Проектирование стальной фермы покрытия

Здесь во второй проверке в качестве элемента пояса принимается  ребро жесткости из менее прочного материала (сталь С 245), чем профиль  пояса (сталь С 345). Кроме того, здесь  необходимо проверить расчетом на прочность двухсторонние угловые швы, соединяющие 4 ребра и профиль:

по металлу шва 

F/ (β_ƒk_ƒl_wR_wƒγ_wƒγ_c) = 350910/(0,7·1·280·2000·1·1) = 0,90 < 1;

по металлу границы  сплавления

F/ (β_zk_ƒl_wR_wzγ_wzγ_c) = 350910/(1·1·280·1650·1·1) = 0,76 < 1,

где l_w = (36 - 1)8 = 280 см.

Для повышения степени  унификации болтовые соединения, рассчитанные в растянутых стыках  нижнего  пояса, целесообразно принять и  в сжатых стыках верхнего пояса, где  болты можно затягивать без их предварительного напряжения.

Сжатые фланцы обычно в 1,5…2 раза тоньше растянутых (t_ƒl = 45/(2…1,5) = 22,5…30 мм). Приняв t_ƒl = 24 мм и b_ƒl = 550 мм – соответственно толщину и ширину фланца, необходимого его в опорном узле фермы (рис. 5) проверить расчетом из условия прочности на смятие согласно формуле :

              V/ ( b_ƒl t_ƒlR_p) = 120312/(55·2,4·3600) = 0,25 < 1,                           16

где V – опорная реакция фермы, V = 1203,12 кН = 120312 кгс; R_p – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности, для стали С 245 R_p = 360

МПа = 3600 кгс/см² (методические указания, табл. 3).

Высота опорного фланца подбирается таким образом, чтобы  он для четкости опирания выступал минимум на 10…20 мм ниже сварного шва, соединяющего его с профилем пояса. Для лучшей пригонки нижний торец  опорного фланца необходимо фрезеровать.

В монтажных стыках верхнего пояса (рис. 6) фланцы имеют те же размеры, что и в опорных узлах фермы. Прочность такого фланцевого соединения надо проверить расчетом на действие местной поперечной силы, как и в монтажных стыках нижнего пояса, составляющей   Q_loc = 52,64 кН:

                        Q_loc/(μF_вп) = 52,64/(0,25·3609,4) = 0,06 < 1,

где  μ = 0,25 – коэффициент трения соединяемых поверхностей без их обработки; F_вп = N_6-7 = N_7-8 = 3609,4 кН – продольное усилие поясного элемента.

После конструирования и расчета монтажных стыков можно приступать к разработке чертежей отправочных марок, спецификации и ведомости отправочных элементов фермы (графическая часть). Из этой ведомости следует, что общая масса фермы равна 7605 кг и в перерасчете на 1 м² горизонтальной проекции покрытия составляет

                                      m = 7539/(36·12) = 17,45 кг/м².

Тогда, используя формулу, можно вычислить строительный коэффициент массы

                                      _m = m/m_s = 17,45/15,41 = 1,13,

где m_s = 15,41кг/м² – приведенная масса стержневых элементов (табл. 3).

Найденное значение строительного  коэффициента превышает принятое при определении нагрузки на ферму:

                                                                 

       100 = 107,6…109,7%.                                     17

Такое превышение можно  объяснить тем, что рассматриваемая ферма отличается протяженным пролетом (l = 36 м) и повышенным числом монтажных стыков от наиболее распространенных ферм с l = 18…24 м.

Таким образом, расчетная нагрузка оказывается на 0,315-0,1745 = 0,1405 = 0,14 кН/м² (31,5-17,45 =14,05 = 14 кгс/м²) меньше значения, принятого при сборе нагрузок. Полученная разница может быть отнесена в общий запас прочности разрабатываемой конструкции, что повысит предел ее несущей способности и, соответственно, увеличит полезную нагрузку.

 

                         

Расчет фермы  на деформативность

Для определения прогиба  фермы необходимо вычислить момент инерции ее поперечного сечения в середине пролета (рис.7):

          У_с = (121,97·317,5 + 107,9·17,5)/(121,97 + 107,9) =176,68 см;

          У_нп = 176,68 – 17,5 = 159,18 см;

          У_вп = 300 – 159,18 =140,82 см;

           I_x = 20698,42 + 121,97·140,82² + 9800 + 107,9·159,18² = 5183196 см⁴.

Сечение верхнего и нижнего  поясов, а также вычисленный момент инерции является постоянным по всему пролету фермы. Поэтому коэффициент влияния изменения момента инерции сечения фермы по длине пролета k_I = 1. Тогда выражение для балочного прогиба ƒ_Б можно переписать следующим образом:

ƒ_Б = k_I

(F_ίa_ί ) = a_ί (3l² – 4a_ί ²),

где F_ί – узловая нормативная нагрузка, F_ί = F_n =147,6 кН =14760кгс; a_ί - расстояние от опоры до точки приложения силы F_ί; в данном случае узловые нормативные нагрузки F_n приложены в точках 2, 3, 4,…, 12 балочного аналога фермы (рис. 8).

 

18

Величину, стоящую под  знаком суммы в последнем выражении, удобно вычислить, используя симметрию  балочной схемы:

        a_ί (3l² – 4a_ί ²) = 2[3(3·36² - 4·3²) + 6(3·36² - 4·6²) + 9(3·36² - 4·9²) + +12(3·36² - 4·12²) + 15(3·36² - 4·15²)] + 18(3·36² - 4·18²) =347976 м³ =

= 347976·10⁶ см³.

Прогиб балочного аналога  фермы составляет

                      ƒ_Б = = 9,74см,

где Е = 210000 МПа = 2100000 кгс/см² – модуль продольной упругости стали.

Найденный прогиб интересно  сравнить с аналогичным прогибом балки под нормативной распределенной (погонной) нагрузкой q_n = 49,2 кН/м = 49,20 кгс/см, так как число узловых нагрузок (сосредоточенных сил) делает такое сравнение вполне корректным:

                       ƒ_Б = = = 9,88 см;

                       = 1,43…1,42%.

Зная прогиб балочного аналога, можно по формуле определить прогиб фермы:

                      ƒ = k_ƒpk_ƒuƒ_Б = 1,2·1· 9,74 = 11,7 см,

где k_ƒp = 1+2,4·3/36 = 1,2 – коэффициент влияния податливости решетки (h = 3 м – высота фермы); k_ƒu =1 – коэффициент влияния податливости монтажных соединений на фланцах с предварительным напряжением болтов (тип А).

Несущая способность  фермы по деформативности (по второй группе предельных состояний) обеспечена, так как согласно условию

                         ƒ = 11,7 см =l /308 < ƒ_u = l/300 = 12,0 см,

где ƒ_u – предельно допустимый прогиб.          

 

19

 

Список использованной литературы

 

1. Металлические конструкции.  В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для строительных вузов / Под редакцией В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2001. - 551 с.

2. Металлические конструкции.  В 3 т. Т. 1. Общая часть. (Справочник  проектировщика) / Под общей ред.  В.В. Кузнецова - М.: Изд-во АСВ, 1998. – 576 с.

3. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова. - М.: Изд-во АСВ, 1998. - 512 с.

4. Трофимов В.И., Каминский  А.М. Легкие металлические конструкции  зданий и сооружений: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2002. - 576 с.

5. СНиП    II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2000. -  96 с.

6. СП 53-102-2004. Общие правила  проектирования стальных конструкций  /Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2005. - 132 с.

7. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки  и воздействия / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2003. -  44 с.

8. Марутян А.С. Проектирование  стальных перекрестных ферм. - Кисловодск: ЗАО «Завод металлоконструкций», 2002. - 80 с.

9. Статический расчет  плоских ферм: Методические указания / А.С. Марутян. - Пятигорск: Издательство ПГТУ, 2005. - 28 с.

10. Динамический расчет  плоских ферм: Методические указания /    А.С. Марутян. - Пятигорск:  Издательство ПГТУ, 2005. - 28 с.

 

 

 

20

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ПЯТИГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Строительство»

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Металические  конструкции»

 

 «Проектирование стальной фермы покрытия»

 

 

 

 

 

Выполнила

ст-ка 4 курса гр. ПГС-83

 Солодилова Т.И.

 

Проверил 

преподаватель

Марутян А.С.

 

 

Пятигорск 2011

Содержание

 

 

Исходные данные…………………………………………………………..2

Статический расчет плоской  фермы……………………………………...4

Унификация и расчет стержней…………………………………………...7

Конструирование и расчет монтажных стыков…………………………13

Расчет фермы на деформативность……………………………………...18

Список использованной литературы…………………………………….20