Расчет и конструирование стропильной фермы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет и конструирование стропильной фермы

1.1 Исходные данные

Проектируем ферму с параллельными поясами и уклоном Пролет фермы шаг ферм Высота фермы по обушкам уголков Привязка опорного узла фермы к разбивочной оси колонны Высота фермы в осях предварительно принята Данная высота, и геометрические длины элементов фермы уточнены после подбора сечений стержней фермы. Материал фермы - сталь Пояса и решетка приняты таврового сечения из парных уголков.

Расчетные усилия в стержнях фермы получены при статическом расчете рамы и приведены в распечатке с ЭВМ. Узловая постоянная нагрузка на ферму - узловая снеговая нагрузка -

Схема фермы с нумерацией узлов и стержней и геометрические длины стержней приведены на рисунке 1.

Разработана схема связей по верхним и нижним поясам ферм покрытия.

Распорки в плоскости верхних поясов установлены из условия обеспечения предельной гибкости верхних поясов ферм из их плоскости в стадии монтажа. Проверка указанного условия приводится после подбора сечения поясов фермы.

стропильный ферма стержень сварной



Рисунок 1 - Геометрическая схема фермы

2.2 Расчетные длины стержней

Расчетные длины стержней в плоскости фермы и из плоскости фермы

где геометрическая длина стержня, равная расстоянию между центрами узлов (см. рис. 1), примыкающих к данному стержню.

Коэффициенты расчетной длины и принимают значения:

1. для верхнего пояса: так как точками верхнего пояса, закрепленными от смещения из плоскости фермы, является узлы опирания прогонов, примыкающих к узлам связевого блока в торце здания;

2. для опорного раскоса: и

3. для промежуточных элементов решетки: и

4. для нижнего пояса: расчетная длина определяется расстоянием между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы.

Расчетные длины стержней приведены в табл. 1.



1.3 Подбор сечений стержней фермы

Для фасонного проката из стали при толщине проката

По усилию в опорном раскосе принимаем толщину фасонок .

Полученные данные сводим в табл. 1.

Сжатые стержни подбираем из условия устойчивости. Подбор сечений начинаем с наиболее нагруженного стержня 3 верхнего пояса. Расчетное усилие , расчетные длины .

Задаемся гибкостью , которой при соответствует коэффициент продольного изгиба 0,612

Требуемая площадь сечения

где - коэффициент условий работы для сжатых поясов и опорных раскосов. Для промежуточных сжатых стержней решетки

Требуемые радиусы инерции , . По требуемым значениям площади и радиусов инерции ближе всего подходит сечение из двух равнополочных уголков ГОСТ 8509-93: ,

Гибкости стержня . По наибольшей гибкости находим .

Проверяем устойчивость стержня



Растянутые стержни подбираем из условия прочности. Наиболее нагруженным элементом нижнего пояса является стержень 5. Расчетное усилие расчетные длины

Требуемая площадь сечения

где -коэффициент условий работы для растянутых стержней.

По сортаменту выбираем сечения из равнополочных уголков. Ближе всего подходят уголки ГОСТ 8509-93 (). Для сечения из этих уголков

Проверяем прочность стержня

Проверяем гибкости стержня, учитывая, что в здании с режимом работы крана 6К гибкость растянутых стержней следует проверять только в вертикальной плоскости, т.е.



Стержни, в которых усилия отсутствуют, проектируют из одного уголка. Эти стержни подбирают по предельной гибкости

Рассмотрим стержень 12. Расчет выполняем по минимальному радиусу инерции относительно

оси Расчетная длина .

Тогда требуемый радиус инерции:

По сортаменту подбираем сечение из равнополочного уголка L

Рассмотрим стержень 13. Расчетная длина

Тогда требуемый радиус инерции:

По сортаменту подбираем сечение из равнополочного уголка L

Проверяем гибкость верхнего пояса фермы из ее плоскости в стадии монтажа. На участке между узлами 2-9, закрепленными от смещения распорками (рис. 12), расчетная длина пояса составляет , средний радиус инерции



1.4 Расчет и конструирование узлов фермы

Предварительно выполняем расчет сварных швов, прикрепляющих раскосы и стойки решетки к фасонкам фермы. Для сварки узлов принимаем механизированную сварку в нижнем положении проволокой диаметром в углекислом газе.

Коэффициенты глубины проплавления и Расчетное сопротивление металла шва и зоны сплавления

Коэффициенты условий работы шва

Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления, т.к.:

Прикреплять элементы решетки из уголков к фасонкам рекомендуется двумя фланговыми швами. Значения коэффициентов, учитывающих распределение усилия в элементе между швами по обушку и перу уголка, приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Распределение усилий между швами по обушку и перу уголков

Тип сечения	Обушок уголка,	Перо уголка,
	0,7	0,3

Требуемые расчетные длины швов:



1. по обушку

2. по перу

Катетом шва следует задаваться, исходя из конструктивных ограничений:

1. по обушку

2. по перу

где минимальный катет шва (см. табл. 4.5 [1]);

наименьшая толщина соединяемых элементов;

принимается в зависимости от толщины полки уголка:

Расчётная длина шва должна удовлетворять условиям:

Конструктивная длина шва Полученные по расчету длины швов округляем в большую сторону до размера, кратного

Если по расчёту длина шва меньше то принимаем

Расчет швов выполняем в табличной форме (см. табл. 2.).



Таблица 2.6 - Расчет сварных швов

№ стержня	Сечение		Шов по обушку	Шов по перу
6	110x7	478,58	335	6	170	143,58	6	80
7	70x6	364,39	225,07	6	120	139,32	5	90
8	100x6.5	229,63	160,74	6	90	68,89	5	50
9	56x5	94,87	66,41	5	50	28,46	4/5	50
10	56x5	84,48	59,14	5	50	25,34	4/5	50

Конструирование узлов фермы выполняем путем вычерчивания их в масштабе. По полученным длинам швов крепления раскосов и стоек определяем размеры фасонки.

Стержни решетки не доводим до поясов на расстояние:

где толщина фасонки.

Окончательно принимаем

Узел 1 (см. рис. 2)

Конструктивно принимаем ширину опорного фланца (из условия размещения болтов для крепления фермы к колонне). Тогда требуемая толщина фланца из условия смятия:

В нашем случае:



Опорная реакция фермы:

Из конструктивных соображений принимаем толщину фланца как толщину фасонки Выпускаем фланец за пределы фасонки на

Крепление нижнего пояса к фасонке выполняем швами

Требуемая конструктивная длина швов:

Конструируем узел, принимая конфигурацию фасонки с минимальным числом резов.

Фактическая длина швов будет больше, чем нужно по расчету.

Длина шва крепления фасонки к фланцу определяется конструкцией узла

Проверяем опорную фасонку на срез:

Сварные швы прикрепляющие опорный фланец к фасонке, проверяем на срез от опорной реакции и внецентренно-приложенной вследствие не совпадения середины шва с осью нижнего пояса силы

Эксцентриситет:

Расчетная длина швов:

Прочность металла по границе сплавления проверяем в наиболее напряженной точке на действие результирующих напряжений:

Рисунок 2 - Опорный узел фермы

Опорный столик принимаем из листа толщиной шириной

Его высота определяется длиной вертикальных швов прикрепляющих столик к колонне:



где коэффициент учитывает возможный эксцентриситет передачи нагрузки на столик.

Требуемая высота столика:

Окончательно принимаем

В узле 1 отрыв фланца от колонны не возможен, так как при максимальном растяжении в стержне 4 ( сочетание 1, 2, 7, 3, 6) усилие в опорном раскосе:

Тогда:

Поэтому принимаем конструктивно болты в количестве

Узел 2 (см. рис. 3)

Принимаем катет швов, прикрепляющий верхний пояс к фасонке

Требуемые конструктивные длины швов:

Для исключения эксцентриситетов узел конструируем таким образом, чтобы ось верхнего пояса фермы проходила через центр фланца и центр болтового поля.

Для крепления верхнего пояса фермы к колонне принимаем болты нормальной точности с расчетным сопротивлением на растяжение

Из условия прочности болтов их суммарная площадь составляет:

Принимаем болта с

Ширину фланца принимаем как в узле 1 - Расстояние между болтами из условия их размещения назначаем

Конструктивно высоту фланца принимаем

Усилие стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб.

Момент определяется как в защемленной балке пролетом

Напряжение во фланце:

Тогда требуемая толщина фланца:

Окончательно принимаем

Катет швов, прикрепляющих фланец к фасонке:

Принимаем

Рисунок 3 - Опорный узел фермы

Узел 4 (см. рис. 4)

Швы крепления пояса к фасонке рассчитываем на совместное действие продольных усилий в смежных панелях пояса и и узловой нагрузки

Рассмотрим сочетание загружений рамы, дающие максимальные усилия в этих панелях: сочетание 1, 2, 4, 6, 8 при этом же сочетании:

Разница усилий:



сочетание 1, 2, 3, 6, 7 при этом же сочетании:

Разница усилий:

Расчетным является первое сочетание, где

Узловая нагрузка:

По полученным при конструировании узла фасонки размерам длина швов крепления пояса составляет Принимаем

Расчетная длина швов:

Поэтому в расчет включаем

Напряжение в наиболее нагруженных швах по обушкам

Дополнительные напряжения в узловых нагрузках:



где протяженность швов, передающих силу

Результирующее напряжение:

Рисунок 4 - Промежуточный узел фермы

Узел 6 (см. рис. 5)

Длина швов крепления пояса к фасонке составляет по обушку по перу

Принимаем

Их прочность не проверяем, так как эти швы передают то же усилие, что швы крепления стойки 10 к фасонке, длина которых меньше



Рисунок 5- Промежуточный узел фермы

Узел 7 (см. рис. 6)

Длина сварных швов крепления пояса к фасонке . Принимаем . Расчетная длина швов , в расчет включаем .

Сварные швы крепления пояса рассчитываем на совместное действие усилий . Расчетное сочетание 1,2,3,6,7

.

Напряжения в наиболее загруженных швах по обушкам уголков:



Рисунок 6- Промежуточный узел фермы

Узел 8 (см. рис. 7)

Швы крепления пояса к фасонке рассчитываем на совместное действие продольных усилий в смежных панелях пояса и и узловой нагрузки

Рассмотрим сочетание загружений рамы, дающие максимальные усилия в этих панелях:

сочетание 1, 2, 4, 6, 8 при этом же сочетании:

Разница усилий:

сочетание 1, 2, 3, 6, 7 при этом же сочетании:

Разница усилий:

Расчетным является первое сочетание, где

Узловая нагрузка:



По полученным при конструировании узла фасонки размерам длина швов крепления пояса составляет Принимаем

Расчетная длина швов:

Поэтому в расчет включаем

Напряжение в наиболее нагруженных швах по обушкам

Дополнительные напряжения в узловых нагрузках:

где протяженность швов, передающих силу

Результирующее напряжение:



Рисунок 7 - Промежуточный узел фермы

Узел 9 (см. рис. 8)

Усилие в стыке передается через накладки, прикрепленные к полкам. Размеры сечения накладок подбираем из условия их равнопрочности с перекрываемыми полками уголков пояса ( 125x10).

Принимаем сечение горизонтальных и вертикальных накладок

В этом случае площади сечений накладок будут не менее площади полок уголков пояса. Прочность стыка проверяем по усилию:

Площадь сечения стыка определяем с учетом ослабления поперечного сечения каждой накладки одним отверстием диаметром тогда площадь нетто горизонтальной и вертикальной накладок:

Средние напряжения в накладках:



Крепление накладок к поясу осуществляем высокопрочными болтами ()из стали с (см. табл. 5.7 [1]).

Расчетное сопротивление болтов растяжению:

Для газопламенной обработки контактных поверхностей без консервации и контроля натяжения болтов по моменту закручивания принимаем коэффициент трения и коэффициент надежности

Коэффициент условий работы в зависимости от количества болтов

Тогда несущая способность одной плоскости трения одного высокопрочного болта:

Требуемое число высокопрочных болтов определяем по предельному усилию, воспринимаемому накладкой:

Для прикрепления одной горизонтальной накладки при одной плоскости трения () число болтов по одну сторону от оси стыка:

Окончательно принимаем болтов.

Для прикрепления вертикальных накладок при ():



Окончательно принимаем болтов.

Так как площадь ослабленного сечения накладки:

то необходима проверка прочности ослабленного сечения:

где расчетная площадь сечения;

количество болтов в рассматриваемом сечении;

общее число болтов на накладке по одну сторону от оси стыка.

Сварные швы крепления фасонки к поясу принимаем конструктивно

Рисунок 8 - Укрупнительный узел фермы

Узел 10 (см. рис. 9)

Сечения накладок принимаем

Площадь сечения одной накладки с учетом ослабления одним отверстием:

где при сочетании 1, 2.

Среднее напряжение в накладках:

Принимаем такие же болты, как в узле 9.

Усилие, воспринимаемое одной накладкой:

Требуемое число высокопрочных болтов для прикрепления одной горизонтальной накладки по одну сторону от оси стыка:

Окончательно принимаем болта.

Для прикрепления вертикальных накладок в узле требуется такое же число болтов.

Болты располагаются в один ряд.

Выполняем проверку прочности ослабленного сечения, так как:

Тогда:

Швы прикрепления фасонки к поясу принимаем конструктивно

Рисунок 9 - Укрупнительный узел фермы

Соединительные прокладки.

Для обеспечения совместной работы уголков их необходимо соединить прокладками.

Расстояние между прокладками должно быть не более для сжатых элементов и для растянутых элементов, где радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной плоскости прокладки. При этом в сжатых элементах ставится не менее двух прокладок.

Ширину прокладок принимаем равной длину - толщину - равной толщине фасонок.

Размещено на Allbest.ru

...