Курс «Металлические конструкции»

Курс «Металлические конструкции»

 

 

«ФЕРМА ПОКРЫТИЯ ОДНОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ»

Пояснительная записка к курсовой работе

 

 

Выполнил – студент группы 514-З_______      

Руководитель – к.т.н., доцент Б.Н. Ягнюк             

 

Петрозаводск 2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на проектирование……………………………………………………………………..3

1 Разработка схемы покрытия………………………………………………………………...4

1.1 Размещение колонн в плане…………………………………………………………….4

1.2 Выбор схемы связей по покрытию……………………………………………………..4

2 Расчет и конструирование фермы покрытия………………………………………………5

2.1 Сбор нагрузок на покрытие……………………………………………………………..5

2.1.1 Постоянная нагрузка от собственного веса конструкций покрытия…………...5

2.1.2 Временная - снеговая нагрузка…………………………………………………...6

2.2 Определение усилий в стержнях фермы……………………………………………….6

2.3 Подбор сечений стержней………………………………………………………………8

3 Расчет и конструирование узлов фермы………………………………………………….22

3.1 Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам фермы………………………………………………………………………………….22

3.1.1 Промежуточные узлы…………………………………………………………….23

3.1.2 Узлы в местах изменения сечения поясов………………………………………28

3.2 Опорные узлы…………………………………………………………………………...32

3.3 Укрупнительные узлы………………………………………………………………….34

Список использованных источников………………………………………………………….39

 

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПОКРЫТИЯ

 

1.1 Размещение колонн в плане

Размещение колонн в плане принимается с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов. Оно должно быть увязано с габаритами технологического оборудования, его расположением и направлением грузопотоков. Колонны размещают так, чтобы вместе с ригелями они образовывали поперечные рамы – основные элементы каркаса.

Рисунок 1 - Размещение колонн в плане

 

Выбор схемы связей по покрытию

Связи между фермами, обеспечивая общую пространственную жесткость каркаса, повышают устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм, осуществляют перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам на соседние рамы, упрощают монтаж, сохраняют заданную геометрию каркаса, обеспечивают восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок. Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей (рисунок 2 – 4).

 

Рисунок 2 - Схема связей по верхним поясам ферм

 

 

Рисунок 3 - Схема связей по нижним поясам ферм

 

Рисунок 4 - Схема вертикальных связей между фермами

 

 

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ

Сбор нагрузок на покрытие

Подбор сечений стержней

       Сечения стержней фермы запроектированы таврового сечения из двух спаренных уголков. Расстояние между обушками уголков определяются толщиной фасонок, которые назначаются по максимальному усилию в стержнях решётки. Толщина фасонок принимается одинаковой для всех узлов фермы – 14 мм (согласно таблице 9.2 [1]). Для фасонок, в соответствии с указаниями таблицы В.1 СП16, принимаем сталь С255.

Сечение верхнего пояса фермы подбирают по наибольшему усилию и при заданном пролете 36 м один раз изменяют в узле 4, с наибольшим перепадом усилий в панелях пояса.

       Требуемая площадь верхнего сжатого пояса:

где

N  – наибольшее расчетное усилие для принятого участка пояса с постоянным сечением;

j – коэффициент устойчивости, для получения которого задаемся гибкостью, в пределах рекомендуемых для поясов: ;

 – коэффициент условий работы;

R_y – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию. Для решетки и поясов принимаем сталь С245 (согласно таблице В.1 СП16) с расчетным сопротивлением растяжению, сжатию R_y=240МПа= 24кН/см²(согласно таблице В.5 СП16).   

       Условная гибкость:

Тогда  (по таблице Д.1 СП16), для типа сечения с (см. таблицу 7 СП16).

 

 

1,5,6 – центрально-сжатые стержни верхнего пояса.

Расчет ведем по 6 стержню с :

По сортаменту подбираем равнополочный уголок при условии, что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 160х10:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице Д1 (СП 16) находим фактический коэффициент устойчивости .

 

Проверка устойчивости:

Расчетное напряжение:

Проверка по предельной гибкости:

Сечение из 2 равнополочных уголков 160х10 принято.

       8,10,13 – центрально-сжатые стержни верхнего пояса.

 

Расчет ведем по 10 стержню с :

По сортаменту подбираем равнополочный уголок при условии, что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 180х12:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице находим

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Предельная гибкость:

Сечение из 2 равнополочных уголков 180х12 принято.

       Сечение нижнего пояса, как и верхнего один раз меняют в узле с наибольшим перепадом усилий в смежных панелях (узел 19).

       Требуемая площадь нижнего растянутого пояса:

где

N  – наибольшее расчетное усилие для принятого участка пояса с постоянным сечением;

 – коэффициент условий работы;

R_y – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию. Для решетки и поясов принимаем сталь С245 (согласно таблице В.1 СП16) с расчетным сопротивлением растяжению, сжатию R_y = 240 Н/мм² = 24 кН/см² (согласно таблице В.5 СП16).

 

       32 – стержень центрально-растянут с :

По сортаменту подбираем неравнополочные уголки, соединенные узкими полками, при условии что

Принимаем сечение из двух неравнополочных уголков 90х56х8, соединяемых узкими полками:

Радиусы инерции принятого сечения:

 (для сечения пояса)

(для сечения пояса из двух уголков, соединенных узкими полками)
Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

 

Предельная гибкость:

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Сечение из 2 неравнополочных уголков 125х80х8 принято.

 

       33,34 – центрально-растянутые стержни нижнего пояса.

Расчет ведем по 34 стержню с :

По сортаменту подбираем неравнополочные уголки, соединенные узкими полками, при условии что

Принимаем сечение из дух неравнополочных уголков 180х110х10:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

1200см

Фактическая гибкость стержня:

Предельная гибкость:

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Сечение из 2 неравнополочных уголков 180х110х10 принято.

 

 

       Сечение опорного раскоса (раскос 3 с ) подбирается аналогично верхнему поясу.

Расчетные длины этого раскоса , где l =453,4см – геометрическая длина раскоса.

Задаемся гибкостью .

Условная гибкость:

Тогда  (по таблице Д.1 СП16), для типа сечения с.

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем неравнополочные уголоки, соединенные широкими полками, при условии, что

Принимаем сечение из двух неравнополочных уголков 180х110х12, соединяимых длинными полками:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице находим

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Предельная гибкость:

Сечение из 2 неравнополочных уголков 180х110х12 принято.

Сечение растянутых раскосов подбирается аналогично элементам нижнего пояса.

26 – растянутый раскос  

Усилие :

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем равнополочные уголки, при условии что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 80х6:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Сечение из 2 равнополочных уголков 80х6 принято.

27 – растянутый раскос  с :

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем равнополочные уголки, при условии что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 50х5:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Сечение из 2 равнополочных уголков 50х5 принято.

 

       Сечение сжатых элементов решетки – раскосов и стоек подбирают аналогично элементам верхнего пояса. Только коэффициент условий работы в формуле  принимается , если гибкость стержня , а расчетные длины  и  принимаются следующие ; , где l – геометрическая длина раскоса.

Задаемся гибкостью .

Условная гибкость:

Тогда  (по таблице Д.1 СП16), тип сечения  с.

7 – сжатый раскос  с :

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем равнополочные уголки

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 125х8:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице находим

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

 

Предельная гибкость:

Сечение из 2 равнополочных уголков 125х8принято.

11 – сжатый раскос с :

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем равнополочные уголоки, при условии, что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков минимального сечения 90х6:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице находим

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Предельная гибкость:

Так, как в раскосе может действовать растягивающее усилие N= 34,53 кН, то необходимо выполнить проверку его прочности на растяжение:

Максимальная условная гибкость стержня:

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Сечение из 2 равнополочных уголков 90х6 принято.

28 – сжатый раскос с :

Требуемая площадь:

 

По сортаменту подбираем равнополочные уголоки, при условии, что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 100х6,5:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице находим

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Предельная гибкость:

Так, как в раскосе может действовать растягивающее усилие N= 18 кН, то необходимо выполнить проверку его прочности на растяжение:

Максимальная условная гибкость стержня:

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

 

Сечение из 2 равнополочных уголков 100х6,5 принято.

4 – сжатая стойка с :

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем равнополочные уголоки, при условии, что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 70х5:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице находим

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Предельная гибкость:

Сечение из 2 равнополочных уголков 70х5 принято.

9 – сжатая стойка с :

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем равнополочные уголоки, при условии, что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков минимального сечения 75х5:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

По таблице находим

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Предельная гибкость:

Сечение из 2 равнополочных уголков 75х5 принято.

Средняя стойка (стержень 12) – укрупнительный стык делается из крестового соединения 2 равнополочных уголков.

           

12 – растянутая стойка с :

Требуемая площадь:

По сортаменту подбираем равнополочные уголки, при условии что

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 50х5:

Радиусы инерции принятого сечения:

Расчетные длины стержня:

Фактическая гибкость стержня:

Максимальная условная гибкость стержня:

Выполняем проверку:

Расчетное напряжение:

Сечение из 2 равнополочных уголков 50х5 принято.

 

Результаты подбора сечений заносим в таблицу 3.

Таблица 3 – Подбор сечения элементов ферм

Элемент	№ стержня	Расчетное усилие	Сечение	Площадь сечения А, см²	Расчетные длины, см		Радиусы инерции, см		Гибкости		Предельная гибкость		, кН/см²	, кН/см²
Верхний пояс	1	-882,44	2L160х10	62,8	300	300	4,96	7,04	60,50	42,60	132	0,732	19,2	24
	5
	6
	8	-1191,25	2L180х12	84,4	300	300	5,59	7,84	53,67	38,27	131,94	0,783	18,09	24
	10
	13
Нижний пояс	32	533,02	2L90х56х8	22,36	600	600	1,56	4,7	384,6	127,7	400	-	23,83	24
	33	1204,31	2L180х110х10	56,6	600	1200	3,12	8,77	192,3	136,8	400	-	21,28	24
	34
Раскосы	3	-688,14	2L180х110х12	67,4	436,2	436,2	5,77	4,47	75,6	97,58	129,84	0,509	20,06	24
	26	447,15	2L80х6	18,76	453,4	453,4	2,47	3,8	183,56	119,32	400	-	23,84	24
	27	141,11	2L50х5	9,6	491,9	491,9	1,53	2,61	321,50	188,47	400	-	14,70	24
	7	-290,53	2L125х8	39,4	393,52	491,9	3,87	5,6	101,68	87,84	162,12	0,481	15,33	19,2
	11	-74,43	2L90х6	21,2	425,92	532,4	2,78	4,19	153,21	127,06	169,2	0,268	13,1	19,2
	28	-132,28	2L100х6,5	25,6	425,92	532,4	3,09	4,57	137,84	116,5	159,24	0,318	16,25	19,2
Стойки	4	-79,14	2L70х5	13,72	291,92	364,9	2,16	3,38	135,15	107,96	154,86	0,327	17,64	19,2
	9	-79,14	2L75х5	14,78	331,92	414,9	2,31	3,57	143,69	116,22	167,94	0,398	13,45	19,2
	12	113,33	2L50х5	9,6	458,5		1,92		238,8		400	-	11,81	24

Промежуточные узлы

Все стержни центрируют по осям центров тяжести, округляя их расстояние до обушка до 5мм. Угол между кромкой и телом стержня a принимается не менее 15^°. Расстояние между краями элементов решетки и пояса принимается равным  (здесь t=14мм – толщина фасонки). Принимаем . Сварные швы, прикрепляющие элементы решетки фермы к фасонкам, выводятся на торец элемента на длину 20мм.

       Очертания всех фасонок промежуточных узлов следует принимать прямоугольными. Верхнюю кромку фасонки для удобства наложения шва выпускают выше уголков на 15мм. Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, выполняют по всей длине фасонки и принимаются с минимальной высотой катета  (при t_max=14мм) по таблице 38 СП16.

 

Узел №2 (см. рисунок 7)

, принимаем

, принимаем

, принимаем

, принимаем

Рисунок 7 - Узел 2

 

Длиной швов прикрепляющих раскосы определяется размер фасонки:

Проверяем швы, прикрепляющие фасонку к поясу, на разность усилий в смежных панелях пояса, при этом ширину площадки через которую передается вертикальная нагрузка на верхний пояс принимаем равной 120 мм:

 – ширина уголка

Условие выполняется.

 

Узел №3 (см. рисунок 8)

, принимаем

, принимаем

Рисунок 8 - Узел 3

 

Длиной швов прикрепляющих раскосы определяется размер фасонки:

 

Проверяем швы, прикрепляющие фасонку к поясу, на разность усилий в смежных панелях пояса:

 – ширина уголка

Условие выполняется.

 

Узел №5 (см рисунок 9)

, принимаем

, принимаем

Рисунок 9 - Узел 5

 

Длиной швов прикрепляющих раскосы определяется размер фасонки:

Проверяем швы, прикрепляющие фасонку к поясу, на разность усилий в смежных панелях пояса:

 – ширина уголка

Условие выполняется.

 

Узел №6 (см. рисунок 10)

, принимаем

, принимаем

, принимаем

, принимаем

Рисунок 10 - Узел 6

 

 

Длиной швов прикрепляющих раскосы определяется размер фасонки:

Проверяем швы, прикрепляющие фасонку к поясу, на разность усилий в смежных панелях пояса, при этом ширину площадки через которую передается вертикальная нагрузка на верхний пояс принимаем равной 120 мм:

 – ширина уголка

Условие выполняется.

Узел №18 (см. рисунок 11)

, принимаем

, принимаем

, принимаем

, принимаем

, принимаем

, принимаем

Рисунок 11 - Узел 18

 

Длиной швов прикрепляющих раскосы и стойку определяется размер фасонки:

Проверяем швы, прикрепляющие фасонку к поясу, на разность усилий в смежных панелях пояса:

Условие выполняется.

 

 

Опорные узлы

 

Соединение фермы с колонной производится на обычных болтах. Верхний опорный узел проектируется таким образом, чтобы ось центра тяжести верхнего пояса совпадала с центром тяжести шва, прикрепляющего верхнюю фасонку к верхнему фланцу, т.е. верхний фланец должен быть симметричен относительно оси центра тяжести верхнего пояса. Расстояние между фланцем и торцом пояса принимается равным

Узел №1

Для крепления верхнего пояса к фасонке (стержень №1) из двух равнополочных уголков 160х10 принимаем:

катет сварного шва по перу ;

катет сварного шва по обушку ;

длины швов принимаем минимальными .

       Принимаем количество крепежных болтов равным 4, . Отверстия под болты класса точности «В» принимают на 3 мм больше диаметра болта, т.е. .

Выполняем проверку прочности вертикальных швов, прикрепляющих фасонку к фланцу. Его длина получилась конструктивно из размеров фасонки, а фасонка из размещения швов стержней. Примем катет шва (два шва). V – величина опорной реакции фермы от постоянной и снеговой нагрузки:

Условие выполняется.

 

Узел №20

Швы, прикрепляющие нижний пояс и опорный раскос к фасонке, рассчитываем обычным способом. Эти швы и определяют размеры фасонки в нижнем узле.

, принимаем

, принимаем

, принимаем

, принимаем

 

Выполняем проверку прочности вертикальных швов, прикрепляющих фасонку к фланцу. Его длина получилась конструктивно из размеров фасонки, а фасонка из размещения швов стержней. Примем катет шва (два шва). V – величина опорной реакции фермы от постоянной и снеговой нагрузки:

Условие выполняется.

Количество болтов на нижнем фланце принимается по конструктивным соображениям, исходя из расстановки их на максимальных расстояниях по вертикали: , где d – диаметр отверстия под болты, которые принимаются, как и для верхнего фланца, а t – толщина фланца.

Опорный стол принимаем толщиной 40 мм, а длина определяется длиной сварного шва, прикрепляющего его к колонне:

, принимаем

Величиной k_f  задаемся, принимая ее 10 мм по таблицам 38 СП16.

 

     

Рисунок 14 - Узлы 1 и 20

Укрупнительные узлы

Укрупнительные узлы выполняют на высокопрочных болтах. Горизонтальные и вертикальные накладки назначаются по тем же соображениям, что и для сварных узлов, принимая их равными по сечению полкам поясных уголков.

 

Курс «Металлические конструкции»

 

 

«ФЕРМА ПОКРЫТИЯ ОДНОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ»

12345Следующая ⇒

Поделиться: