Рабочий чертеж стальной фермы покрытия здания

Федеральное агентство по образованию

 

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 159      Новожилов Д.А.

 

 

Преподаватель:        Пронин В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород – 2013

 

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 = 2250 – Zob – Zoh = 2250 – 30 – 20 = 2200 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 1,8 кН/м2) и расчётной нагрузки от покрытия.

Где 3 – ширина грузовой площади прогона, м.

Сталь С245: Ry=240МПа.

Принимаем швеллер № 20 W=152 см3; Ix=1520 см4.

Проверяем прогиб прогона:

Условие выполнено, значит, принимаем швеллер №20 Масса=18,4 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 0,065	1,3     1,2   1,3 1,05 1,05	0,21     0,144   0,0022 0,105 0,068
Итого:	0,447	-	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	1,26		1,8
Общая нагрузка:	1,96	-	2,6

 

 

Полная узловая нагрузка на ферму:

F = 2,6·dр·Вф = 2,6·3·6 = 46,8 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 = 46,8 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 =		γn	Расчетное усилие N∙γn, кН	Элемент		Усилие кН от F =		γn	Расчетное усилие N∙γn, кН
		1	46,8					1	46,8
Верхний пояс	2-3;9-11	0	0,0	1,0	0,0	Раскосы	1-3	-4,046	-189,4	1,0	-189,4
	3-5	-5,227	-244,6	1,0	-244,6		3-4	2,536	118,7	1,0	118,7
	5-6	-5,227	-244,6	1,0	-244,6		4-6	-0,845	-39,5	1,0	-39,5
	6-8	-5,227	-244,6	1,0	-244,6		6-7	-0,845	-39,5	1,0	-39,5
	8-9	-5,227	-244,6	1,0	-244,6		7-9	2,536	118,7	1,0	118,7
Нижний пояс	1-4	3,182	148,9	1,0	148,9	Стойки	4-5	-1	-46,8	1,0	-46,8
	4-7	5,909	276,5	1,0	276,5		7'-6	-1	-46,8	1,0	-46,8
	7-10	3,182	148,9	1,0	148,9		7-8	-1	189,4	1,0	-46,8

 

 

 

Рис. 4.1 Усилия в стержнях от нагрузки в кН.

 

5. Конструирование и расчет элементов фермы

 

Согласно п.п. 2.1, 3.1 и таблицам 50* и 51* для климатического района II5 в качестве материала элементов ферм принимаем сталь С245, а 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.

 

 

 

 

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	-244,6	2L110x7	30,4	300	300	600	3,4	4,78	88,24	125,52	125,8	0,391	0,95	271,01	0,3%
	2-3	0,0	2L90x7	24,6	280	280	580	2,77	3,99	101,08	145,36	150,0		0,95		3,1%
Н.П.	1-4	148,9	2L50x5	9,6	580	580	880	1,53	2,45	379,08	359,18	400,0		0,95	218,88	5,2%
	4-7'	276,5	2L63x5	12,26	300	300	880	1,94	3,25	154,64	270,77	400,0		0,95	279,53	1,1%
Раскосы	1-3	-189,4	2L75x6	17,56	360	180	360	2,3	3,44	78,26	104,65	110,8	0,410	0,95	164,15	5,5%
	3-4	118,7	2L50x5	9,6	375	300	375	1,53	2,45	196,08	153,06	400,0		0,95	218,88	51,0%
	4-6	-39,5	2L63x5	12,26	375	300	375	1,94	2,96	154,64	126,69	173,5	0,276	0,8	64,97	10,9%
Стойки	4-5;7'-6	-46,8	2L50x5	9,6	220	176	220	1,53	2,45	115,03	89,80	176,1	0,449	0,8	82,76	76,8%

 

 

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

Элемет	N, кН	Сечение	kf	lwf	lwz	lwоб	lwпер	Прим.
1-3	-189,4	2L75x6	0,5	11,7	10,5	10,0	5,0	---
3-4	118,7	2L50x5	0,4	9,2	8,3	8,0	4,0	---
4-6	-39,5	2L63x5	0,4	3,1	2,8	4,0	4,0	Констр
4-5	-46,8	2L50x5	0,4	3,6	3,3	4,0	4,0	Констр
1-4	191,9	2L50x5	0,4	14,8	13,4	12,0	6,0	---
4-7'	356,3	2L63x5	0,5	22,0	19,8	17,0	8,0	---
3-5;5-6	-244,6	2L110x7	0,6	12,6	11,4	10,0	5,0	---

 

 

7. Расчёт прокладок.

 

Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют прокладками. Расстояние между прокладками должно быть не более 40i для сжатых элементов и 80i для растянутых, где i – радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной прокладке. При этом в сжатых элементах ставится не менее 2 прокладок. Ширина прокладок, из условия размещения швов, 80 мм, длинна bуг+20 мм, толщина 10 мм (равная толщине фасонки). По возможности число типоразмеров следует принимать минимальным.

 

 

Элемет	N, кН	Сечение	Длина, см				Число прокладок	Размеры прокладок, мм
2-3	0,0	2L90x7	280	3,99	159,6		2	110х80
3-5;5-6	-244,6	2L110x7	300	4,78	191,2		2	130х80
1-4	191,9	2L50x5	580	2,45		196	3	70х80
4-7'	356,3	2L63x5	300	3,25		260	2	90х80
1-3	-189,4	2L75x6	360	3,44	137,6		3	100х80
3-4	118,7	2L50x5	375	2,45		196	2	70х80
4-5	-46,8	2L50x5	220	2,45	98		3	70х80
4-6	-39,5	2L63x5	375	2,96	118,4		4	90х80