Розрахунок і конструювання сталевої стропильної ферми покриття промислового будинку

Обчислення поздовжніх сил у стержнях ферми від повного розрахункового навантаження N за формулою 3.1 зручно виконувати у табличній формі (табл.3.2).

Визначення поздовжніх сил у стержнях ферми від повного розрахункового навантаження

Таблиця 3.2

У пояснювальній записці до курсового проекту треба навести обрану розрахункову схему ферми у відповідності з рис.3.1.

4. Підбір поперечних перерізів стержнів ферми

Підбір треба виконувати виходячи із забезпечення нормативних вимог [2]. Загальний вигляд поперечних перерізів різних типів стержнів наведений на рис.4.1.

Рис.4.1 Типи (види) поперечних перерізів стержнів ферми.

Через центри ваги перерізів проведені головні осі інерції Х-Х і У-У. Тип перерізу треба обирати у відповідності із завданням на курсовий проект.

Переріз з двох рівнополичних кутиків (рис.4.1а) позначають: 2L b × t,

де b,мм – ширина полиці

t,мм – товщина полиці.

Наприклад: 2L 100 × 8.

Переріз з круглих труб (рис.4.1б) позначають: Тр. D × t,

де D,мм – зовнішній діаметр

t,мм – товщина стінки.

Наприклад: Тр. 83 × 3.

Переріз з квадратних ГЗП (рис.4.1в) позначають: ڤ h × t,

де h,мм – висота (ширина) профілю

t,мм – товщина стінки.

Наприклад: ڤ 80 × 5.

В фермах, прольотом 18 і 24м пояси можна прийняти постійного перерізу за всією довжиною.

При прольоті L=18м за схемами №1 і №5 (див.рис.3.1) переріз верхнього поясу підбирається по поздовжній силі N у стержні В3, а нижнього поясу по поздовжній силі N у стержні Н2.

При прольоті L=24м за схемою №2 переріз верхнього і нижнього поясів підбирається по поздовжнім силам N відповідно у стержнях В4 і Н2.

При прольоті L=24м за схемою №6 переріз верхнього і нижнього поясів підбирається по поздовжнім силам N відповідно у стержнях В4 і Н3.

В фермах, прольотом 30 і 36м переріз поясів за довжиною доцільно змінювати.

При прольоті L=30м за схемами №3 і №7

- переріз стержнів верхнього поясу В4 і В5 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні В5

- переріз стержнів верхнього поясу В1,В2 і В3 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні В3

- переріз стержнів нижнього поясу Н2 і Н3 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні Н3

- переріз стержня нижнього поясу Н1 треба підбирати по зусиллю, що у ньому діє.

При прольоті L=36м за схемою №4:

- переріз стержнів верхнього поясу В4, В5 і В6 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні В6

- переріз стержнів верхнього поясу В1,В2 і В3 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні В3

- переріз стержнів нижнього поясу Н1 і Н2 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні Н2

- переріз стержня нижнього поясу Н3 треба підбирати по зусиллю, що у ньому діє.

При прольоті L=36м за схемою №8:

- переріз стержнів верхнього поясу В4, В5 і В6 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні В6

- переріз стержнів верхнього поясу В1,В2 і В3 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні В3

- переріз стержнів нижнього поясу Н2 і Н3 можна підбирати по поздовжній силі N у стержні Н3

- переріз стержнів нижнього поясу Н1 і Н4 треба підбирати по зусиллям, що діють у них.

Для усіх схем поперечний переріз опорного розкосу Р1 можна прийняти таким, як і у стержня верхнього поясу В2 (якщо буде забезпечена стійкість розкосу). Стійки (С1,С2...) можна прийняти одного поперечного перерізу. Підбирати його треба по поздовжній силі N у стержні С2.

Усі розкоси, що працюють на розтяг, доцільно виконати однаковими. Для підбору їх поперечного перерізу необхідно у таблиці 3.2 знайти розкос, у якому діє максимальна поздовжня сила з позначкою “+”. По цій поздовжній силі треба виконувати підбір перерізу.

Стиснуті не опорні розкоси також можна прийняти одного поперечного перерізу. Для їх підбору необхідно у таблиці 3.2 знайти розкос, у якому діє максимальна поздовжня сила з позначкою “-”. По цій поздовжній силі треба виконувати підбір перерізу.

Щоб стержні не скривлялися від випадкових впливів та на провисали від власної ваги, їх гнучкість обмежується. У відповідності з п.6.15 і 6.16 [2] граничні (максимально припустимі) гнучкості складають:

- для стиснутого поясу і опорного розкосу – λlim=120

- для решти стиснутих стержнів - λlim=150

- для розтягнутих стержнів - λlim=400.

Оскільки ферма є симетричною відносно середини прольоту, то при проектуванні достатньо підібрати перерізи стержнів лівої половини прольоту.

4.1 Підбір поперечних перерізів стиснутих стержнів ферми

У відповідності з даними статичного розрахунку (див. розділ №3) на стиск працюють:

1) верхній пояс

2) стійки (за винятком стержнів С3 за схемою №6 і С4 за схемою №8)

3) висхідні розкоси (якщо розглядати ліву половину прольоту ферми до осі симетрії).

Розкос називають висхідним, якщо його лівий кінець нижче правого.

При досягненні поздовжньою силою деякого критичного значення, стиснутий стержень втрачає стійкість. Це означає, що прямолінійна форма рівноваги перестає бути стійкою, а стійкою буде криволінійна форма. Спостерігається випинання (витріщання) стержня. Воно може відбуватись

1) у вертикальній площині, яка співпадає з площиною ферми (у площині ферми)

2) у горизонтальній площині, яка перпендикулярна до площини ферми (з площини ферми).

У першому випадку згин стержня відбувається відносно осі Х-Х (див. рис.4.1) і він втрачає стійкість у площині ферми. У другому випадку згин стержня відбувається відносно осі У-У (див. рис.4.1) і він втрачає стійкість з площини ферми.

З урахуванням цього у відповідності з нормами [2] підбір розмірів поперечного перерізу стиснутого стержня треба виконувати виходячи із забезпечення:

1) його стійкості у площині та з площини ферми (відносно головних осей інерції Х-Х і У-У) як центрально-стиснутого елементу

2) виконання вимоги по обмеженню гнучкості, яке розглянуте вище.

Умови стійкості центрально-стиснутого стержня у площині та з площини ферми відповідно мають вигляд:

; , (4.1)

де N – розрахункова поздовжня стискаюча сила (за абсолютною величиною) з таблиці 3.2

А– площа поперечного перерізу стержня

Ry - розрахунковий опір сталі стиску, розтягу згину по межі текучості

γc – коефіцієнт умов роботи.

φх і φу – коефіцієнти поздовжнього згину відповідно у площині та з площини ферми

γn – коефіцієнт надійності за призначенням (див. завдання).

Якщо умови (4.1) не виконуються, то випинання стержня не відбувається, і він є стійким.

Для визначення Ry необхідно обрати марку сталі для ферми за табл.50* [2]. Можна прийняти, що ферма працює при статичному навантаженні і відноситься до другої групи за цією таблицею. Тоді її можна виготовити зі сталі марки ВСт3пс6-1 за ТУ 14-1-3023-80. За табл.51* [2] для фасонного прокату, виконаного з цієї марки, при товщині t=4-20мм - Ry=240МПа=24кН/см2.

У фермах з кутиків коефіцієнт γc треба прийняти рівним:

0,95 – для верхнього і нижнього поясів, опорного розкосу (Р1 – див.рис.3.1) розтягнутих спадних (на лівій половині довжини ферми) розкосів

0,8 – для стиснутих стійок та неопорних розкосів.

Розкос називають спадним, якщо його лівий кінець вище правого.

У фермах з круглих труб і ГЗП коефіцієнт γc треба прийняти рівним:

0,95 – для нижнього розтягнутого поясу, розтягнутих розкосів

1,0 – для решти стержнів.

Коефіцієнт поздовжнього згину φх(φу) визначається за табл.72* [2] по інтерполяції у залежності від:

1) гнучкості стержня λх(λу)

2) розрахункового опору сталі Ry.

Фрагмент таблиці 72* [2] наведений у табл.4.1.

Коефіцієнти поздовжнього згину φ

Таблиця 4.1

Значення гнучкості стержня визначається за формулою

,  (4.2)

де lef,x i lef,у – розрахункові довжини стержня відповідно у площині та з площини ферми

іx i іу – радіуси інерції поперечного перерізу стержня відповідно відносно осей Х-Х і У-У.

Значення lef,x i lef,у визначаються за табл.11[2]. На її основі складена табл.4.2.

Розрахункові довжини стержнів ферми

Позначення, прийняті у таблиці:

l – геометрична довжина стержня, яка дорівнює відстані між центрами вузлів

l1 - відстань між вузлами, які закріплені від зміщення з площини ферми.

Значення l треба знаходити по геометричній схемі ферми, прийнятій на основі рис.1.1 при відомій висоті ферми h і довжині панелі верхнього поясу d=3м. Наприклад, довжина розкосу Р2 (див. схему№1 не рис 1.1 і 3.1)

 .

Для стержня верхнього поясу l=d=3м, для стійок l=h.

Для стержня нижнього поясу l=2·d=6м.

Значення l1 для верхнього поясу треба приймати рівним (див стор.221-222[5]):

l1=2·l – при прогонному типі покриття

l1=l – при безпрогонному типі покриття.

Для елементів решітки l1=l.

Підбір розмірів поперечного перерізу стиснутого стержня починають з визначення потрібної площі поперечного перерізу із умови стійкості

. (4.2а)

Значення сили N з табл.3.2 треба підставляти у формулу (4.2а) по абсолютній величині.

Коефіцієнт поздовжнього згину φ залежить від невідомих розмірів поперечного перерізу. Тому, для обчислення Aпотр його треба прийняти у першому наближенні у межах 0,5-0,8. Це приводить до необхідності вирішувати задачу підбору перерізу стержня методом послідовних наближень.

Вимогу по обмеженню гнучкості, викладену на початку розділу №4, математично можна записати таким чином:

,  . (4.3)

Тоді

,  , (4.4)

де іx,min i іу,min – мінімальні радіуси інерції поперечного перерізу стержня відповідно у площині і з площини ферми, що відповідають граничній гнучкості. Їх значення треба розрахувати за формулою (4.4).

При підборі перерізу стержня з парних кутиків (див.рис.4.1а) треба мати на увазі, що знайдене значення Aпотр відповідає площі перерізу двох кутиків, а у сортаменті наведені площі для одного кутика. Потрібна площа перерізу одного кутика складає 0,5·Aпотр.

У фермах з парних кутиків стержні поясів і решітки з’єднують у вузлах за допомогою фасонних листів (фасонок), які пропускають у зазор “δ” між кутиками (див.рис.4.1а). Тоді, товщина фасонки буде дорівнювати “δ”. Цю величину треба визначати за табл.4.3 у залежності від поздовжньої сили у опорному розкосі Р1.

Товщини фасонок, що рекомендуються

Радіус інерції поперечного перерізу стержня з двох кутиків (рис.4.1а) відносно осі У-У (іу) залежить від товщини фасонки “δ” , і це потрібно враховувати при виборі калібру профілю.

При визначених Aпотр, іx,min i іу,min необхідно за сортаментом прийняти конкретний калібр профілю, вид якого вказаний у завданні (парні кутики, круглі труби, ГЗП). При цьому, для нього повинні виконуватись умови (4.4), а фактична площа поперечного перерізу повинна бути близькою до Aпотр. Значення A, іx i іу для кожного калібру профілю вказані у сортаменті.

Страницы: 1, 2, 3