Курсовая работы ПГС

Содержание.

 

1.	Исходные данные	3
2.	Конструирование фермы	5
2.1.	Сбор нагрузок на ферму	5
2.2.	Статический расчет фермы	6
2.3.	Подбор сечений элементов фермы	8
2.4.	Конструирование и расчет узловых  сопряжений фермы	11
3.	Список использованной литературы.	19
4.	Приложение 1	20

1. Исходные данные.

Рассчитать  и запроектировать каркас деревянного  здания по следующим данным:

- назначение  здания: производственное здание  «Завод по производству картона»

- место строительства:  г.Уссурийск

- длина здания 72 м.

-пролет 21 м.

- шаг колонн  5,25 м.

- отметка  низа несущих конструкций 6 м.

- тип ригеля  – пятиугольная  металлодеревянная ферма с нисходящими опорными раскосами

- материал  несущих конструкций – ель, сталь Ст-3

- ограждающие  конструкции: клеефанерная панель

- условия эксплуатации А-3 (СНиП II-25-80 табл. 1).

- грузоподъемность  крана: 50 кН

Здание запроектировано в городе Уссурийске относящемуся ко II снеговому району с расчетной снеговой нагрузкой равной 1,2 кПа.

Выбор конструктивного решения здания.

Основой каркас одноэтажного производственного  здания составляют поперечные рамы, состоящие из колонн жестко защемленных в фундаменте и ригелей шарнирно соединенных с колоннами. Роль ригелей выполняют трапецеидальные фермы со сжатыми опорными раскосами. Шаг колонн 5,25м. Бутобетонные фундаменты  выполнены из бетона класса В20. Фундаменты воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки от веса покрытия и поперечной рамы.

В качестве ограждающих конструкций принимаем  утепленные клеефанерные панели размером 1,5×6 м , между которыми укладывается минераловатный утеплитель толщиной 200мм.

Класс здания по степени ответственности II.

Освещение и  вентиляция осуществляется через боковые  оконные проемы.

Ветровые  усилия на торец здания воспринимаются системой вертикальных связей, соединяющих  стойки рам между собой попарно  в крайних и средних панелях по длине здания. Вертикальные связи располагаются в плоскости стоек. Горизонтальные связи, расположенные в плоскости кровли (по верхнему поясу ферм), обеспечивают устойчивость сжатых поясов ригеля. Связи, расположенные в плоскости нижнего пояса ригеля, служат для восприятия горизонтальных усилий от ветра на торец здания, передающихся на ферму через элементы торцевого каркаса.

Покрытия  выполнены из фанеры по балкам сечением 120х180 см, с шагом 1.5 м. Кровля выполнена из 3-х слойного рубероидного ковра с уклоном i=0,1.

  Горизонтальные ветровые  усилия на торец здания, воспринимаются  стойками фахверка постоянного по высоте сечения, размещенные с шагом 5,25 м. Стойки принимаем дощатые, спаренные на болтах.

2. Конструирование фермы.

2.1 Сбор нагрузок на ферму.

Ферма воспринимает воздействие от  постоянных и  временных нагрузок,  к  постоянным нагрузкам относятся:

- собственный вес фермы,

- вес кровли 

к временным  нагрузкам относится:

- снеговая  нагрузка.

Собственный вес фермы определяется по формуле:

  кг/м²

где: 

Результаты  сбора нагрузок на ферму на один квадратный метр представлены в таблице 1.

Таблица 1

Виды нагрузок	Нормативные нагрузки кгс/м2	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчётные нагрузки кгс/м2
Рулонный ковер	11,0	1,3	14,3
Утеплитель (минераловатные плиты на битумном связующем) t=0,2м. (120кг/м3)	24,0	1,2	28,8
Пароизоляция —1 слой пергамина	1,2	1,3	69
Фанера марки ФК t=8 мм (500кг/м3)	4,0	1,1	4,4
Прогоны 120 180 мм через 1,5м L=6м., (500кг/м3)	43,2	1,1	47,52
Собственный вес фермы	12,31	1,1	13,54
Итого постоянная нагрузка:	95,71		177,56
Снеговая нагрузка	86,0	1,4	120,0
Итого постоянная + временная	181,71		297,56

 

Сбор нагрузок на один погонный метр определяется как  произведение нагрузки с квадратного метра на пролет между фермами равный 5,25 метрам.

Постоянная  нагрузка:

Временная нагрузка:

;

Максимальная  высота фермы определяется по формуле 

;

 При принятом уклоне кровли tgα = 0,1 высота фермы на опоре

[м].

Нагрузки  прикладываются к узлам фермы, грузовая площадь составляет, 36 м², величина нагрузок в узлах представлена в таблице 2.

Таблица 2.

Узел	Коэфицент перехода		Расчётная нагрузка, кг/м2		Грузовая площадь,м2	Сосредоточенная нагрузка, Кгс		Постоянная нагрузка Кгс
	μ1	μ2	s1	s2	S, м2	P1сн	P2сн
6	1	0,75	120	90	18	2160	1620	3276
7	1	0,75	120	90	36	4320	3240	6552
8	1	1	120	120	36	4320	4320	6552
9	1	1,25	120	150	36	4320	5400	6552
10	1	1,25	120	150	18	2160	2700	3276

2.2 Статический расчет фермы.

Расчет фермы был произведён, при помощи расчётной программы  «SCAD», результаты расчета приведены ниже. Схема фермы составленная для расчёта в «SCAD», и результаты расчета приведены в приложении 1.

 

Рис. 1 Расчетная схема металлодеревянной фермы.

Результаты  подсчета расчетных усилий, полученные в «SCAD».

Таблица 3.

Наименование элемента	Обозначение стержня	Усилия от нагрузок (кгс)			Расчетные усилия		Обозначение усилий
		от постоянной	от снеговой		+	-
			Равномерная	Сугроб справа
Верхний пояс	6-7	-17352,9	-11441,5	-10486,5		28794,4	S6-7
	7-8	-17369,0	-11452,1	-10497,2		28848,1	S7-8
	8-9	-17369,0	-11452,1	-12407,0		29776,0	S8-9
	9-10	-17352,9	-11441,5	-12396,4		29749,3	S9-10
Нижний пояс	1-2	-16,9	-11,1	-11,9		28,8	S1-2
	2-3	19614,6	12932,7	12931,9	32547,3		S2-3
	3-4	19614,6	12932,7	12933,5	32548,1		S3-4
	4-5	-16,9	-11,1	-10,3		28,0	S4-5
Раскосы	6-2	19072,9	12575,6	11527,8	31648,5		S6-2
	2-8	-2800,8	-1846,6	-2987,8		5788,6	S2-8
	8-4	-2800,8	-1846,6	-705,5		4947,4	S8-4
	4-10	19072,9	12575,6	13623,4	32696,3		S4-10
Стойки	6-1	-13078,6	-8623,2	-7544,1		21701,8	S6-1
	7-2	-6544,0	-4314,8	-3236,2		10858,8	S7-2
	8-3	5,8	3,8	3,8	9,6		S8-3
	9-4	-6544,0	-4314,8	-5393,3		11937,3	S9-4
	10-5	-13078,6	-8623,2	-9702,4		22781,0	S10-5
Опорные реакции	V1	13104,0	8640,0	7559,7	21744,0
	V5	13104,0	8640,0	9720,3	22824,3

 

2.3 Подбор сечений элементов фермы.

Верхний пояс:

В верхнем  поясе действует расчетное продольное сжимающее усилие S_8-9 = 29776,0 кг. Кроме того, верхний пояс фермы подвергается местному изгибу от поперечной нагрузки.

 кг/м

вызывающий  в панели положительный момент М₀.

кг*см

Верхний пояс принимаем из неразрезного клееного бруса прямоугольного сечения 15х31,5 см состоящее из 9 досок толщиной 3,5 см. Опирание концов бруса в узлах выполняется с эксцентриситетом см.

в промежуточном  узле 7 делаем пропил сверху на глубину 15 см, вследствие чего узловой эксцентриситет увеличивается до

e₂ = 15/2 = 7.5 см.

Расчетный эксцентриситет в середине панели

 см.

Геометрические  характеристики принятого сечения

Площадь сечения

Момент сопротивления

 

Гибкость  пояса в плоскости изгибающего  момента

 см.

Производим  проверку сечения панели 8-9 верхнего пояса при полном загружении фермы снегом.

Расчетный изгибающий момент самой нагруженной панели 8-9

 кг*см

˂130кг/см²

где

m_и = 1.0 коэффициент условий работы на изгиб для брусьев с размерами сторон сечения менее 15 см.

Данное сечение  удовлетворяет напряжениям возникающим в поясе фермы. Принимаем верхний пояс сечением 15х31,5 см.

 

Нижний пояс:

Сечение нижнего  пояса проектируем из двух равнобоких уголков. Требуемая площадь сечения

см²

 Принимаем  два уголка 2L 60x8 площадью

Раскосы:

Раскосы (2-8) (8-4) являются центрально сжатыми, принимаем сечение из клееных брусьев мм.

Расчетное усилие: S_2-8 = 5788,6 кг.

Площадь сечения:

Гибкость  раскоса: см.

Несущую способность  раскоса при продольном изгибе проверяем  по формуле

 

где

 

Раскосы (6-2) (4-10) растянуты сечение проектируем из двух равнополочных уголков.

Расчетное усилие: S_4-10 = 32696,3 кг.

Требуемая площадь  сечения 

 

Принимаем два  уголка 2L 60x8 площадью

 

Стойки:

Стойки  (1-6) (5-10)  являются центрально сжатыми, принимаем сечение из клееных брусьев мм.

Расчетное усилие: S_10-5 = 22781,0 кг.

Площадь сечения:

Гибкость:  см.

Проверяем стойку на устойчивость:

 

где

 

Стойки  (7-2) (9-4)  являются центрально сжатыми, принимаем  сечение из клееных брусьев  мм.

Расчетное усилие: S_9-4 = 11937,3 кг.

Площадь сечения:

Гибкость:  см.

Проверяем стойку на устойчивость:

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Конструирование и расчет узловых сопряжений фермы.

Проектирование карнизного узла.

Рис 1. Карнизный  узел

Длина сварных  швов для крепления раскоса (6-2) к  фасонкам узла:

где  m=1;

h_ш=0,6 см – толщина углового шва;

  -расчетное сопротивление углового шва срезу при сварке стали марки Ст.3 электродами Э42.

  Принимаем  4 шва по 15 см. с общей расчётной  длиной :

  Длина  швов прикрепляющих торцевой  швеллер к узловым фасонкам:

 

  Принимаем  общую длину швов в соединении  швеллера  с фасонками равную 60 см.

Торцевой  швеллер подбираем по изгибу от равномерно распределенной нагрузки:

Изгибаемый  момент:

Требуемый момент сопротивления

Принимаем швеллер 22П c

   Смятие  торца верхнего пояса проверяется  по формуле:

 

где Fсм = 15 х 22= 330 кв.см – площадь смятия торца верхнего пояса .

Горизонтальный  лист проверяем на изгиб от опорного реактивного давления стойки, принятой сечением 150х150

Реактивное  давление на лист

Изгибающий  момент в средней части листа, считая края листа защемлёнными:

Необходимая толщина листа:

 

Принимаем горизонтальный лист толщиной 24 мм.

Смятие торца  стойки проверяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Промежуточный узел верхнего пояса

Рис 2. Промежуточный  узел верхнего пояса

Расчетные усилия:

Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передается лобовым упором из плоскости смятия с глубина прорези для создания эксцинтриситета  . Стык перекрывается с двух сторон накладками сечением 150x75 на болтах .

Усилие от стойки передается на верхний пояс из плоскости смятия под торцом стойки. Усилия от стойки передаются на верхний пояс через площадку смятия под торцом стойки. Расчетное сопротивление древесины сосны местному смятию находим по формуле.

 кг.

Требуемая площадь  смятия

Для увеличения площади смятия под стойку подкладывается деревянный вкладыш с размерами 7х15х83 см для увеличения площади  смятия.

F_см = 15х83 =1245 см² ˃483,29 см²

 

Промежуточный узел нижнего  пояса

Рис 3. Промежуточный  узел нижнего пояса

Расчетные усилия:

Длина сварных  швов для крепления нижнего пояса (2-3) к фасонкам узла:

где  m=1;

h_ш=0,6 см – толщина углового шва;

  -расчетное сопротивление углового шва срезу при сварке стали марки Ст.3 электродами Э42.