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 = ÞкН;

Сечение Б-Б:

å у  ÞкН;

å x = ÞкН;

Сечение В-В:

ÞкН;

å x = ÞкН;

Сечение Г-Г:

Þ

ÞкН;

Сечение Д-Д:

;

;

 ÞкН;

Сечение E-E:

å у = Þ

кН;

å x Þ

кН;

Сечение Ж-Ж:

Þ

кН;

Сечение З-З:

å х = ÞкН;

å у ÞкН;

Сечение И-И:

;

;

 ÞкН;

Сечение К:

å у = ÞкН;

. 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    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N    -694.593 -810.358 -810.358 -810.358 -926.124 -926.124 -926.124 -1041.88 -1041.88 -1041.88  |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      11-1     11-2     11-3     12-1     12-2     12-3     13-1     13-2     13-3     14-1  |

|            6        6        6        5        5        5        4        4        4        3    |

|            5        5        5        4        4        4        3        3        3        2    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N     1032.75  1032.75  1032.75  1032.75  1032.75  1032.75  918.     918.     918.     803.25   |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      14-2     14-3     15-1     15-2     15-3     16-1     16-2     16-3     17-1     17-2  |

|            3        3        2        2        2        1        1        1       11       11    |

|            2        2        1        1        1       11       11       11       10       10    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N     803.25   803.25   688.5    688.5    688.5    688.5    688.5    688.5    803.25   803.25   |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      17-3     18-1     18-2     18-3     19-1     19-2     19-3     20-1     20-2     20-3  |

|           11       10       10       10        8        8        8        8        8        8    |

|           10        9        9        9        9        9        9        7        7        7    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N     803.25   918.     918.     918.     1032.75  1032.75  1032.75  1032.75  1032.75  1032.75  |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      21-1     21-2     21-3     22-1     22-2     22-3     23-1     23-2     23-3     24-1  |

|           17       17       17       18       18       18       19       19       19       20    |

|            8        8        8        9        9        9       10       10       10       11    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N                                15.3     15.3     15.3     30.6     30.6     30.6     45.9     |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      24-2     24-3     25-1     25-2     25-3     26-1     26-2     26-3     27-1     27-2  |

|           20       20       12       12       12       13       13       13       14       14    |

|           11       11        1        1        1        2        2        2        3        3    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------------------------

Разработан SCAD Soft                                                                                Dec 11 10:46:09 2013      6                основная сxема     6.0002                            

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|                               У С И Л И Я /НАПРЯЖЕНИЯ/ В ЭЛЕМЕНТАХ                               |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      24-2     24-3     25-1     25-2     25-3     26-1     26-2     26-3     27-1     27-2  |

|           20       20       12       12       12       13       13       13       14       14    |

|           11       11        1        1        1        2        2        2        3        3    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N     45.9     45.9     122.4    122.4    122.4    45.9     45.9     45.9     30.6     30.6     |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      27-3     28-1     28-2     28-3     29-1     29-2     29-3     30-1     30-2     30-3  |

|           14       15       15       15       16       16       16        1        1        1    |

|            3        4        4        4        5        5        5       20       20       20    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N     30.6     15.3     15.3     15.3                               -130.05  -130.05  -130.05   |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      31-1     31-2     31-3     32-1     32-2     32-3     33-1     33-2     33-3     34-1  |

|           11       11       11       10       10       10        9        9        9        1    |

|           19       19       19       18       18       18       17       17       17       13    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N    -123.589 -123.589 -123.589 -118.759 -118.759 -118.759 -115.765 -115.765 -115.765 -130.05   |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

| 001_      34-2     34-3     35-1     35-2     35-3     36-1     36-2     36-3     37-1     37-2  |

|            1        1        2        2        2        3        3        3        4        4    |

|           13       13       14       14       14       15       15       15       16       16    |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N    -130.05  -130.05  -123.589 -123.589 -123.589 -118.759 -118.759 -118.759 -115.765 -115.765  |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|           37-3                                                                                   |

|            4                                                                                     |

|           16                                                                                     |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

|1 - "узл"                                                                                         |

|  N    -115.765                                                                                   |

---------------------------------------------------------------------------------------------------

Разработан SCAD Soft                                                                                Dec 11 10:46:09 2013      6                основная сxема     6.0003                           

-----------------------------------------------------------------------                           

|             МАКСИМАЛЬНЫЕ УСИЛИЯ /НАПРЯЖЕНИЯ/ В ЭЛЕМЕНТАХ             |                           

|                           РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ                            |                           

-----------------------------------------------------------------------                           

|     |              max +            |             max -              |                           

| Имя |----------------------------------------------------------------|                           

|     | Величина | Элем.| Сеч.| Нагp. | Величина | Элем.| Сеч.| Нагp.  |                           

-----------------------------------------------------------------------                           

| N     1032.75      11      1      1   -1041.8      10      1      1  |

------------------------------------------------------------------------

7. Кристалл

Верхний пояс

Общие характеристики

Группа конструкции по таблице 50* СНиП: 2

Сталь: C245 - лист 2-20 мм

Расчетное сопротивление стали Ry= 24,0 кН/см2

Коэффициент условий работы 0,95

Коэффициент надежности по ответственности 0,95

Предельная гибкость для сжатых элементов: 220

Предельная гибкость для растянутых элементов: 220

Сечение

Сечение: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L150x10

Геометрические характеристики сечения

Длина элемента 3,027 м

Закрепление

Отношение l/L в плоскости XOY 1,0

Отношение l/L в плоскости XOZ 1,0

Результаты расчета по комбинациям загружений= -1041,9 кН= 0,0 Т*м= 0,0 кН= 0,0 Т*м= 0,0 кН

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,949233 - устойчивость при сжатии в плоскости XoZ (XoV) )

Нижний пояс

Общие характеристики

Группа конструкции по таблице 50* СНиП: 2

Сталь: C245 - лист 2-20 мм

Расчетное сопротивление стали Ry= 24,0 кН/см2

Коэффициент условий работы 0,8

Коэффициент надежности по ответственности 0,95

Предельная гибкость для сжатых элементов: 220

Предельная гибкость для растянутых элементов: 220

Сечение

Сечение: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L120x12

Геометрические характеристики сечения

Длина элемента 3,0 м

Закрепление

Отношение l/L в плоскости XOY 1,0

Отношение l/L в плоскости XOZ 1,0

Результаты расчета по комбинациям загружений= 1032,75 кН= 0,0 Т*м= 0,0 кН= 0,0 Т*м= 0,0 кН

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,925718 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Раскосы

Общие характеристики

Группа конструкции по таблице 50* СНиП: 2

Сталь: C245 - лист 2-20 мм

Расчетное сопротивление стали Ry= 24,0 кН/см2

Коэффициент условий работы 0,95

Коэффициент надежности по ответственности 0,95

Предельная гибкость для сжатых элементов: 220

Предельная гибкость для растянутых элементов: 220

Сечение

Сечение: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L75x7

Геометрические характеристики сечения

Длина элемента 3,4 м

Закрепление

Отношение l/L в плоскости XOY 1,0

Отношение l/L в плоскости XOZ 1,0

Результаты расчета по комбинациям загружений= -130,05 кН= 0,0 Т*м= 0,0 кН= 0,0 Т*м= 0,0 кН

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,947271 - устойчивость при сжатии в плоскости XoZ (XoV) )

Стойки

Общие характеристики

Группа конструкции по таблице 50* СНиП: 2

Сталь: C245 - лист 2-20 мм

Расчетное сопротивление стали Ry= 24,0 кН/см2

Коэффициент условий работы 0,8

Коэффициент надежности по ответственности 0,95

Предельная гибкость для сжатых элементов: 220

Предельная гибкость для растянутых элементов: 220

Сечение

Сечение: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L45x4

Геометрические характеристики сечения

Длина элемента 2,0 м

Закрепление

Отношение l/L в плоскости XOY 1,0

Отношение l/L в плоскости XOZ 1,0

Результаты расчета по комбинациям загружений

N = 122,4 кН

My = 0,0 Т*м

Vz = 0,0 кН= 0,0 Т*м= 0,0 кН

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,870151 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Литература

1. ГОСТ 22353-77 - ГОСТ 22356-77. Болты и гайки высокопрочные. Шайбы / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1977. 28с.

. Кузин Н.Я. Проектирование и расчёт стальных ферм и покрытий промышленных зданий. М.: Изд-во АСВ, 1998.-184 с.

. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / под редакцией Е.И. Беленя. - 6-е изд. - М. : Стройиздат, 1985-560 с.

. Нехаев Г.А. Примеры расчёта соединений и элементов стальных конструкций: Учебное пособие. - Тула: ТулПИ, 1988.-104 с.

. Нехаев Г. А. Проектирование элементов балочной клетки.- Тула: РИО ТулГУ, 2005.-71с.

. Проектирование металлических конструкций: Спец. курс. Учебное пособие для вузов. /под редакцией В.В. Бирюлева, И.И. Крылов, А. И. Сильвестров. - Л. : Стройиздат, 1990-432 с.

. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. 36с.

. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. М: ЦИТП, 1991.-96 с.

. СП 53-102-2004 к СНиП II - 23 - 81* / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. 148с.

. Стальные конструкции. Справочник конструктора. Под ред. Н. П. Мельникова. Изд. 2-е, М., Стройиздат, 1972. - 328с.

. Мандриков А. П., Лялин И. М. Примеры расчёта металлических конструкций: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Стройиздат, 1982, - 312с.