Контрольная работа: Стропильная ферма для одноэтажного промышленного здания
Стропильная ферма для одноэтажного промышленного здания
Содержание
1. Исходные данные
. Схемы связей: горизонтальных по верхним и нижним поясам фермы; вертикальных между фермами
. Определение нагрузок на ферму
. Определение усилий в стержнях фермы
. Подбор сечений стержней фермы
.1 Верхний пояс
.2 Нижний пояс
.3 Раскосы
.4 Стойки
. Определение усилий в стержнях фермы с помощью SCAD
. Кристалл
. Список литературы
1. Исходные данные
Необходимо запроектировать стропильную ферму для одноэтажного промышленного здания.
. Пролет фермы: 30 м;
. Шаг фермы: 6 м;
. Тип кровли: холодная;
. Тип фермы: треугольная;
5. Нагрузка от фермы на покрытие:
0,5 
. Тип сечения элементов фермы: пояса и решетка из 2-х уголков;
. Марка стали: С245;
. Снеговой район: II район;
Ферма разделена на 2 отправочные
марки, которые являются одинаковыми и взаимозаменяемыми. Прежде чем принять
расчетную схему фермы необходимо запроектировать узел сопряжения фермы с
колонной. Сопряжение фермы с колонной - шарнирное.
Расчетная схема фермы
. Схемы связей: горизонтальных по
верхним и нижним поясам фермы; вертикальных между фермами
Связи между фермами создают общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости фермы, производят перераспределение нагрузок, приложенных к одной раме на соседнюю раму.
Система связей по покрытию состоит:
из горизонтальных поперечных и продольных связей по верхним и нижним поясам ферм.
Горизонтальные и вертикальные связи устанавливают в крайних рядах температурного отсека ферм и в том шаге, где устанавливаются вертикальные связи по колоннам.
Продольные связи по нижним поясам ферм ставятся в крановом здании.
Вертикальные связи ставятся в
крайних шагах температурного отсека и в том пролете, где есть связи по
колоннам, также связи ставятся по коньку и на опорах.
. Определение нагрузок на ферму
На ферму действуют два вида нагрузок:
) постоянная (от собственного веса конструкций покрытия);
) временная (снеговая).
Величины расчетных нагрузок на 1 м2 (горизонтальной проекции) площади покрытия от собственного веса конструкции и снеговой нагрузки для V снегового района равны:
qр = 0,5 кН/м2;
Pр = 1,2 кН/м2;
Значения погонных равномерно распределенных расчетных нагрузок от собственного веса конструкций и от снега (в кН/м) определяются по формулам:
сн = qр
×
В ; Рпн = Pр ×
B,
где В - шаг ферм (В = 6 м);
qсн = 0,5 × 6 = 3 кН/м;
Рпн = 1,2 × 6 = 7,2 кН/м;
Узловая нагрузка на
промежуточные узлы фермы определяется по формуле:
Fq
= qсн ×
d; Fp
= Pпн ×
d,
где d - длина панели верхнего пояса (d = 3 м);
Fq = 3 × 3 = 9 кН;
Fp = 7,2 × 3 = 21,6 кН;
= Fq + Fp = 9 + 21,6 = 30,6 кН
нагрузка ферма
каркас колонна
4. Определение расчётных усилий в стержнях фермы
Значения усилий определяем
методом сечений.
Опорные реакции определяются по формуле:
= S
Fi / 2,
где S Fi - сумма всех узловых нагрузок на ферму
R = 10·F / 2 = 5·F = 5 × 30,6 = 153 кН.
Сечение А-А:
å у = - 0,5 ·
F +
= 0 Þ
кН;
å x =
Þ
кН;
Сечение Б-Б:
å у 
Þ
кН;
å x =
Þ
кН;
Сечение В-В:
Þ
кН;
å x =
Þ
кН;
Сечение Г-Г:
Þ
Þ
кН;
Сечение Д-Д:
;
;
Þ
кН;
Сечение E-E:
å у = 
Þ
кН;
å x
Þ
кН;
Сечение Ж-Ж:
Þ
кН;
Сечение З-З:
å х = 
Þ
кН;
å у
Þ
кН;
Сечение И-И:
;
;
Þ
кН;
Сечение К:
å у = 
Þ
кН;
|
Элементы фермы |
№ стержня |
Расчетное усилие S, кН |
|
|
|
|
Сжатие |
Растяжение |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Верхний Пояс |
1-3(18-20) 3-5(16-18) 5-7(14-16) 7-9(12-14) 9-11(11-12) |
- 1041,9 -926,1 -810,3 -694,5 -578,8 |
- - - - - |
|
Нижний пояс |
1 - 2 (19 - 20) 2 - 4 (17 -19) 4 - 6 (15 - 17) 6-8 (13-15) 8-10(10-13) |
- - - |
1032,75 1032,75 918 803,2 688,5 |
|
Раскосы |
3 - 4 (17 - 18) 5 - 6 (15 - 16) 7 - 8 (13 - 14) 9-10 (10 - 12) |
-115,2 - 118,7 -123,5 -130,05 |
- - - - - |
|
Стойки |
2-3 (18-19) 4-5 (16-17) 6-7 (14-15) 8-9 (12-13) 10-11 |
- - - - - |
0 15,3 30,6 45,9 122,4 |
. Подбор сечений стержней фермы
.1 Верхний пояс
Принимаем уголки стальные горячекатаные равнополочные по ГОСТ 8509-93. Верхний пояс фермы проектируем без изменения сечения по длине.
Подбор сечения участка 1-11: N1-3 = N18-20 = Nmax = -1041.9 кН.
Принимаем λ = 50, тогда
φ
= 0,852 (при Ry = 240 МПа для стали С245).
см2;
Принимаем профиль сечением 
140 ´ 10 с А =
54,66 см2, iх =4,33см; =
iy = 6,05см.
Проверка гибкости:
Условие не соблюдается.
Принимаем профиль сечением 140
´
12 с А = 64,98 см2, iх =4,31см; iy
= 6,08см.
Условие соблюдается.
Проверяем устойчивость стержня:
кН/см2 < Ry×gc = 24 × 0,9 = 22,8
кН/см2.
Имеем недонапряжение:
.
Окончательно примем профиль сечением
140 ´ 12 с А =
64,98 см2, iх =4,31см; iy = 6,08см.
.2 Нижний пояс
Нижний пояс фермы проектируем без изменения сечения по длине.
Подбор сечения участка 1-10: N1-2 = Nmax = N19-20 = 1032,75 кН.
Требуемая площадь сечения:
см2;
Принимаем профиль сечением 100 ´ 16 с А =
59,36 см2, iх = 2,98см; iy= 4,64 см.
Условие соблюдается.
Проверяем устойчивость стержня:
кН/см2 < Ry×gc = 24 × 0,8 = 19,2
кН/см2.
Имеем недонапряжение:
.
Окончательно примем профиль сечением
100 ´ 16 с А =
59,36 см2, iх = 2,98см; iy= 4,64 см.
.3 Раскосы
Все раскосы сжаты, т.е. [λ] = 200, gс=0,95 (как для сжатого элемента решетки фермы при расчете на устойчивость).
В связи с тем, что раскосы являются самым длинным элементом решетки фермы, подбор сечения будет в первую очередь зависеть от гибкости раскоса.
Подбор сечения участка 9-10: N9-10 = N17-18 = Nmax = -130,05 кН.
Принимаем λ = 80, тогда φ = 0,686(при Ry = 240 МПа для С245).
Требуемая площадь сечения:
см2;
Принимаем профиль сечением 63´4 с А = 9,92
см2, iх =1,95см; iy = 2,85см.
Условие не соблюдается.
Принимаем профиль сечением 75´7
с А = 20,3 см2, iх =2,29см; iy
= 3,4 см.
Условие соблюдается.
Проверяем устойчивость стержня:
кН/см2 < Ry×gc = 24 × 0,95 = 22,8
кН/см2.
Имеем недонапряжение:
.
Окончательно примем профиль сечением
75´7 с А = 20,3
см2, iх =2,29см; iy = 3,4 см.
.4 Стойки
Все стойки фермы растянуты, т.е. [λ] = 400, gс = 0,8.
Подбор сечения участка 10-11: N10-11 = Nmax = 122,4 кН.
Требуемая площадь сечения:
см2;
Принимаем профиль сечением 45´4 с А = 6,96
см2, iх =1,38см; iy = 2,16 см.
Проверка гибкости:
Условие соблюдается.
Проверяем устойчивость стержня:
кН/см2 < Ry×gc = 24 × 0,8 = 19,2
кН/см2.
Имеем недонапряжение:
.
Окончательно примем профиль сечением
45´4 с А = 6,96
см2, iх =1,38см; iy = 2,16 см.
. Определение усилий в стержнях
фермы
Усилия в стержнях фермы определяем с
помощью программного комплекса SCAD.
Единицы измеpения усилий: T
Единицы измеpения напpяжений: T/м**2
Единицы измеpения моментов: T*м
Единицы измеpения pаспpеделенных моментов: T*м/м
Единицы измеpения pаспpеделенных пеpеpезывающих сил: T/м
Единицы измеpения пеpемещений повеpхностей в элементах: м
Используемые обозначения для загружений:,S2, ... - расчетные значения- амплитуда суммарной динамической составляющей нагрузки- шаг нелинейного нагружения
Разработан SCAD SoftDec 11 10:46:09 2013 6
основная сxема 6.0001
----------------------------------------------------------------------------------------------------
| У С И Л И Я /НАПРЯЖЕНИЯ/ В ЭЛЕМЕНТАХ |
---------------------------------------------------------------------------------------------------
| 001_ 1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3 3-1 3-2 3-3 4-1 |
| 7 7 7 17 17 17 18 18 18 19 |
| 17 17 17 18 18 18 19 19 19 20 |
---------------------------------------------------------------------------------------------------
|1 - "узл" |
| N -1041.88 -1041.88 -1041.88 -926.124 -926.124 -926.124 -810.358 -810.358 -810.358 -694.593 |
---------------------------------------------------------------------------------------------------
| 001_ 4-2 4-3 5-1 5-2 5-3 6-1 6-2 6-3 7-1 7-2 |
| 19 19 20 20 20 12 12 12 13 13 |
| 20 20 12 12 12 13 13 13 14 14 |
---------------------------------------------------------------------------------------------------
|1 - "узл" |
| N -694.593 -694.593 -578.827 -578.827 -578.827 -578.827 -578.827 -578.827 -694.593 -694.593 |
---------------------------------------------------------------------------------------------------
| 001_ 7-3 8-1 8-2 8-3 9-1 9-2 9-3 10-1 10-2 10-3 |
| 13 14 14 14 15 15 15 16 16 16 |
| 14 15 15 15 16 16 16 6 6 6 |