расчёт и проектирование металлических стропильных ферм покрытий производственных зданий

Содержание
1 Металлические фермы покрытий здания
2. Разработка схемы и определение ее генеральных размеров
3 Сбор нагрузок, действующих на ферму
4. Определение усилий в стержнях фермы
5. Выбор стали для элементов фермы
6. Подбор сечений элементов фермы
6.1 Определение расчетных длин элементов фермы
6.2 Подбор сечения верхнего, нижнего поясов и стержней решетки фермы
7 Расчет и конструирование узлов, соединений и стыков фермы
7.1 Расчет сварных соединений элементов ферм
7.2 Конструирование соединительных планок в стержнях фермы
7.3. Расчет и конструирование опорных узлов фермы
7.4 Разбивка фермы на отправочные элементы
7.5.Расчет и конструирование заводских и монтажных стыков
8.Подбор сечения и конструирование связей, обеспечивающих пространственную жесткость покрытия здания.
8.1. Разбивка здания на отсеки с температурными швами
8.2. Схема, подбор сечения и конструирование горизонтальных связей по верхним поясам ферм
8.3. Схема, подбор сечения элементов вертикальных связевых ферм
9 Подбор сечения несущих прогонов при прогонном покрытии
ЛИТЕРАТУРА

Опорная плита проектируется обычно квадратной в плане и размещается симметрично относительно вертикальной оси ребер жесткости с целью обеспечения равномерного распределения опорного давления на кирпичную стену или железобетонную колонну.Требуемая площадь опорной плиты определяется как:,(7.4)Aоп – требуемая площадь плиты;Nоп= (1029,0+123,5+612,96+123,5+178,05)*2+123,5 = 4257,52 кН - расчетное опорное усилие (опорная реакция);Rоп = 1,3 кН/см2 - расчетное сопротивления материала опоры сжатию; = 4257,52/1,3 = 3275см2;а – размер плиты в плане: = 3275^0,5 = 57,2см.Расстояние между нижнем поясом и опорной плитой принимается не менее 130 мм для удобства наложения швов по обушкам уголков и уменьшения концентрации напряжений в опорной фасонке. В опорной плите для анкерных болтов высверливаются отверстия, диаметр которых принимается в 2-2,5 раза больше, чем диаметр самих анкеров. Это дает возможность устанавливать ферму при монтаже даже в случае некоторого несовпадения осей заложенных в опоры анкерных болтов с осями отверстий в опорной плите фермы. При диаметре анкеров 25-30 мм отверстия в опорной плите делают диаметром 60-80 мм. После установки ферм на опоры анкерные отверстия прикрывают прямоугольными шайбами, которые приваривают к опорной плите.7.4 Разбивка фермы на отправочные элементыЗаводы изготовителей все металлические конструкции отправляют, как правило, в виде отдельных так называемых отправочных элементов (марок), размеры и масса которых ограничены условиями транспортировки и грузоподъемности применяемых подъемно – транспортных машин.С этой целью при заводском изготовление металлических ферм пролетом более 18,0м их разбивают на несколько отправочных элементов ограниченной длины в зависимости от вида транспорта перевозки этих элементов. Кроме того, ограниченная длина прокатных уголковых профилей (обычно не более 12,0м) вызывают необходимость устройства на заводе – изготовителя ферм заводских стыков на верхних и нижних поясах ферм.На месте строительства отдельные отправочные элементы соединяются между собой в общую конструкцию необходимого размера по длине с помощью устройства монтажныхстыков.Разбивка расчетной фермы представлена на Рис.6.Рис.. Разбивка фермы на отправочные элементы7.5.Расчет и конструирование заводских и монтажныхстыковВ стропильных фермах заводские и монтажные стыки, как правило, устраиваются в узлах. Конструктивно стыки ферм выполняются различно с уголковыми парными накладками, с плоской одинарной накладкой, с плоскими парными накладками и с разрезной фасонкой. Крепление стыковых элементов осуществляется в основном с помощью электросварки. В курсовом проекте используем стык с плоской одинарной накладкой. Стыкуемые поясные уголки перекрывается листовой накладкой и узловой фасонкой. В плане листовая накладка имеет вырезы по концам для того, чтобы при ее сварки с поясными уголками были наложены дополнительные швы с выводом на обушки уголков.Заводские и монтажные стыки должны быть равнопрочными стыкуемыми элементами. Для этого необходимого соблюдать следующие основные условия. Площадь поперечного сечения стыковых элементов должна быть не менее площади поперечного сечения стыкуемых поясов. Сечение листовых стыковыхнакладок подбирается по следующей зависимости:,(7.5)Апояса – площадь поперечного сечения верхнего или нижнего пояса фермы; В – ширина листовой накладки , определяется по .Для верхнего пояса, В = 316 мм = 31,6см; Апояса = 98,2 см2, тогдаtH =98,2 /31,6 = 3,11смДля нижнего пояса, В = 391мм =39,1см; Апояса = 77,6 см2tH =77,6 /39,1 = 1,98см2Рис.8. К определению листовых стыковых накладок:а)для верхнего поясаб) для нижнего поясаПрикрепление накладки к стыкуемым поясам рассчитывается на величину предельного усилия Nпр , которое могут воспринять поясные уголки нижнего и верхнего поясов. При этом величина предельного усилия для верхнего сжатого пояса определяется :,(7.6)а для нижнего пояса:(7.7)На величину предельного усилия рассчитывается и длина сварного шва крепления стыковых накладок к поясным уголкам, по формуле (7.1):.Рассчитаем придельное усилие и длину сварного шва:А) для верхнего пояса:Nпр = 0,795*98,2*24 = 1874 кНLw = 1874*0,95/0,7/1,0/0,95/1,0/18 = 149см.Б) для нижнего пояса:Nпр = 77,6*24 = 1862,4 кНLw = 1862,4*0,95/0,7/1,0/0,95/1,0/18 = 148см.8.Подбор сечения и конструирование связей, обеспечивающих пространственную жесткость покрытия здания.Отдельно стоящая плоская решетчатая ферма, не закрепленная с соседними, нести нагрузку не может, так как не обеспечена ее общая устойчивость и поэтому она не будет выполнять несущие функции в покрытии здания. Для придания ферме необходимой устойчивости ее присоединяют к конструкции, обладающей большей пространственной жесткостью. Такой конструкцией является блок, образованный двумя смежными фермами, связанными между собой в плоскости верхних поясов горизонтальными крестовыми связями и распорками. К такому жесткому блоку посредством прогонов или распорок присоединяют верхние пояса всех остальных свободно стоящих ферм. Такие жесткие блоки устанавливаем у торцов каждого отсека, разделенного температурными швами, и по длине здания на расстоянии, не превышающем60 м.8.1. Разбивка здания на отсеки с температурными швамиПри большой длине здания в элементах конструкции: стенах, панелях покрытия, прогонах и т.д., деформации от температурных воздействий могут быть значительными. Большие температурные деформации могут вызывать повреждение стен, кровли, расстройство стыков и т.д. В связи с этим по длине здания устраиваем температурные швы (). При наличии таких швов температурные деформации уменьшаются до величин не вызывающих повреждений конструкции. Расстояние между температурными швами назначаем в зависимости от типа каркаса здания и климатического района его строительства, в нашем случае расстояние между температурными швами 60м.Ось температурного шва совмещаем с осью основной сетки колонн, смещая ближайшие колонны с оси шва на 500мм. Две соседние фермы у шва также устанавливаем на расстоянии 500мм по обе стороны от его оси.Рис.9. Схема распределения температурных швов по длине здания8.2. Схема, подбор сечения и конструирование горизонтальных связей по верхним поясам фермВсе связи покрытия здания подразделяются на горизонтальные, расположенные в плоскости верхних и нижних поясов, и на вертикальные – между фермами и колоннами.Горизонтальные и вертикальные связи предназначены для:а) обеспечение геометрической неизменяемости сооружения как при монтаже, так и при эксплуатации;б) обеспечения устойчивости верхних сжатых поясов из плоскости фермы;в) восприятия и распределения между элементами всех горизонтальных нагрузок.Горизонтальные связи по верхним поясам служат для создания жестких пространственных блоков и для обеспечения устойчивости верхнего пояса из плоскости фермы.В зданиях без крановой нагрузки элементы горизонтальных связей по верхним поясам ферм проектируются обычно с крестовой решеткой из одиночных уголков. Стойками в горизонтальных связевых фермах являются прогоны, в без прогонных покрытиях – из уголкового профиля. Схема горизонтальных связей выбирается в зависимости от типа покрытия, пролета и шага ферм (Рис.9)Рис.. Схема ячейки горизонтальных связей по верхним поясам ферм в жестких блоках:1 – уголковая распорка таврового сечения из двух уголков;2 – крестовые связи из одиночных уголков;3 – верхний пояс основных стропильных фермРаскосы крестовой решетки подбираем из одиночных уголков по предельной гибкости как для растянутых элементов по следующей зависимости: ,(8.1)i0 – радиус инерции сечения уголка относительно оси 0-0;lp = 424,3см – расчетная длина крестовой связи;пр = 400 – предельная гибкость для растянутых элементов связей;.= 424,3/400 = 1,06 см.Затем по определенной величине iо по сортаменту уголковых калибров подбираем ближайший калибр уголкового профиля.Выбираем калибр уголка 56х56х5, А= 5,41см2.Распорки горизонтальных связей в жестких блоках при беспрогонном покрытии подбираются по предельной гибкости как для сжатых элементов и компонуются из двух уголков.Сечение распорок в жестких блоках подбирается по зависимости (8.1), которой: – радиус инерции таврового сечения из двух уголков относительно вертикальной оси, см; – расчетная длина распорок в жестком блоке, м; принимается равной шагу ферм = 600 см; – предельно допустимая гибкость для сжатых элементов горизонтальных связей в жестких блоках, = 200.Имеем: = 600/200 = 3,0 см.Принимаем уголок 100х12, = 3,09 см, А = 12,82 см2.Горизонтальные промежуточные распоркираспорки, которые служат для присоединения верхних поясов стропильных свободно стоящих ферм к жестким блокам, подбираются по предельной гибкости как для растянутых элементов =400 и проектируются таврового сечения из двух уголков.Это связано с тем, что в каждом температурном отсеке здания все фермы ограничены жесткими блоками с обеих сторон. При отклонении на монтаже, например, одного из верхних поясов фермы из вертикальной плоскости вправо распорка, расположенная справа может потерять устойчивость и выключиться из работы.Тогда в распорке слева возникает горизонтальное растягивающее усилие, поэтому все левые распорки будут работать на растяжение. При отклонении верхнего пояса фермы влево будут включаться в работу распорки, расположенные справа от рассматриваемой фермы. Поэтому тавровое сечение промежуточных распорок подбирается по предельной гибкости как для растянутых элементов для =400.Расчетная длина принимается равной шагу ферм, тогда из зависимости (8.1) имеем: = 600/400 = 1,5 см.Принимаем уголок 50х5,5, = 1,55 см; А = 2,96 см2.В беспрогонных покрытиях количество промежуточных распорок по ширине здания определяется в соответствии с максимально допустимым расстоянием между распорками, которое определяется зависимости:, м(8.2) – максимально допустимое расстояние между промежуточными распорками по ширине здания, м; – радиус инерции сечения верхнего пояса фермы относительно вертикальной оси из плоскости фермы, м; – предельно допустимая гибкость верхних поясов стропильных ферм, остающихся не закрепленными в процессе монтажа, = 220.Определив по формуле (8.2) величину и сопоставив её с пролетом фермы, назначают количество промежуточных распорок по ширине здания.Имеем:9,11*220 = 2004,2 см.Назначаем 3600/2004,2 = 2 распорки по ширине здания.8.3. Схема, подбор сечения элементов вертикальныхсвязевых фермВертикальные связевые фермы устанавливаются в жестких блоках, образованных из двух стропильных ферм, и служат для ограничения гибкости их нижних поясов из вертикальной плоскости. Они необходимы для обеспечения устойчивости нижнего пояса из плоскости фермы, если гибкость оказывается больше предельной.Схема вертикальной связевой фермы выбирается в зависимости от шага ферм (Рис. 10).Рис. . Схема вертикальной связевой фермыЭлементы вертикальных связевых фермы проектируются таврового сечения из двух уголков, калибр которых подбираем по предельной гибкости в зависимости от знака усилий в соответствующих стержнях фермы. Величина предельной гибкости для растянутых стержней принимается пр=400, для сжатых - пр=200.Определяется о формуле (8.1):.(8.1)Подбор калибров уголков стержней связевой фермы:Стержень 1(сжатый): λпр = 200; lp = 600,Принимаем уголок 100х12, = 3,09 см, А = 12,82 см2. Уголок меньшей площади невозможен по той причине, что подбор ведется по гибкости, а не по площади. Уголок 63х4 имеет = 1,95< 3,0, откуда = 600/1,95 = – значительно больше предельной гибкости. Иной уголок с радиусом инерции меньшим трех сантиметров ожидает та же участь. Расчетная длина, согласно [1], принимается равной шагу ферм, т.е. принята правильно.Стержень 2(сжатый): λпр = 200; lp = ,принимаем калибр уголка 50х50х5 площадь поперечного сечения одного уголка составляет А= 4,8 см2.Стержень 3(растянутый): λпр = 400; lp = 600смпринимаем калибр уголка 50х50х5,площадь поперечного сечения одного уголка составляет А=4,8см2.Количество необходимых вертикальных связевых ферм в жестких блоках по ширине здания определяется в зависимости от максимально допустимого расстояния между связевыми фермами, которое определяется по формуле (6.7):, м,lmax – максимальное допустимое расстояние между связевыми фермами в жестких блоках по ширине здания, м;iy = 0,0823м – радиус инерции сечения нижнего пояса фермы из плоскости;λпр = 400 – предельно допустимая гибкость для растянутых элементов фермы. 0,0823*400 = 32,92мУстанавливаем одну вертикальную связевую ферму.Нижние пояса остальных ферм присоединяются к жестким блокам при помощи распорок, которые компонуются из двух уголков и монтируются в плоскости установки связевых ферм.Сечение этих распорок подбираются по предельной гибкости как для растянутых элементов:,где lр – расчетная длина распорок (600см).,принимаем уголок № 50х50х5,площадь поперечного сечения одного уголка составляет А=4,8см2.ЛИТЕРАТУРАГоловачев И.М., Николаев Ю.К. «Методические указания к выполнению курсового проекта по металлическим конструкциям», Н. 1985 гСНиП ||II-23-81-90 Нагрузки и воздействия.СНиП ||2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. СНиП ||-А.6-62 « Строительная климатология и геофизика» ГОСТ 27772-88