1. Вихідні дані
Необхідно розрахувати і законструіровать кроквяну ферму покриттяпрольотом 27 м. Крок ферм 8 м, перетин елементів решітки ферми виконані зпарних куточків, пояси з таврів. Покриття тепле. Кліматичний район посніговому покриву - IV. Матеріал ферми - сталь марки 14Г2 (ГОСТ 19282
- 73 *), відповідає марці С345 за ГОСТ 27772-88 *, з'єднання стрижнів ввузлах ферми зварні, коефіцієнт надійності за призначенням будівель.
1. Схема кроквяної ферми
2. Збір навантажень на ферму
На ферму діють два види навантажень:
1) постійна від власної ваги конструкцій покриття;
2) тимчасова снігова, яку можна віднести тільки до короткочасної з повним нормативним її значенням.
Величини розрахункових навантажень на 1 м2 (горизонтальній проекції) площіпокриття від власної ваги конструкції зручно визначати в табличнійформі.
Таблиця 1.
Визначення навантажень, що діють на ферму
| | Норма-ти | Коеф-т | Розрахунок-ва |
| Вид навантаження та її складові | вная | надійність але | навантаження |
| | Навантаження | сті за | () |
| | | Навантаж-к | |
| | () | Е | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Постійне: | | | |
| захисний шар гравію, на бітумній | 0,4 | 1,3 | 0,52 |
| мастиці, t = 20 мм, (= 20 кН/м3 | | | |
| гідроізоляційний килим з 4-х шарів | 0,2 | 1,3 | 0,26 |
| руберойду | | | |
| утеплювач з мінераловатних плит t = 100 | 0,25 | 1,3 | 0,325 |
| мм, (= 2,5 кН/м3 | | | |
| пароізоляція з одного шару | 0,05 | 1,3 | 0,065 |
| руберойду | | | |
| цементна стяжка t = 20мм | 0,4 | 1,3 | 0,52 |
| збірні залізобетонні ребристі плити 8 | | | |
| x 2,7 м | 1,6 | 1,1 | 1,76 |
| власна маса ферми | 0,3 | 1,05 | 0,315 |
| зв'язку покриття | 0,04 | 1,05 | 0,042 |
| Разом: | | | |
| | | | |
| Тимчасова | | | |
| | | | |
| - Сніг по всьому покриттю | | 1,4 | |
| Всього: | 4,74 | - | 5,91 |
Значення погонних рівномірно розподілених розрахункових навантажень відвласної ваги конструкцій і снігу (в кН/м) визначаються за формулами:
QКР = qКР (В = 3,81 (8 = 30,48 кН/м;
РСНЕГА = РСН (В = 2,1 (8 = 16,8 кН/м;де В - крок ферм (В = 8 м); qКР, РСН - розрахункові навантаження діють на ферму з табл. 1
Загальне навантаження на проміжні вузли ферми від власної вагиконструкцій і снігу визначається за формулою:
F1 = (QКР + PСНЕГА) (d = (30,48 + 16,8) (2,7 = 127,66 кН;де d - довжина панелі верхнього поясу (d = 2,7 м)
Загальне навантаження на опорні стійки від власної ваги конструкцій існігу визначається за формулою:
F2 = 0,5 (F1 = 0,5 (127,66 = 63,83 кН
Тоді, опорна реакція дорівнює:
0,5 ((2 (F2 9 (F1) = 5 (F1 = 0,5 ((2 (63,83 + 9 (127,66) = 638,3 кН
Рис. 2. Схема завантажена ферми. < p> 3. Розробка схеми зв'язків.
Наскрізна плоска система (ферма) легко втрачає свою стійкість зплощині. Щоб надати фермі стійкість, її необхідно приєднати добудь-якої жорсткої конструкції або з'єднати з іншого фермою в результатічого утворюється просторово стійкий брус.
Для забезпечення стійкості такого бруса (блоку) необхідно, щоб усіграні його були геометрично незмінні у своїй площині.
Грані блоку утворюються двома вертикальними площинами спарених ферм,двома перпендикулярними їм горизонтальними площинами зв'язків,розташованими по обох поясів ферм, і трьома вертикальними площинамипоперечних зв'язків (два в торцях ферм і одна в гребені). Оскільки цейпросторовий брус в поперечному перерізі замкнутий і досить широкий, вінмає дуже велику твердість при крученні і вигині, тому втрата йогозагальної стійкості в згинальних системах неможлива.
Рис. 3. Зв'язки, що забезпечують стійкість кроквяних ферм.
4. Визначення зусиль в стержнях ферми
Значення зусиль визначаємо методом перерізів. За розрахункове навантаження фермиприймається відстань між осями поясів. Ухилом верхнього пояса ферми приi = 0,015 можна знехтувати. cos (=; sin (=
Рис.5. Розрахункова схема ферми
| | |
| | (Mom1 = 3150 = 0; N1-4 = 0 (kH) · |
| | |
| | (KH) |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | Зусилля в стержні 9-11 відсутній. |
Рис. 6. Розміри елементів ферми і зусилля в них
Таблиця 2
Розрахункові зусилля в елементах ферми
| | Позначення | |
| Елемент | Web Link: | Розрахункові зусилля, кН |
| | | СТИСНЕННЯ | Розтягування |
| | 1 - 4 | 0 | 0 |
| | | | |
| Верхній пояс | | | |
| | 4 - 6 | -875,34 | - |
| | 6 - 8 | -875,34 | - |
| | 8 - 10 | -1313,07 | - |
| | 10 - 11 | -1313,07 | - |
| | 2 - 5 | - | 492,38 |
| Нижній пояс | | | |
| | 5 - 7 | - | 1148,94 |
| | 7 - 9 | - | 1367,79 |
| | 5 - 6 | -127,66 | - |
| Стійки | | | |
| | 7 - 10 | -127,66 | - |
| | 9 - 11 | 0 | - |
| | 2 - 3 | -756,64 | - |
| | | | |
| | | | |
| Розкосий | | | |
| | 3 - 4 | -756,64 | - |
| | 4 - 5 | - | 588,45 |
| | 5 - 8 | -420,32 | - |
| | 7 - 8 | - | 252,19 |
| | 7 - 11 | -84,06 | - |
| | 1 - 3 | 0 | 0 |
5. Підбір перерізів стержнів ферми
Підбір перерізу стрижнів верхнього поясу.
Верхній пояс приймаємо із зміною перетину.
Підбираємо розтин для стрижнів 1 - 4, 4-6, для найбільшоюнавантаження N4-6 = -875.34 kH
Здається гнучкістю - (= 90, розрахунковий опір сталі за межі плинності Ry = 315 МПа за табл. 51 */1 /, коефіцієнт поздовжнього вигину
(= 0, 527 за табл. 72/1 /. < p> Необхідна площа перерізу
Приймаються профіль 17,5 ШТ1, А = 47 см2, ix = 4,5 см, iy = 5,96 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(x] = 132;
(х = (min = 0,783
(y = ([(y] = 136,2; (y = 0,849
Граничні гнучкості
;
;
;
.
Перевірка стійкості стрижня
(.
Недонапряженіе становить 20%, але при меншому профілі виникаєперенапруження. Якщо взяти тавр 25БТ1 і тавр 30БТ1 для стрижнів 8 - 10 і
10 - 11, отримаємо перевитрата металу. Остаточно приймаємо профіль 17,5 ШТ1
Підбираємо розтин для стрижнів 8 - 10, 10 - 11, для навантаження N =
-1313,07 KH
Здається гнучкістю - (= 90, Ry = 315 МПа, за табл. 72/1/(= 0, 527.
Необхідна площа перерізу
Приймаються профіль 20ШТ1, А = 62 см2, ix = 5,13 см, iy = 7,19 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(x ] = 127,8;
(х = (min = 0,816
(y = ([(y] = 133,2; (y = 0,909
Граничні гнучкості
;
;
;
.
Перевірка стійкості стрижня < p> (.
Недонапряженіе становить 13%, але при меншому профілі виникаєперенапруження. Остаточно приймаємо профіль 20ШТ1
Перевірка місцевої стійкості стінки стислого пояса
Перевіряємо місцеву стійкість стінок стисненого пояси для стрижнів 1 - 4, 4-6 і 6 - 8, за формулою 91 */1/де hw, ef = h - t - R = 16,93 - 1,28 - 2,0 = 13,65
Місцева стійкість стінок тавра забезпечена.
Перевіряємо місцеву стійкість стінок стисненого пояси для стрижнів 8 - 10 і 10 - 11. де hw, ef = h - t - R = 194,3 - 14,2 - 22 = 158,1 мм = 15,81 см
Місцева стійкість стінок тавра забезпечена.
Підбір перерізу стержнів нижнього пояса.
Нижній пояс приймаємо із зміною перерізу по довжині.
Підбираємо профіль для стрижня 2 - 5 і розраховуємо на його зусилля - N = 492,38 кН.
Необхідна площа перерізу
Приймаються тавр 13БТ1, А = 17,65 см2, ix = 3,78 см, iy = 2,64 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(] = 400;
(y = ([(] = 400.
Перевірка міцності стрижня 5-7
(.
Умова дотримується.
Підбираємо профіль для стрижня 5 - 7, 7 - 9 і розраховуємо на його зусилля - N = 1367, 79 кН.
Необхідна площа перерізу
Приймаються тавр 25БТ1, А = 45,9 см2, ix = 7,57 см, iy = 4,22 см. < p> Гнучкість стрижня
(x = ([(] = 400;
(y = ([(] = 400.
Перевірка міцності стрижня 5 -- 7
(.
Умова дотримується.
Підбір перерізів стиснутих розкосів і стійок виробляємо за методикою підборуперерізів стиснутих верхніх поясів ферми, розтягнутих розкосів - за методикоюпідбору перерізів розтягнутих поясів ферми.
Підбираємо перетин з парних куточків для стрижнів 5 - 6, 7 - 10 - неопорний раскоси (компактний) з внутрішнім зусиллям N = - 127,66 кН
Здається гнучкістю - (= 100, за табл. 72/1/(= 0,433.
Необхідна площа перерізу
Приймаються + + 70x6, А = 16,3 см2, ix = 2,15 см, iy = 3,25 см.
Гнучкість стрижня
( x = ([(x] = 156
(x = (min = 0,324
(y = ([(y] = 171,6; (y = 0,456
Граничні гнучкості
;
;
;
.
Перевірка стійкості стрижня
(.
Умова дотримується.
Перетин для стійки 9 - 11 приймаємо конструктивно, для зменшеннякількості типу профілів приймаємо + + 70x6
Стержень 5 - 8.
Здається гнучкістю - (= 100, за табл. 72/1/(= 0,433.
Необхідна площа перерізу
Приймаються 2 + 125 x 80x8, А = 32 см2, ix = 4 см, iy = 5,98 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(x] = 157,8
(x = (min = 0,564
(y = ([(y] = 166,8; (y = 0,678
Граничні гнучкості
;
;
;
.
Перевірка стійкості стрижня
(.
Умова дотримується.
Стержень 7 - 11.
Здається гнучкістю - (= 100, за табл. 72/1/(= 0,433.
Необхідна площа перерізу
Приймаються 2 + 90x 56x6, А = 23,74 см2, ix = 2,88 см, iy = 4,42 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(x] = 180
(x = (min = 0,336
( y = ([(y] = 180; (y = 0,477
Граничні гнучкості
;
;
;
.
Перевірка стійкості стрижня
(.
Умова дотримується.
Стержень 2 - 4 < p> Здається гнучкістю - (= 100, за табл. 72/1/(= 0,433.
Необхідна площа перерізу
Приймаються 2 +125 x80x10, А = 39,4 см2, ix = 3,98 см, iy = 5,98 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(x] = 135
(x = 0,817
(y = ([(y] = 126; (y = (min = 0,675
Граничні гнучкості
;
;
;
.
Перевірка стійкості стрижня
(.
Умова дотримується. < p> Підбираємо профіль для стрижня 4 - 5 і розраховуємо на його зусилля - N = 588,45 кН.
Необхідна площа перерізу
Приймаються тавр 2 + 75Ч50Ч8, А = 18,94 см2, ix = 2,35 см, iy = 3,75 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(] = 400;
( y = ([(] = 400.
Перевірка міцності стрижня 4 - 5
(.
Умова дотримується.
Підбираємо профіль для стрижня 7 - 8 і розраховуємо на його зусилля - N = 252,19 кН.
Необхідна площа перерізу
Приймаються тавр 2 + 63Ч40Ч6, А = 11,8 см2, ix = 1,99 см, iy = 3,21 см.
Гнучкість стрижня
(x = ([(] = 400;
(y = ([ (] = 400.
Перевірка міцності стрижня 7 - 8
(.
Умова дотримується.
Що б зменшити кількість типів профілів для не напруженого раскоси
1 - 3 конструктивно приймаємо перетин 2 + 63Ч40Ч5.
опорну стійку приймаємо конструктивно з зварного симетричногодвутавра. Конструктивні особливості, катета швів вказані в графічнійчастини проекту та главі «Конструювання монтажних вузлів» даноїпояснювальної записки.
Результати розрахунку стержнів ферми наведені в табл.3
6. Розрахунок зварних швів.
Для приєднання стрижнів застосовуємо напівавтоматичну зварювання в середовищі вуглекислого газу зварювальним дротом СВ-10НМА d = 2 мм по
ГОСТ 2246-70 *.
Коефіцієнти та розрахункові опору, що приймаються при розрахунку заметалу шва:
(f = 0,9; (wf = 1; R wf = 240 МПа
(f (wfR wf = 0,9 (1 (240 = 216 МПа ,де: # G0-розрахунковий опір кутових швів зрізу (умовного) пометалу шва, приймається за табл. 56 */1 /;
# G0 - коефіцієнти для розрахунку кутового шва по металу шва,приймається за табл. 34 */1 /;
При розрахунку по металу кордону сплаву
(z = 1,05; (wz = 1; R wz = 0,45 R un = 0,45 ( 490 = 220,5 МПа,
(z (wzR wz = 1,05 (1 (220,5 = 231,5 МПа; де:
# G0 = 490 МПа -- тимчасовий опір стали розриву, що приймаєтьсярівним мінімального значення за державними стандартами ітехнічним умовам на сталь;
- коефіцієнти для розрахунку кутового шва по металу кордонусплавки табл 56 */1 /;
- розрахунковий опір кутових швів зрізу (умовного) пометалу кордону сплаву;
(f (wfR wf = 216 МПа ((z (wzR wz = 231,5 МПа,
Розрахунок ведемо по металу шва
# G0
# G0
Несуча здатність зварних швів визначається міцністю металузварного шва і обчислюється за формулою
, де Nоб (п) - зусилля, що діє на обушок (перо) куточків; n - кількість швів (n = 2); a - довжина шва на непровари (а = 1 -2 см); kf - катет зварного шва. kf, min (kf (kf, max, де kf, min - мінімальний катет шва, який визначається за табл. 38 */1 /; kf, max - максимальний катет шва, що дорівнює: для шва по обушка 1,2 tуг; для шва по перу kf, max = tуг - 1мм, при tуг (6мм; kf, max = tуг - 2мм, при tуг = 7 - 16мм; тут tуг - товщина прикріплюватися куточка.
Стержень 2 - 4
Шов по обушка
см. Приймаються lw = 15 см.
Шов по перу
см. Приймаються lw = 10 см.
Стержень 4 - 5
Шов по обушка
см. Приймаються lw = 12 см.
Шов по перу
см. Приймаються lw = 8 см.
Стержень 5 - 8
Шов по обушка
см. Приймаються lw = 9 см. < p> Шов по перу
см. Приймаються lw = 6 см.
Стержень 7 - 8
Шов по обушка
см. Приймаються lw = 8 см.
Шов по перу
см. Приймаються lw = 6 см.
Стержень 7 - 11
Шов по обушка
см. Приймаються lw = 6 см.
Шов по перу
см. Приймаються lw = 6 см.
Стержень 5 - 6 (7 - 10)
Шов по обушка
см. Приймаються lw = 6 см.
Шов по перу
см. Приймаються lw = 6 см.
Результати розрахунку розмірів зварних швів зводимо в табл. 4.
Таблиця 4
Таблиця розрахунку швів < p> | Номер | | [N], | Шов по обушка | Шов по перу |
| стер-жня | Перетин | кН | | |
| | | Nоб, кН | kf, мм | lw, см | Nп кН | kf, мм | lw, см | | 2 -- 4 | 2 +125 x80x10
| 756,64 | 529,64 | 9 | 15 | 227 | 6 | 10 | | 4 - 5 | 2 +75 x50x8 | 588,45 | 411,9 | 9
| 12 | 176,55 | 6 | 8 | | 5 - 8 | 2 +125 x80x8 | 420,32 | 294,22 | 9 | 9 | 126,1 | 6 | 6 |
| 7 - 8 | 2 + 75x50x6 | 252,19 | 176,53 | 6 | 8 | 75,66 | 5 | 6 | | 7 - 11 | 2 +90 x56x6
| 84,03 | 58,83 | 6 | 6 | 25,2 | 5 | 6 | | 5 - 6
(7 - 10) |
+ + 70x6 | 127,66 | 89,36 | 6 | 6 | 38,3 | 5 | 6 | |
Зварюванні не напружених стержнів 1 -3 і 9 - 11, виконуємо конструктивновідповідно з катетами швів по обушка 9 мм і 6 мм довжиною 7 см, катетамишвів по перу 6мм і 5мм довжиною 7см.
7. Конструкція монтажних вузлів ферми.
1) Опорний вузол
Приймаються товщину фасонки 12 мм. Опорний лист приймаємо товщиною
10 мм, ширина 160, довжина 180.
Ширина фасонки 100мм, довжина 260мм
Катет швів прикріплюються фланець до стійки приймаємо 7мм, зварна шов по всій довжині фланця
2) укрупнювального стик (нижній)
Накладки приймаємо товщиною 16 мм. шириною 150 і довжиною 600.
Накладка на пояс (полку тавра) приймається товщиною 16мм, шириною
100мм, завдовжки 1000 мм. Зварний шов по всій довжині накладки, катет шва
7мм.
2) укрупнювального стик (верхній)
Накладка 1:
Накладки Приймаються товщиною 16мм, шириною 130мм, завдовжки 1000 мм.
Накладки 2:
Приймаються товщину 16мм, ширина 200мм, довжина 300 мм
Катет швів 7мм
Зміст
1. Вихідні дані ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... 4
2. Збір навантажень на ферму ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... 4
3. Розробка схеми зв'язків ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... 6
4. Визначення зусиль в стержнях ферми ... ... ... .... ... ... ... .. ... ... .. 7
5. Підбір перерізів стержнів ферми ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .11
6. Розрахунок зварних швів. ... ... ... ... ... .. ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 21
7. Конструкція монтажних вузлів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .24
8. Список використаної літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 27
8. Список використаної літератури
1. СНиП II-23-81 *. Сталеві конструкції. Норми проектування. -М.:
Стройиздат, 2001 .- 96 с.
2. СНиП 2.01.07-85. Навантаження і впливи. Норми проектування. -
М.: Стройиздат, 1986 .- 35 с.
3. Металеві конструкції/за загальною редакцією Е. И. Беленя /.
Видання 6-е, перероблене і доповнене. -М.: Стройиздат, 1985 .-
560 с.
5. Мандрик А. П. Приклади розрахунку металевих конструкцій.-М.:
Стройиздат, 1991 .- 429 с.
Міністерство освіти РФ
Тульський державний університет.
Кафедра ССМіК
Пояснювальна записка до курсової роботи з дисципліни: «Металеві конструкції» на тему «Кроквяна ферма промбудівлях»
Виконав: студент гр.321291
Чепелюк И.Л.
Перевірив: доцент Іванов А.А.
Тула, 2002
------------ -----------< br>
