y=11,4м

Усилие для расчета принимаем из расчета РСУ (таб. 2) из строк I и II:

I- М=206,24 кН*м; N=675,9 кН; Q=31,07 кН

II- М=185,6 кН*м; N=691,8 кН; Q=27,96 кН

Предварительно требуемую площадь колонны можно определить по формуле:

где е=М/N-эксцетренситет действующей продольной силы

h=b_к=480 мм

РСУ I:

=71,78 см²

РСУ II:

=69,5 см²

Для расчета будем использовать РСУ I, как наиболее невышодное.

Колонна рассчитывается как внецентренно сжаты й элемент по формуле (109) СП16.13330-2011.

Определим по этой формуле требуемую площадь сечения, предварительно определив приближенное значение характеристик.

Для симметричного двутавра:

-радиус инерции: i_x=0,42*h=0,42*48=20,16см

-относительный момент сопротивления:

S_x=,35*h=0,45*48=16,8см

Условная гибкость в плоскости рамы:

E=2,06*10⁴-Модуль упругости стали

Относительный эксцетренситет:

Коэффициент влияния формы сечения для двутавра определяется из таблицы Д2 СП16.13330.2011 и изменяется в пределах 1,2…1,7 принимаем в первом приближении =1,4.

Тогда приведенный относительный эксцетренситет будет равным:

Коэффициент Устойчивости при сжатии с изгибом определяется по таблице Д3 СП16.13330.2011, при =3,25 и =1,6, =0,333

Требуемая площадь сечения колонны:

Предварительно принимаем толщину стенки колонны:

Толщину полки принимают в пределах двух толщин стойки:

Определим высоту стенки колонны:

Окончательно принимаем h_w=460 мм

Площадь стенки: А_w=46*0,6=27,6 см²

Требуемая площадь сечения поясов: A=90,29-27,6=63,69 см²

Требуемая ширина пояса b_f=(62,69/2)/1,2=26,12

По ГОСТ 82-70* окончательно принимаем 340мм

Проверяем местную устойчивость полки по п.9.4.7 Д2 СП16.13330.2011.

Условная гибкость свеса пояса(полки):

b_ef=(34-0,6)/2=16,7см

=

-условие проверки выполняется.

Проверяем местную устойчивость стенки по п.9.4.2 Д2 СП16.13330.2011. условие гибкости стенки:

не должно превышать значения предельной условной гибкости.

Устойчивость стенки не обеспечена. Это допускается при условии крепления стенки поперечными ребрами жёсткости, в соответствии п.7.3.7 СП16.13330.2011. Кроме того, проверки устойчивости колонны необходимо выполнять с учетом уменьшенной площади стенки колонны в соответствии с п.7.3.6 СП16.13330.2011.

В итоге в первом приближении получены размеры сечения колонны:

h_w=460 мм; t_w=6 мм; b_f=340 мм; t_f=12мм; h=484 мм.

Определим геометрические характеристики сечения колонны:

Площадь поперечного сечения:

А=46*0,6+2*34*1,2=104,4 см²

Момент инерции относительно оси «х-х»:

J_x=

Момент инерции относительно оси «у-у»:

J_у=

Радиусы инерции сечения:

Момент сопротивления от оси «х-х»:

Относительный момент сопротивления:

Гибкость колоны в плоскости поперечной рамы:

Не должно превышать значения предельной гибкости

[]=180-60*б

Минимальное значение предельной гибкости будет равно при б=1

[]=180-60*1=120

_х=89,4<[]=120

Условие выполняется, значение [] можно не уточнять.

Гибкость колонны из поперечной рамы:

_у=l_y/i_y=113,2<120

Условная гибкость колонны из плоскости:

Стенка колонны оказалась не устойчивой , определяем уменьшенное сечение колоны.

A_d=A-(h_ef-h_d)*t_w

где h_э-уменьшенная высота стенки

h_d=

A_d=99,52 cм²

Проверка прочности колоны в плоскости изгиба по формулам (109) СП16.13330.2011

Коэффициент влияния формы сечения зависит от отношения:

А_s/A_w=1,5

А_s/A_w>1

Приведенный относительный эксцетренситет:

M_ef=*m_x=1,53

Проверка устойчивости:

<1

Условие выполняется

Запас по устойчивости составляет:

Проверка устойчивости из плоскости действия момента (из плоскости рамы) производится по формуле (111) СП16.13330.2011:

где с- коэффициент по п.9.2.5 СП16.13330.2011

-коэффициент устойчивости при центральном сжатии.

Коэффициенты и определяются по формулам таблицы 21 СП16.13330.2011

=0,701

=1,044

4

с=1,044/(1+0,701*1,02)=0,608

Проверим устойчивость:

Запас по устойчивости составляет:

5.1 Расчет оголовника колонны

В соответствии с принятым конструктивным решением каркаса здания, опирание фермы на колонну шарнирное. Ферма передает на оголовник опорную реакцию R_ф

R_ф=N_c.в+N_c.н=349,2+211,7=560,9 кН

Толщина опорной плиты назначается конструктивно. (t_пл=20мм)

Толщина ребра назначается из условия его смятия:

t_p=

где b_p=220-ширина вертикального ребра оголовника, назначается конструктивно.

R_b=R_un/=R_u=360(МПа)-расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности при наличии прогонки.

t_p==0,35 см

Толщину t_p не менее толщины стенки колонны, окончательно принимаем t_p=6мм.

Высоту вертикального шва t_p из условия прочности сварных швов крепления ребра и стенки колонны. Для этого необходимо принять характеристики сварного шва. Материалы для соединений стальных конструкций принимают по таблице Г.1. СП16.13330.2011. Сварка ручная электродуговая покрытимы электродами(ГОСТ 9464) Для стали с R_yn<290МПа подходят электроды Э42, Э42А, Э46. Принимаем электроды Э42А.

Нормативные и расчётные сопротивления металла шва сварных соединений с угловыми швами определяют по таблице Г.2. СП16.13330.2011, для электрода Э42А:

R_wun=410 МПа-нормативное сопротивление металла углового шва.

R_wf=180 МПа-расчетное сопротивление металла углового шва.

По таблице 4 СП16.13330.2011

R_wz=0,45*R_un=0,45*370=166,5 МПа-расчетное сопротивление по металлу границы сплавления шва с основным металлом колоны.

R_un=370МПа-нормативное сопротивление по временному сопротивлению металла колоны

Коэффициенты проплавления _f и _z определяем по таблице 39 СП16.13330.2011

Для ручного вида сварки _f =0,7; _z=1

По п.14.1.16 СП16.13330.2011 вычисляем отношение

Тогда расчет выполняем по металлу шва по формуле (176) СП16.13330.2011

k_f-катет сварного шва

k_{f. min}=4мм

Для расчета принимаем 7 мм

Окончательно принимаем h_p=17см

Вертикальное ребро оголовника необходимо проверить на срез:

условие не выполняется.

Так как условие не выполняется, то необходимо уточнить высоту ребра из условия среза:

Окончательно принимаем h_p=26см

5.2 Расчет конструирования базы колонны

Конструирование и расчет базы состоит в нахождении размеров опорной плиты в плане, ее толщины, размеров поперечного сечения, толщины траверсы, расчет анкерных болтов и швов.

Размеры опорной плиты определяются по наибольшему неблагоприятному сочетанию M и N создающих наибольший уровень сжимающих напряжений по краю опорной плиты.

Бетон В12

- Определение расчетного сопротивления бетона на местное сжатие:

где расчетное сопротивление бетона;

коэффициент, учитывающий распределение напряжений ;

коэффициент, учитывающий класс бетона для бетона В12);

- коэффициент, учитывающий пространственность (принимаем, что ).

Определение размеров опорной плиты:

где ширина полки

толщина траверсы ;

величина консольного свеса, принимаемая от 60 до 100 мм,

Длину опорной плиты определяем из условия прочности бетона в наибольшем месте сжатия.

Принимаем

Для построения эпюры работы опорной плиты высчитываем и :

Рисунок 5.2

Определение толщины плиты:

Опорная плита разбивается элементами траверсами, полками и стенками. Для этих участков 1,2,3 для полосок единичной ширины определяем изгибающий момент.

Участок I

Изгибающий момент для пластины:

а=16,7 см

b=46см

b/a=2,75>2 пл тогда:

Участок II

а=34см

b=17,6см

b/a=0,5>в=0,06 тогда:

Участок III

b=100-10=90см

10см-предварительная толщина траверсы.

Требуемая толщина плиты на расчетных участках определяется по формуле:

В формулах R_y=23кН/см² так как толщина плиты базы как правило больше 20 см.

Уточняем значение изгибаемого момента на участке 2 с учетом установленного ребра.

а= 16,5 см; b=8,8см

b/а=1,87 в=132

М₂=0,132*0,56*16,5²=20,12кН*см

Требуемая толщина плиты с учетом установленного ребра:

Окончательно принимаем

Расчет анкеровочных болтов

L_пл=66см длина плиты определена ранее.

d=50…100 расстояние м/у плитой базы и осью анкеровочного болта

L_аб= L_пл+2*5=76см

с=

Для расчета анкеровочных болтов используется III комбинация усилий.

М=140,8 кН*м; N=427,3 кН; Q=24,4 кН.

Найдем от этих усилий максимальное и минимальное напряжение:

c=43,94см

а - расстояние от центра тяжести сечения колонны до центра тяжести участка эпюры давления в фундаменте с жатием.

а=

у-расстояние от оси анкерного болта до центра тяжести участкаэпюры давления в фундаменте.

Усилие в анкеровочном болте:

n-кол.болтов.

Для вычисления требуемой площади сечения анкерного болта назначаем марку Ст пс2

R_ba=190Н/мм²=19кН/см²

Требуемая площадь сечения болта будет:

Диаметр болта подбираем по таблице Г.9 СП16.13330.2011

с A_bn=3.53

Окончательно принимаем болты из стали Ст пс2.

Максимальный изгибаемый момент в прижимной пласитине

Требуемый момент сопротивления в прижимной пластине.

Задаемся толщиной пластины 40 мм тогда требуемая ширина:

Принимаем прижимную пластину сечением 3,2х100

А=3,2*10=32см²

Траверса рассчитывается на усилие от опоры бетона с соответствующей грузовой площадью. В траверсе возникают усилия:

Q_тр=д_max*l_св*В=0,56*7,6*54=229,8кН

М_тр= Q_тр*l_св/2=873,24 кН*см

д_max=0,56кН/см²- максимальное напряжение под плитой.

Предварительно задаемся размерами траверсы h_тр=400мм

В траверсе возникают напряжения:

-касательные:

-нормальные:

Прочность траверсы оцениваем по приведенным напряжениям:

<1,15R_y=27,6кН/см²

Условие выполняется

Сварные швы крепления траверсы к колоне рассчитывается на усилие передаваемое колонной на сварные швы:

Принимаем катет шва равный к_f=1см

Условие проверки выполняется.

Окончательно оставляем размеры траверсы:

t_тр=10мм; h_тр=400мм; к_f=10мм

Усилия в анкерном болте:

Q_тр.А=F_А=60,75 кН

М_тр.А=60,75*8,1=492,075кН*м

L_а=7,6+5=8,1м

Траверсу необходимо усилить поперечными ребрами жескости

Принимаем шаг поперечных ребер жёсткости 3h_ef=3*46=138мм Это значение уточняется при выполнении чертежа колонны.

-ширина выступающей части парного ребра принимается не менее:

b_r=(h_ef/30+40)=(460/30+40)=56мм.

-толщина принимается не менее:

t_r=2* b_r*

Окончательно размеры b_r и t_t принимаются при выполнении чертежа но не менее рассчитанных значений.



6. Расчет сварных швов

Расчет швов прикрепляющих стержень колонны к опорной плите Ш1, после приварки траверсы. Высота катета сварного шва характеризуется конструкцией из условия обеспечения качества приварки стержня к опорной плите по таблице 38* СП 16.13330.2011 в зависимости от толщины опорной плиты принимаем k_fmin. Cварные швы Ш2 прикрепляющие стержень колонны к траверсам рассчитываются на восприятие опорных реакций и по таблице 55* СНиП принимаем полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа рекомендуемая сварная проволока Св08Г2С для которой расчетное сопротивление по срезу наплавленного металла (Э50) По таблице 38* в зависимости от толщины полки стержня колонны определяется по таблице 34* устанавливаем коэффициент глубины провара и так как произведение расчет ведем по срезу на границе сплавления , тогда требуемые катеты . Окончательно .

Окончательно принимаем



7. Проектирование стропильной фермы

Проектирование стропильной фермы заключается в определении узловых нагрузок и усилий в стержнях фермы, а также в подборе и проверке сечений стержней фермы, конструировании и расчете ее узлов.

7.1 Определение узловых нагрузок, действующих на ферму

В узлах верхнего пояса фермы передается нагрузка от собственного веса покрытия и снега. Схема узловых нагрузок на стропильную ферму указана на рис. 7.1.

Рис. 7.1 - Схема узловых нагрузок на стропильную ферму

Узловая нагрузка для данной фермы определяется по формуле:

где расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли;

расчетная линейная нагрузка от снега;

- длина панели верхнего пояса;

7.2 Определение усилий в стержнях фермы

Зная узловую нагрузку и усилия в стержнях фермы от единичной нагрузки определяем усилия от нагрузки «P»

Таблица 4

Номер стержня	Усилие от единичной нагрузки	Условная нагрузка «Р» [кН]	Усилия от нагрузки «Р» [кН]
Нижний пояс
1-2	0	112,7	0
2-3	2,857		320,46
3-4	6,667		747,84
Верхний пояс
8-9	0,476	112,7	53,64
9-10	0,476	112,7	53,64
10-11	-5,238	112,7	-587,54
11-12	-5,238	112,7	-587,54
12-13	-7,143	112,7	-801,23
Номер стержня	Усилие от единичной нагрузки [кН]	Условная нагрузка «Р» [кН]	Усилия от нагрузки «Р» [кН]
Стойки
1-8	0	112,7	0
2-9	-1	112,7	-112,7
3-11	-1	112,7	-112,7
4-13	-1	112,7	-112,7
раскосы
2-8	-0,69	112,7	-72,39
2-10	-4,833	112,7	-542,117
3-10	3,452	112,7	387,21
3-12	-2,071	112,7	-232,3
4-12	0,69	112,7	77,39

7.3 Подбор сечений стержней стропильной фермы

При подборе сечений стержней фермы особое внимание следует обратить на определение их расчетных длин и компоновку сечений.

Различают расчетную длину стержня в плоскости и из плоскости фермы. Расчетная длина поясов фермы в плоскости принимается равной расстоянию между узлами (т.е. длине панели), а из плоскости - расстоянию между точками закрепления узлов.

Верхний пояс закрепляется из плоскости панелями или плитами покрытия, приваренными к нему. Так как опирание кровли происходит в узлах, то расстояние между узлами равно расчетной длине из плоскости. Таким образом, для верхнего пояса (длина панели фермы ).

Для нижнего пояса длина между узлами стержней равна 6,0 м, значит Нижний пояс закрепляется от смещения из плоскости распорками. Распорки располагаются по краям ферм и по колоннам. Таким образом, для нижнего пояса равно расстоянию между распорками.

Расчетная длина всех стержней решетки (раскосов и стоек) из плоскости фермы равна геометрической длине стержня (т.е. расстоянию между центрами тяжести узлов). Их расчетная длина в плоскости фермы зависит от того, сколько растянутых стержней примыкает к сжатому стержню. Если с одной стороны сжатого стержня решетки примыкают два растянутых стержня пояса, создающих частичное защемление, то для получения расчетной длины геометрическую длину следует умножить на коэффициент приведения длины Таким образом, для таких стержней Следовательно, для стоек расчетные длины будут равны: Для раскосов расчетные длины будут равны:

Соотношение расчетных длин и в основном определяют конструктивную форму сечения стержня.

С целью обеспечения равноустойчивости сжатых стержней при целесообразно применение равнобоких уголков, а при следует скомпоновать стержень из двух неравнобоких уголков, соединенных большими полками. Исключение может составить верхний пояс фермы у которого , его целесообразно составит из двух равнобоких уголков, что обеспечит ему большую устойчивость из плоскости при перевозке и монтаже (причем, сечение верхнего пояса делается переменным, и меняется один раз в узле 13). Нижний пояс фермы рекомендуется скомпоновать из неравнобоких уголков, соединенных меньшими полками (причем, сечение нижнего пояса делается переменным, и меняется один раз в узле 4). Растянутые раскосы решетки обычно составляют из двух равнобоких уголков.

Толщину фасонок при усилии в опорном раскосе принимают равной 14мм.

Для определения сечения сжатых стержней необходимо предварительно задаться их гибкостью в пределах (Зададимся ). По принятому значению найдем значение коэффициента продольного изгиба .Для коэффициент продольного изгиба ). Определяем требуемую площадь сечения стержня.

1.Требуемую площадь двух уголков сжатого стержня определяют по формуле:

где расчетное усилие в стержне;

расчетное сопротивление стали;

коэффициент условия работы, определяемый по табл. 29 «Нормативных и справочных материалов»:

· для верхнего пояса фермы

· для стоек фермы

· для сжатых раскосов, кроме опорного

· для опорного раскоса

По сортаменту подбираем близкие по требуемой площади уголки, из которых в соответствии с приведенными выше рекомендациями компонуем сечение стержня (следует стремиться принимать уголки с возможно более тонкими полками). Выписываем необходимые геометрические характеристики сечения и и определяем гибкости стержня в плоскости и из плоскости фермы по формулам:

Гибкость сжатых стержней ограничена; она не должна превышать значений гибкости, приведенных в табл. 32 СП 16.13330.2011, т.е. для сжатого пояса и опорного раскоса ; для остальных сжатых стержней , где , но не менее 0,5. Для растянутых стержней . Удовлетворив условия предельной гибкости, проверяем напряжения в стержне по формуле:

где расчетное усилие в стержне;

коэффициент продольного изгиба, принимаемый по большей из найденных гибкостей ;

Площадь сечения двух принятых уголков;

расчетное сопротивление стали;

коэффициент условий работы.

При большем запасе в прочности необходимо уменьшить сечение принятого уголка и пересчитать величины и при новых значениях и подбирая более подходящее сечение стержня.

2. Требуемая площадь сечения растянутых стержней определяется по формуле:

где расчетное усилие в стержне;

расчетное сопротивление стали;

коэффициент условия работы, определяемый по табл. 29 «Нормативных и справочных материалов»:

· для нижнего пояса фермы

· для растянутых раскосов

По сортаменту определяем ближайшие большие по площади уголки, компонуем в соответствии с рекомендациями, сечение и выписываем геометрические характеристики и После этого определяем гибкости стержня в плоскости и из плоскости фермы по формулам:

Гибкость растянутых стержней не должна превышать . Далее проверяем прочность стержней по формуле:

где расчетное усилие в стержне;

площадь сечения двух принятых уголков;

расчетное сопротивление стали;

коэффициент условий работы; (для всех растянутых элементов).

7.4 Верхний пояс

Стержни 12-13

Принимаем сечение стержней из 2-х равнополочных уголков

Определяем гибкость стержня:

Максимальная гибкость коэффициент . Проверяем напряжения:

Определим предельную гибкость:

Значения гибкостей элементов не превосходят значений предельной гибкости .

Сечение стержней принимаем из 2-х равнополочных уголков

7.5 Раскосы

Стержень 2-10

Принимаем сечение стержней из 2-х равнополочных уголков

Определяем гибкость стержня:

Максимальная гибкость коэффициент . Проверяем напряжения:

Определим предельную гибкость:

Значения гибкостей элементов не превосходят значений предельной гибкости .

Сечение стержней принимаем из 2-х равнополочных уголков

7.6 Нижний пояс

Стержень 3-4

Принимаем сечение стержней из 2-х неравнополочных уголков

Определяем гибкость стержня:

Согласно СП 16.13330.2011 табл. 33, в конструкциях, не подвергающихся динамическим воздействиям, гибкость растянутых элементов проверяют только в вертикальных плоскостях.

Значение гибкости элемента не превосходят значения предельной гибкости.

Сечение стержней принимаем из 2-х неравнополочных уголков

7.7 Стойки

Стержни 2-11

Принимаем сечение стержней из 2-х равнополочных уголков

Определяем гибкость стержня:

Максимальная гибкость коэффициент . Проверяем напряжения:

Определим предельную гибкость:

Значения гибкостей элементов не превосходят значений предельной гибкости .

Сечение стержней принимаем из 2-х равнополочных уголков



8. Расчет сварных швов прикрепляющих решетку фермы к фасонке

· Расчет монтажного укрупнительного стыка

Задаемся диаметром болта , рассчитываем диаметр отверстия . Болт изготовлен из стали 40х «Селект» с и .

Обработка соединяемых поверхностей стыка-газопламенная. Способ регулирования натяжения болтов-по моменту закручивания ключом индикаторного типа ; коэффициент контроля качества закручивания болтов .

Усилие в стыке распределяется на усилие, которое возникает в горизонтальных и вертикальных накладках:

где коэффициент распределения усилия (- для неравнополочных уголков составленными узкими полками вместе).

Несущая способность одного высокопрочного болта:

где количество поверхностей трения (количество поверхностей среза);

коэффициент условия работы болтов. При количестве болтов, необходимых для восприятия расчётного усилия: n ?10 , г_b = 1,0 Если впоследствии окажется, что 5?n<10 примем г_b=0,9 и скорректируем расчёт. При n < 5 , г_b = 0,8.

площадь болта нетто сечения (для болта ).

Несущая способность болта в соединении по 1 поверхности контакта:

Количество болтов, приходящихся на горизонтальную накладку:

принимаем 5 болтов (на одну сторону).

Количество болтов в вертикальных накладках при двух поверхностях контакта:

принимаем 2 болта (на одну сторону).

8.1 Расчет и конструирование узлов стропильных ферм

Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий:

- провести осевые линии элементов так, чтобы они сходились в центре узла;

- к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм, получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах следует принимать равным , но не более 80 мм (здесь толщина фасонки, мм);

- рассчитать прикрепление стержней решетки к фасонкам угловыми швами.

Усилие N, действующее в прикрепленном стержне, распределяется между швами по перу и обушку уголка (рис. 8.1).

Рис. 8.1 К расчету сварных швов

Усилия, действующие на сварные швы по обушку и по перу, определяются по формуле:

где расчетное усилие в стержне;

коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый приближенно:

· для равнобоких уголков ;

· для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой, ;

· для неравнобоких уголков, прикрепляемых широкой полкой, .

Требуемая длина сварных швов определяется по формулам:

- для шва по перу:

- для шва по обушку:

где расчетное усилие на шов по обушку;

расчетное усилие на шов по перу;

коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл. 39 СП 16.13330.2011.

Для сварки узлов фермы применяется полуавтоматическая сварка проволокой Св-08 (ГОСТ 2246-70) с R_wf = 180 МПа (по таблице Г.2 -Приложение Г СП 16.13330.2011 ).

Определим сечение, по которому необходимо рассчитывать угловой шов на срез:

где R_wf = 18 кH/см² , R_wz = 16,5 кH/см² (П6.2); в_f =0,9, в_z =1,05(по табл. 39 СП 16.13330.2011)

Расчёт следует проводить по металлу шва.

Толщина фасонки принята t_f = 14 мм ..

катет углового шва по обушку;

катет углового шва по перу;

Граничное значение катета для шва по обушку уголка принимаем не более

К_{f ,max} = 1,2t (где t - наименьшая из толщин фасонки или уголка),

по перу катет шва не более чем

, при t ? 6 мм;

, при

толщина уголка, что не более толщины фасонки.

Расчет сварных швов в узлах фермы для удобства выполним в табличной форме (табл. 5). Размеры фасонок зависят от длины швов крепления к ней стержней решетки.

Таблица 5

Элемент	Обозначение стержня	Расчетные усилия N, кН	Шов по обушку	Шов по перу
			кН	см	см	кН	см	см
Раскосы	2-8	-77,39	41,35	0,6	3,13(4)	17,72	0,6	1,91(4)
	2-10	-542,117	422,38	0,6	22,73(23)	227,44	0,6	12,7(13)
	3-10	387,21	372,17	0,6	20,14(21)	159,5	0,6	9,21(10)
	3-12	-232,3	289,46	0,6	15,89(16)	124,06	0,6	7,38(8)
	4-12	77,39	206,76	0,6	11,64(12)	88,61	0,6	5,56(6)
Стойки	1-8	0	-	0,6	(4)	-	0,6	(4)
	2-9	112,17	58,97	0,6	4,03(5)	25,27	0,6	2,3(4)
	3-11
	4-13		58,97	0,6	4,03(5)	25,27	0,6	2,3(4)

Должны соблюдаться следующие условия: . Первое условие выполняется во всех случаях. Где не выполняется второе и третье условие, длину швов принимаем . Полученные значения длин швов округляются в большую сторону до целого числа.



Список используемой литературы

1. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Т.1./Под редакцией д-ра техн. Наук, проф. А.А.Уманского.- М.: Стройиздат,1972.

2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. - М.: Стройиздат, 1997.

3. Металлические конструкции. В 3т. Т.1. Элементы стальных конструкций./Под ред. В.В. Горева. - М.: Высш. шк., 2004.

4. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: Стройиздат, 1985.

Размещено на Allbest.ru

...