Расчет и проектирование сварной стропильной фермы с параллельными поясами длинной 13 метров

Размещено на http://www.allbest.ru/

КГАПОУ «Красноярский техникум сварочных технологий и энергетики»

Специальность: 22.02.06

Сварочное производство

Курсовая работа

Расчет и проектирование сварной стропильной фермы с параллельными поясами длинной 13 метров

Разработал: Филиппов Антон Евгеньевич

Руководитель: Назаров Эльнур Шакирович

Красноярск

2023

Задание на курсовую работу

По МДК.02.01 Основы расчёта и проектирования сварных конструкций

Студенту гр. ЗТСП 3/19 Филиппову Антону Евгеньевичу

Тема проекта: Расчет и проектирование сварной стропильной фермы с

параллельными поясами длиной 13 метров.

Исходные данные: Рассчитать стропильную ферму с параллельными поясами длиной L=13м, материал сталь С345, режим работы средний,

Содержание пояснительной записки

Введение

1 Общая часть

1.1Описание конструкции

1.2Обоснование выбора материла конструкции.

2 Расчётно-конструкторская часть

2.1Расчётная схема конструкции.

2.2Расчёты прочности и подбора сечения.

2.3Проверочный расчёт.

2.4Проверка сварных швов.

Заключение.

Графическая часть

Лист 1- Чертеж общего вида (формулами А1)

Перечень рекомендуемой литературы

1.Овчинников В.В Расчёты и проектирование сварных конструкций. М. Академия 2015

2.Королев Ю.И., Устюжанина С.Ю. Инженерная графика. Разработки чертежей сварных конструкций. Питер, 2016

3.Интернет-ресурс www:Сварка.ru

Содержание

• Введение
• 1. Общая часть
• 1.1 Описание конструкции
• 1.2 Обоснование выбора материала конструкции
• 2. Расчетно-конструкторская часть
• 2.1 Расчетная схема конструкции
• 2.2Расчет прочности и подбор сечения
• 2.3 Проверочный расчет
• 2.4 Проверка сварных швов
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Ферма (фр. ferme, от лат. firmus -- «прочный») -- стержневая система в строительной механике, остающаяся геометрически неизменяемой после замены её жёстких узлов шарнирными. В элементах фермы, при отсутствии расцентровки стержней и внеузловой нагрузки, возникают только усилия растяжения-сжатия. Фермы образуются из прямолинейных стержней, соединённых в узлах в геометрически неизменяемую систему, к которой нагрузка прикладывается только в узлах.

Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий, ангаров, вокзалов и т. п. Большепролетные мосты, радиобашни и мачты, опоры линий электропередачи и многие другие конструкции выполняются в виде стальных ферм.

Фермы по сравнению со сплошными балками экономичны по затрате металла, им легко придают любые очертания, требуемые условиями технологии, работы под нагрузкой или архитектуры, они относительно просты в изготовлении.

Классификация ферм:

По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые.

В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные.

Системы решетки: Треугольная, Раскосная, Полураскосная, Шпренгельная, Ромбическая.

По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые.

По величине максимальных усилий условно различают легкие фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей (при усилиях в стержнях N<3000кН) и тяжелые фермы с элементами составного сечения (N >3000кН).

Стропильная ферма -- объединение стоек, обрешетки, контробрешетки и других элементов, составляющих остов крыши. Такая конструкция успешно применяется в тех случаях, когда нет дополнительного упора или в зданиях со значительными пролетами.

Методов расчета существует большое количество как простых, так и сложных. Все методы делятся на два типа: аналитический метод и построение диаграммы сил. Одно из самых простых расчетов является аналитический способ. Данный способ универсален и подходит для всех статически определимых ферм.

Конструкционные фермы изготавливаются из: дерева, металла, железобетона, полимерные и комбинированные. В данном курсовом проекте рассчитывается сварная стропильная ферма с параллельными поясами длинной 13 метров изготовленная из стали С345.

1. Общая часть

1.1 Описание конструкции

Конструкция стальной стропильной фермы обычно включает 2 металлических прута. Между ними размещаются несколько стержней, соединенных в форме зигзага. Такая компоновка обеспечивает высокую устойчивость при сравнительно низком расходе металла. К основным конструктивным элементам относятся:

· пояса;

· решетка;

Последний компонент создан из стоек и раскосов. Соединение поясов и решетки между собой осуществляется с помощью сварки. В этих целях можно использовать и фасонные элементы. Узлы создаются благодаря плотному примыканию составных частей. Типовые стальные фермы пролетом 18--36 м применяют в плоских и скатных покрытиях. Их изготавливают из углеродистых и низколегированных сталей.

Стропильные фермы с параллельными поясами предназначены для устройства плоской кровли из железобетонных плит или стального профилированного настила. Шаг установки ферм 6 и 12 м.

Рисунок 1- Стропильная ферма с параллельными поясами.

Элементы фермы изготовляют из стальных уголков, широкополочных тавров, соединяемых в узлах электросваркой или высокопрочными болтами. Верхний и нижний пояс фермы имеет уклон 1,5%, что компенсирует провисание конструкции в процессе эксплуатации. При креплении путей подвесных кранов фермы усиливают дополнительными подвесками.

Конструктивные элементы (связи), установленные между стропильными фермами и колоннами, обеспечивают пространственную жесткость стального каркаса. В покрытии (шатре) горизонтальные и вертикальные связи имеют различные конструктивные устройства

В уровне верхнего пояса ферм закрепляют горизонтальные крестовые связи и распорки.

В уровне нижнего пояса ферм закрепляют поперечные и продольные связевые фермы и ставят растяжки из уголков. Поперечные связевые фермы по нижним и верхним поясам стропильных конструкций совмещают в плане. Продольные связевые фермы располагают по краю покрытия, а в многопролетных зданиях - вдоль средних рядов колонн (через ряд).

Между стропильными фермами закрепляют вертикальные крестовые связи или фермочки с параллельными поясами. Их располагают между опорами ферм и в «жестких» панелях поперечных связевых ферм

Вертикальные связи между колоннами устанавливают в каждом продольном ряду.

Все типы связей изготовляют из прокатных профилей металла и закрепляют болтами га сваркой к элементам каркаса. Конструктив­ное решение связей, их местона­хождение в каркасе определяются расчетам.

1.2 Обоснование выбора материала конструкции

Строительная сталь - конструкционная низкоуглеродистая нелегированная и низколегированная сталь, применяемая для строительства металлических конструкций со сварными и другими соединениями.

Таблица 1- Свариваемость стали С345 - Без ограничений

Без ограничений	Сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
Ограничено свариваемая	Сварка возможна при подогреве до 100-120 градусов и последующей термообработки
Трудносвариваемая	Для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

Таблица 2 - характеристика стали С345

Марка	С345
Заменитель	12Г2С, 09Г2С
Классификация	Сталь для строительных конструкций
Применение	изготовления проката, предназначенного для строительных стальных конструкций со сварными и другими соединениями

Таблица 3- Химический состав % С345

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	CU
до 0.15	до 0.8	1.3 - 1.7	до 0.3	до 0.04	до 0.035	до 0.3	до 0.012	до 0.3

Таблица 4- Механические свойства при Т=20^oС материала С345

Сортамент	Размер	sв	sT	d5
	мм	МПа	МПа	%
Лист, ГОСТ 27772-88	2 - 3.9	490	345	15
Лист, ГОСТ 27772-88	4 - 10	490	345	21
Лист, ГОСТ 27772-88	10 - 20	470	325	21
Лист, ГОСТ 27772-88	20 - 40	460	305	21
Лист, ГОСТ 27772-88	40 - 60	450	285	21
Лист, ГОСТ 27772-88	60 - 80	440	275	21
Лист, ГОСТ 27772-88	80 - 160	430	265	21

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Расчетная схема конструкции

Конструирование фермы начинаем с составления расчётной схемы фермы с нагрузками. Сосредоточенные нагрузки прикладываем к узлам фермы. Равномерно распределенную нагрузку также приводим к сосредоточенной, приложенной в узлах. Расчетную узловую нагрузку находим по формуле:

где - заданная сосредоточенная нагрузка, кН,

- распределенная нагрузка, кН/м,

- расстояние между узлами верхнего пояса, м,

Проверяем ферму на жёсткость и статическую определимость. Условие статической определимости задается формулой:

где - число стержней фермы,

- число узлов фермы.

Условие геометрической неизменяемости выполняется.

Определяем опорные реакции в ферме. Горизонтальные нагрузки на систему отсутствует. Поскольку данная ферма симметрична и находится под действием симметричной нагрузки, вертикальные реакции и должны быть равными.

где Pp действующие на систему расчетные узловые нагрузки

Определяем усилия в стержнях фермы методом вырезания узлов.

Для этого:

Выделяем узел, в котором должно быть минимальное число стержней с неизвестными усилиями;

Внутренние силы в стержнях с неизвестными усилиями заменяем внешними и направляем их от узла;

Определяем усилия в стержнях из условий равновесия ; . Если при расчете значение усилия получается со знаком «минус», значит стержень на самом деле сжат.

Узел 1

Узел 2

Узел 3

Узел 4



Узел 5

Узел 6

Узел 7



Узел 8

Узел 9

Узел 10

Узел 11

Таблица 5 - Усилие в стержнях фермы

1		122
		0
2		-86.28
		61
3		0
		61
4		64.07
		-90.59
5		-47.58
		128.28
6		35.33
		-140.55
7		0
		-140.55
8		-26.24
		165.38
9		0
		165.38
10		19.49
		-168.12
11		-14.47
		185.84
12		0
		185.84
13		-26.24
		-140.55
14		0
		-140.55
15		35.33
		128.28
16		-47.58
		-90.59
17		64.07
		61
18		0
		61
19		-86.28
		0
20		122
		61
21		122
		0

2.2Расчет прочности и подбор сечения

Стержни стальных ферм выполняют из спаренных равнополочных уголков, соединенных в узлах на сварке с помощью фасонок.

Площадь поперечного сечения всего стержня (двух уголков) определяем по формуле:

где N - усилие в стержне, кН

- коэффициент продольного изгиба; =0.5

- расчетное сопротивление прокатной стали, =320 МПа

-коэффициент условий работы элементов

1) для сжатых элементов =0.8

2) для растянутых элементов =1.05

Для верхнего пояса:

Для нижнего пояса:

Для раскосов:

Площадь поперечного сечения одного уголка верхнего пояса

Площадь поперечного сечения одного уголка нижнего пояса:

Площадь поперечного сечения одного уголка для раскосов

По полученному значению площади единичного уголка в соответствии с ГОСТ 8509-93 выбираем профиль поперечного сечения для элементов фермы.

Таблица 6 - Подбор сечений

Элемент	Усилие	Сечение	F
Вп	-168.12		61.9	1870
Нп	185.84		52.1	1590
	-86.28		34.8	737
	64.07		19.2	177
	-47.58		18.7	255
	35.33		9.85	37.5
	-26.24		9.85	37.5
	19.49		5.82	19.4
	-14.47		5.69	12.8

2.3 Проверочный расчет

Для проверки гибкости стержней ферм устанавливаются их расчётные длины , которые учитывают характер возможного изгиба стержней и конструктивные особенности прикрепления стержней в узлах.

В качестве геометрической длины стержней принимают расстояние между центрами узлов.

При расчете поясов ферм на устойчивость в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, учитывают расстояние между точками их закрепления (для верхнего пояса - это расстояние между приваренными к поясу плитами покрытия, или прикрепленными к нему прогонами; для нижнего пояса - это расстояние между связями; для элементов решетки - это расстояние между центрами узлов фермы).

Гибкость стержней проверяется в плоскости и из плоскости фермы и определяется по формуле:

где - радиус инерции сечения;

=400 - предельная гибкость растянутых поясов и стержней ферм

2.4 Проверка сварных швов

Допускаемое растягивающее усилие, передаваемое на косынку N, kH

Длинна лобового шва L, мм.

Касательные напряжение в фланговых швах можно рассчитать, зная предел текучести заданной марки стали по формуле:

Усилие , кН, передаваемое на лобовой шов, определяется по формуле:

где - для ручной сварки, для многопроходной автоматической и механизированной

Заключение

стальная стропильная ферма сварной шов

В ходе выполнения курсового проекта проведены проектные проверочные расчеты для стропильной фермы с параллельными поясами длиной 13 метров. Составлена расчётная схема, подсчитаны усилия в стержнях, выбраны профили сечения для поясов и раскосов из равнополочного уголка. Также рассчитаны сварные швы. Длина лобового шва L=18 мм. Допускаемое растягивающее усилие, передаваемое на косынку N=722.267 кН

Список использованных источников

стальная стропильная ферма сварной шов

1. Маслов Б.Г. Производство сварных конструкций: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Б.Г. Маслов, А.П. Выборнов. - 2- е изд., стер. - М.: Издательский центр, «Академия» , 2008

2. Овчинников В.В. Дефекты сварных соединений: учеб. Пособие / В.В.Овчинников. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2009

3. Рыбаков В.М. Дуговая и газовая сварка. М.: ВШ, 2008. 25

4. Овчинников В.В Расчёты и проектирование сварных конструкций. М. Академия 2015

5. Королев Ю.И., Устюжанина С.Ю. Инженерная графика. Разработки чертежей сварных конструкций. Питер, 2016.

Интернет-ресурсы:

1. https://studwood.net/

2. https://studfile.net/

3. http://www.sever-stc.ru/

4. https://studref.com/.

Нормативная литература:

1. ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

2. ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества

3. ГОСТ 8509-93 Сталь прокатная угловая равнополочная. Сортамент

4. ГОСТ 8510-93 Сталь прокатная угловая неравнополочная. Сортамент

5. ГОСТ 6996-66 Соединения сварные. Методы определения механических свойств

6. ГОСТ 27772-88 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия

7. СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции

8. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции.

Размещено на Allbest.ru

...