Рабочий чертеж стальной фермы покрытия здания

 

Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет

 

 

Кафедра металлических конструкций

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

на курсовую работу по металлическим конструкциям

"Рабочий чертеж стальной  фермы покрытия здания"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студен IV курса группы 165:                         Аветян Д.А.

 

 

Преподаватель:        Иванова О.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород – 2014

 

Оглавление

 

 

 

1. Конструктивная схема фермы

 

К расчету и конструированию принята ферма с параллельными поясами пролетом

lф = l – 2·200 = 18000 – 2·200 = 17600 мм

и высотой сечения по центрам тяжести сечений поясов

 

hф = 3135 – Zob – Zoh = 3135 – 30 – 20 =3085 мм

где Zob и Zoh – расстояние от обушков поясных элементов до их центров тяжести. Принятая схема фермы указана на рисунке 1.1.

 

 

 

 

 

2. Конструкция кровли

 

Для заданного отапливаемого здания принимаем кровлю по Приложению 2[6] с суммарной толщиной минераловатного слоя утеплителя, δ=120мм для климатического района II5 со слоем пароизоляции. Принятая конструкция кровли показана на рисунке 2.1.

 

 

Рис. 2.1 Конструкция кровли.

 

Определяем необходимое сечение прогона:

Где q складывается из расчётной снеговой нагрузки (для III снегового района расчётная нагрузка составляет 2.4 кН/м2) и расчётной нагрузки от покрытия.

Где 3 – ширина грузовой площади прогона, м.

Сталь С255: Ry=240МПа.

Принимаем швеллер № 22 W=192 см3; Ix=2110 см4.

Проверяем прогиб прогона:

Условие выполнено, значит, принимаем швеллер №22 Масса=21 кг/м.

 

3. Нагрузки на стропильную ферму

 

Вычисление суммарной расчетной постоянной и временной нагрузок, отнесенных к 1 м2 покрытия, выполнено в таблице 3.1. При этом конструкция кровли принята по рисунку 2.1, расчетные нагрузки от элементов кровли и прогонов по Приложению 4, а собственный вес ферм и связей принят равным 0,25 кН/м2. Коэффициент gf для снеговой нагрузки принят согласно п. 5.7 СНиП [1].

 

Таблица 3.1 Вычисление суммарной расчетной постоянной и временной нагрузок.

Вид нагрузки и расчет	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке, gf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1.Постоянная нагрузка от веса  кровли: 1.1 Гидроизоляционный слой  «Техноэласт-К» из 3-х слоев    1.2 Плитный утеплитель  типа «Роквулл» толщиной 120 мм  «Пластер-Баттс»  =100 кг/м3    1.3 Пароизоляция - 1 слой  полиэтиленовой пленки «Ютафол НАЛ»                                       1.4 Проф. Настил Н75-750-0,8    1.5 Стальные прогоны 20	0,16     0,12   0,002 0,1 0,07	1,3     1,2   1,3 1,05 1,05	0,21     0,144   0,0022 0,105 0,074
Итого:	0,452	-	0,53
2.Нагрузка от собственного веса  ферм и связей	0,25	1,05	0,26
Постоянная нагрузка, всего:	0,7	-	0,8
3.Временная снеговая нагрузка	1,68		2.4
Общая нагрузка:	2,38	-	3,2

 

 

Полная узловая нагрузка на ферму:

F = 3,2·dр·Вф = 3,2·3·6 = 57,6 кН

где dр = 3 м - длина панели верхнего пояса фермы;

Вф = 6 м - шаг ферм.

 

 

4. Определение усилий в элементах фермы

 

Усилия в элементах фермы определяем от полной узловой нагрузки F = 57,6 кН, расположенной во всех узлах верхнего пояса фермы. Результаты вычисления усилий в элементах фермы заносим в таблицу 4.1. При вычислении расчетных усилий учтен коэффициент надежности по назначению gn = 1,0.

 

Таблица 4.1 Определение усилий в элементах фермы.

 

Элемент		Усилие кН от F = 57,6		γn	Расчетное усилие N∙γn, кН	Элемент		Усилие кН от F = 57,6		γn	Расчетное усилие N∙γn, кН
		1	57,6					1	57,6
Верхний пояс	2-3;9-11	0	0,0	1,0	0,0	Раскосы	1-3	-4,046	-197	1,0	-197
	3-5	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		3-4	2,536	163,9	1,0	163,9
	5-6	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		4-6	-0,845	-54,7	1,0	-54,7
	6-8	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		6-7	-0,845	-54,7	1,0	-54,7
	8-9	-5,227	-294,2	1,0	-294,2		7-9	2,536	163,9	1,0	163,9
Нижний пояс	1-4	3,182	179,2	1,0	179,2	Стойки	4-5	-1	-57,6	1,0	-57,6
	4-7	5,909	332,8	1,0	332,8		7'-6	-1	-57,6	1,0	-57,6
	7-10	3,182	179,2	1,0	179,2		7-8	-1	-57,6	1,0	-57,6

 

 

 

Рис. 4.1 Усилия в стержнях от нагрузки в кН.

 

5. Конструирование и расчет элементов фермы

 

В качестве материала элементов ферм принимаем и для узловых фасонок - С255 как для конструкций 2 и 1 группы соответственно. Толщина фасонок tф = 10 мм по Приложению 5

Расчетные сопротивления:

• для элементов фермы Rу = 24 кН/см2, как для фасонного проката толщиной

t = 2¸20 мм;

• для фасонок Rу = 24 кН/см2 при толщине t = 10 мм.

Все элементы ферм из парных равнополочных уголков. Конструирование и расчет элементов фермы выполнены в таблице 5.1.

 

Расчётные длины элементов приняты по п.п. 6.1 СНиП II-23-81*, согласно которому: расчетные длины lef элементов плоских ферм и связей, за исключением элементов перекрестной решетки ферм в плоскости фермы равны l для поясов, опорных раскосов и опорных стоек, 0,8×l для прочих элементов решётки; из плоскости фермы равны l1 (l - геометрическая длина элемента, т.е. расстояние между центрами узлов; l1 - расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы).

Расчетная длина lx опорного раскоса равна половине его геометрической длины, т. к. элемент закреплен в середине дополнительным раскосом от смещения в плоскости фермы.

При подборе сечений всех элементов фермы учитывается также величина предельной гибкости [l] согласно п.п. 6.15 и 6.16 СНиП II-23-81*.

Значение предельной гибкости, установленное в нормах, зависит от назначения стержня и степени его загружения ,

где N – расчётное усилие,

j×A×Ry×gc – несущая способность стержня;

[l]=180-60×a – сжатые пояса, опорные стойки и раскосы из парных уголков высотой до 50м, передающие опорные реакции (где a³0,5).

[l]=210-60×a – прочие сжатые стержни ферм (где a³0,5).

[l]=220 –  Верхние пояса ферм, незакрепленные в процессе монтажа (предельную гибкость после завершения монтажа.

Большие значения гибкости принимаются при меньших усилиях.

Задавшись гибкостью λ=80, по таблице 72 СНиП [1] определяем соответствующее значение  φ=0,686 и  требуемую площадь сечения по формуле:

где : N - расчетное усилие, кН;

Ry=25 кН/см2 – расчетное сопротивление, определяемое по таблице 51* СНиП; 
γс=0,95 – коэффициент условий работы.

По вычисленной Атр принимаем сечение из двух парных уголков по Приложению 6 [5].

Для принятого сечения вычисляем фактические гибкости:

 
-предельная гибкость по  п. 6.15 и табл.19 СНиП [2]; 
где:

 По большей из вычисленных  гибкостей λх по таблице 72 СНиП [1] определяем величину φmin и проверяем принятое сечение на устойчивость. Величину γс=0,95 принимаем по таблице 6 (п.6а)  СНиП [1].

Проверяем принятое сечение на устойчивость:

- проверка  выполнена

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.1 Подбор сечений элементов фермы.

 

Элемент		Расчетное усилие	Сечение	А, см2	Длины			ix	iy	λx	λy	λu	фmin	γс	Несущая способность, кН	Запас надежности, %
					l	lx	ly
В.П.	3-6	-294.2	2L110x8	34,4	300	300	600	3,39	4,87	88,49	123,15	147,22	0,403	0,95	316,1	6,9 %
	2-3	0,0	2L100x8	31	280	280	580	3,07	4,47	91,2	129,75	150,0		0,95		3,1%
Н.П.	1-4	179.2	2L50x5	9,6	580	580	880	1,53	2,45	379,08	359,18	400,0		0,95	218,88	18 %
	4-7'	332.8	2L75x6	17,4	300	300	880	2,3	3,44	130,43	232,55	400,0		0,95	400,9	16,5%
Раскосы	1-3	-197	2L80x6	18,76	360	180	360	2,47	3,65	72,78	98,63	139,71	0,541	0,95	231,82	15%
	3-4	163.9	2L50x5	9,6	375	300	375	1,53	2,45	196,08	153,06	400,0		0,95	218,88	25,2%
	4-6	-54.7	2L63x5	12,26	375	300	375	1,94	2,96	154,64	126,69	173,5	0,276	0,8	64,97	15,8%
Стойки	4-5;7'-6	-57.6	2L50x5	9,6	220	176	220	1,53	2,45	115,03	89,80	176,1	0,449	0,8	82,76	30,4%

 

 

6. Расчет сварных соединений в ферме

 

Рассчитываем прикрепления элементов решетки из парных уголков к узловым фасонкам. Сварка полуавтоматическая в нижнем положении; диаметр сварочной проволоки 2 мм. Согласно таблице 55* [2] для конструкции группы 1 (по узловым фасонкам) из стали С255 в климатическом районе II5 принимаем флюс АН-348-А по ГОСТ 9087-81* и сварочную проволоку Св-08А по ГОСТ 2246-70*. Расчетные сопротивления: Rwf = 18 кН/см2 по таблице 56 [2] и Rwz = 0,45·Run = 0,45·38 = 17,1 кН/см2 (Run = 380 МПа = 38 кН/см2 для фасонного проката из стали С255 толщиной до 12 мм согласно таблице 51* [2]).

Требуемую расчетную длину швов для прикрепления одного уголка элемента решетки вычисляем по формулам (120) и (121) п. 11.2*согласно [2].

По прочности металла шва

;

По прочности металла границы сплавления

.

Коэффициенты: при kf = 4-8 мм согласно таблице 34*[2].

Согласно п. 11.2 [2] gwf = 1 и gwz = 1, по таблице 6* [2] gс = 1, так как рассматриваемый случай в таблице отсутствует. Большую из вычисленных для каждого элемента распределяем на обушок и перо.

  

Вычисление длин швов для прикрепления элементов решетки выполнено в виде таблицы 6.1

Таблица 6.1 Вычисление длин швов для прикрепления элементов решетки

Элемент	N, кН	Сечение	kf, см	lwf, см	lwz, см	lwоб, см	lwперо, см	Примечание
1-3	-197	2L80x6	0,5	12,2	10,9	10,0	5,0	---
3-4	163,9	2L50x5	0,4	12,6	11,4	10,0	5,0	---
4-6	-54,7	2L63x5	0,4	4,2	3,8	4,0	3,0	Констр
4-5	-57,6	2L50x5	0,4	4,4	4,0	5,0	3,0	Констр
1-4	179,2	2L50x5	0,4	13,8	12,5	11,0	6,0	---
4-7'	332,8	2L75x6	0,5	20,54	18,5	16,0	8,0	---
3-5;5-6	-294,2	2L110x8	0,6	15,1	13,7	12,0	6,0	---