Учебное пособие: Розрахунок і конструювання сталевої стропильної ферми покриття промислового будинку

Учебное пособие: Розрахунок і конструювання сталевої стропильної ферми покриття промислового будинку

Міністерство аграрної політики України

Херсонський Державний Аграрний Університет

Кафедра Будівництва

Методичні рекомендації до курсового проекту

з дисципліни “Сталеві конструкції”

для студентів заочної форми навчання зі спеціальності

7.092.101 “Промислове та цивільне будівництво”

Розрахунок і конструювання сталевої стропильної ферми покриття промислового будинку

Янін О.Є.

Херсон 2005

УДК 626.422.24

Методичні рекомендації до курсового проекту рекомендовано до видання рішенням науково-методичної ради будівельно-гідромеліоративного факультету (протокол № 5 від 12 січня 2005р.)

Рецензент:

Доцент, к.т.н. Кириченко В.Л.

Янін О.Є.

Розрахунок і конструювання сталевої стропильної ферми покриття промислового будинку– Херсон: РВВ “Колос” ХДАУ, 2005.- 28с.

Вступ

Методичні рекомендації призначені для використання студентами будівельно-гідромеліоративного факультету при виконанні курсових та дипломних робіт.

Загальні відомості

У рамках курсового проекту треба розрахувати і сконструювати сталеву стропильну ферму з паралельними поясами для покриття промислового будинку.

Метою розрахунку і конструювання ферми є:

1) підбір розмірів поперечного перерізу стержнів виходячи із забезпечення нормативних вимог по міцності, стійкості, граничній гнучкості;

2) розробка конструкцій і розрахунок вузлів ферми виходячи із забезпечення надійної передачі зусиль від одного стержня до другого.

Розрахунок і конструювання ферми повинні виконуватись на основі нормативних документів [1], [2]. В них викладені основні вимоги, виконання яких треба забезпечити при проектуванні.

Курсовий проект складається з:

1) пояснювальної записки на листах стандартного формату А-4;

2) графічної частини, яка виконується на одному листі стандартного формату А-1 або на двох листах стандартного формату А-2.

Графічна частина включає в себе[3]:

1) геометричну схему і схему зусиль ферми;

2) детальне креслення ферми;

3) схеми розташування основних елементів (ферм, прогонів або панелей покриття, горизонтальних в’язей по верхнім і нижнім поясам ферм);

4) таблиці, специфікації.

1. Вибір геометричної схеми ферми

Проектування ферми треба починати з розробки геометричної схеми. Її утворюють осьові лінії, які проходять через центри ваги стержнів. Осьові лінії усіх стержнів, що сходяться у вузлі, повинні пересікатись в однієї точці – центрі вузла.

Геометричну схему ферми треба приймати у відповідності з вимогами уніфікації. При застосуванні рулонної покрівлі в основу уніфікації покладені

1) модуль прольоту промислового будинку, що кратний 6м

2) довжина панелі верхнього поясу d=3м

3) уклін покрівлі і верхнього поясу і=1,5% (при виконанні розрахунків цей уклін можна не враховувати)

4) трикутна решітка зі стійками

5) висота ферми:

3150мм – якщо стержні виконані з парних кутиків (по зовнішнім граням поясів)

2900мм; 3500мм; 3600мм - якщо стержні виконані з круглих труб і ГЗП (гнуто-зварних профілів).

Уніфіковані геометричні схеми ферм для різних прольотів і форм поперечних перерізів стержнів наведені на рис.1.1.

а)

б)

а) для ферм з парних кутиків

б) для ферм з круглих труб і ГЗП

Рис.1.1 Уніфіковані геометричні схеми стропильних ферм

У відповідності з вказаними у завданні на проектування прольотом ферми L і типом поперечного перерізу стержнів, необхідно обрати відповідну геометричну схему за рис.1.1 і навести її у пояснювальній записці до курсового проекту.

2. Вибір розрахункової схеми ферми і збір навантажень

У розрахунковій схемі розкісної стропильної ферми треба прийняти шарнірне сполучення усіх стержнів у вузлах. Ферма спирається на колони у двох крайніх вузлах нижнього поясу.

Покриття по стропильних фермах буває двох типів:

1) прогонне

2) безпрогонне.

При прогонному типі, на верхні пояси стропильних ферм у вузлах встановлюють прогони у вигляді балок або легких наскрізних конструкцій. Вони розташовані в напрямку, перпендикулярному площині ферми. На прогони зверху укладають:

- дрібнорозмірні елементи (як правило, у вигляді сталевого профільованого настилу)

- ізоляційні шари конструкцій покрівлі та шари, що вирівнюють.

При безпрогонному типі покриття, на верхні пояси стропильних ферм укладають крупнорозмірні залізобетонні ребристі панелі покриття, довжиною, рівний кроку ферм (6 або 12м) і шириною 3м. Поздовжні ребра панелей розташовані у напрямку, перпендикулярному площині ферми. Відстань між ними відповідає ширині панелі і складає 3м. Оскільки відстань між вузлами верхнього поясу також дорівнює 3м, то поздовжні ребра залізобетонних панелей спираються на верхні пояси стропильних ферм у вузлах. На панелі покриття зверху укладають ізоляційні шари конструкцій покрівлі та шари, що вирівнюють.

Тип покриття при виконанні курсового проекту треба прийняти у відповідності із завданням.

На ферму діють такі навантаження:

1) постійне від власної ваги конструкцій покриття (покрівлі, ферми, в’язей)

2) тимчасове снігове.

При обох типах покриття, несучі елементи спираються на верхній пояс ферми у вузлах. Тому, навантаження на ферму від елементів покриття та снігу можна представити у вигляді вертикальних зосереджених сил, прикладених до вузлів верхнього поясу (див. рис.2.1). Для їх визначення вводяться поняття вантажної площі ферми і вантажної площі вузла.

Вантажна площа ферми – частина площі покриття, навантаження з якої передається на дану ферму.

Вантажна площа вузла – частина вантажної площі ферми, навантаження з якої передається на даний вузол (рис.2.1).

Рис.2.1 До визначення вантажних площ ферм і вузлів

Вертикальні зосереджені сили, прикладені до вузлів (вузлові сили) треба обчислювати як добуток постійного і тимчасового розрахункових навантажень, що діють на 1м2 покриття (поверхневих навантажень), на вантажну площу відповідного вузла.

Збір постійних навантажень виконується на підставі розділу №2 [1]. Поверхневі постійні навантаження на 1м2 покриття зручно підраховувати у табличній формі (таблиці 2.1 і 2.2). Таблицю 2.1 треба заповнювати при прогонному типі покриття, а таблицю 2.2 – при безпрогонному.

В обох таблицях послідовно переліковуються усі елементи покриття зверху униз, включаючи ферму. При цьому умовно прийнято, що власна вага ферм, прогонів, панелей покриття рівномірно розподілена по площі у плані.

Власна вага різних слоїв покрівлі обчислюється за формулою

, (2.1)

де γ, кН/м3 – питома вага матеріалу

t, м – товщина шару.

При виконанні курсового проекту покрівлю прийняти утепленою. Вид, питому вагу (γутепл) і товщину (tутепл) утеплювача треба прийняти у відповідності із завданням на проектування. При заповненні строки №4 таблиць 2.1 і 2.2 треба знайти gн(утепл)=γутепл·tутепл і записати отримане значення у стовпчик №3.

Власна вага елементів покриття і покрівлі прийняті на основі даних, що наведені у літературі (стор.149 [4]), (стор.320 [5]).

Коефіцієнти надійності за навантаженням γf для стовпчика №4 прийняті за таблицею 1 [1]. Значення γf(утепл) для утеплювача треба прийняти рівним:

1,2 – якщо утеплювач виконується у заводських умовах (мінераловатні, фібролітові плити)

1,3 - якщо утеплювач виконується на будівельному майданчику (пінобетон).

Розрахункове навантаження для стовпчика №5 треба для кожної строки обчислювати за формулою

g=gн·γf . (2.2)

Поверхневі постійні навантаження від власної ваги 1м2 покриття прогонного типу

Таблиця 2.1

Поверхневі постійні навантаження від власної ваги 1м2 покриття безпрогонного типу

Таблиця 2.2

Примітка: Крок ферм (6 або 12м) вказаний у завданні на проектування.

Після заповнення таблиці необхідно знайти суми усіх значень по стовпчикам №3 і №5 та записати їх у строку “разом”. Ці суми позначені відповідно gн і g. Збір снігового навантаження виконується на підставі розділу №5 [1]. Розрахункове поверхневе снігове навантаження на 1м2 горизонтальної проекції покриття

p=so·μ·γf(cн), (2.3)

де so - нормативне поверхневе снігове навантаження на 1м2 горизонтальної поверхні землі

μ – коефіцієнт переходу від снігового навантаження на землі до снігового навантаження на покриття

γf(cн) - коефіцієнт надійності за сніговим навантаженням

Величина so залежить від географічного району будівництва. Для її визначення необхідно на карті (рис.2.2) знайти вказаний у завданні на проектування географічний пункт, у якому зводиться будинок.

Потім треба визначити номер снігового району для цього пункту. Границі районів на карті показані суцільними лініями. Номери снігових районів позначені римськими цифрами (І,ІІ,ІІІ,ІV …). Для знайденого району за таблицею 2.3 треба визначити відповідне значення so.

Нормативні снігові навантаження на 1м2 горизонтальної поверхні землі so

Таблиця 2.3

Наприклад: для м. Херсона маємо сніговий район – І. За таблицею2.3 для цього району so=0,5кПа. Коефіцієнт μ для покриття по фермах паралельними поясами треба прийняти рівним одиниці (див. додаток 3, схему №1, стор.17 [1] ). Коефіцієнт γf(cн) у відповідності з п.5.7 [1] треба прийняти рівним:

1,4 – при

1,6 - при .

Розрахункові вертикальні зосереджені сили від повного навантаження (постійного і тимчасового), прикладені до середніх вузлів (див. рис.2.1)

P=(g+p)·b·d, (2.4)

де b,м – крок ферм згідно із завданням

d=3м – довжина панелі верхнього поясу ферми.

Розрахункові вертикальні зосереджені сили від повного навантаження (постійного і тимчасового), прикладені до крайніх вузлів

Pкр=(g+p)·b·0,5·d=0,5·Р. (2.5)

У розрахунковій схемі розкісної ферми треба прийняти, що стержні у вузлах з’єднані шарнірно (див.рис.3.1). Тоді при вузловому навантаженні у всіх стержнях виникають тільки поздовжні сили (N).

3. Визначення поздовжніх сил у стержнях ферми (статичний розрахунок)

Поздовжню силу у кожному стержні ферми від повного розрахункового навантаження треба обчислювати за формулою

N=N1·P, (3.1)

де N1 – поздовжня сила у стержні при завантаженні ферми одиничними вузловими силами (рис.3.1).

Рис.3.1 Розрахункові схеми ферм, завантажених одиничними вузловими силами

Стержні верхнього поясу, нижнього поясу, розкосів і стійок позначені відповідно буквами: В, Н, Р, С. Пронумеровані вони зліва направо до осі симетрії порядковими номерами. Наприклад, третій зліва розкіс позначений Р3. Перший розкіс Р1, що йде від опори будемо називати опорним. Ось симетрії ферми знаходиться посередині прольоту L і на рис.3.1 позначена штрих-пунктирною лінією.

Значення N1 треба визначати за таблицею 3.1 у залежності від прольоту ферми L і форми поперечних перерізів стержнів (парні кутики, круглі труби, ГЗП) при відповідному номері схеми за рис 3.1. Цей номер повинен відповідати уніфікованій геометричній схемі ферми, обраній у розділі 1.1.

Поздовжні сили у стержнях N1 при завантаженні ферми одиничними вузловими силами згідно з (рис.3.1).

Таблиця 3.1

Страницы: 1, 2