2. Компоновка каркаса производственного здания

6.2 Определение усилий в стержнях фермы
Усилия определяем по средствам программы ЛИРА 9.6. На рисунках приведены схемы загружения для различных типов нагрузки.

Рисунок 6.3 Схема загружения снеговой нагрузкой первой комбинации.

Рисунок 6.4 Схема загружения постоянной нагрузкой.

Рисунок 6.5 Схема загружения снеговой нагрузкой второй комбинации.

Рисунок 6.6 Схема загружения опорными распором и моментами.
Все остальные усилия определяются аналогично. Расчетные значения усилий занесем в таблицу 6.2.

Таблица 6.2 – Усилия в стержнях фермы (в кН).

Элемент	Номер стержня	Усилия от пост. нагруз.	Усилия от снеговой нагрузки			Усилия от снеговой нагрузки			Усилия от распора и опорных моментов		Расчетные усилия
			1 nc=1	2 nc=0,9	1 nc=1		2 nc=0,9			№		Значение
		1	2	3	4		5	6		7		8
Верхний пояс	2-4	0,00	0,00	0,00	0		0	0		-		0
	4-6	-487,93	-851,77	-766,53	-859,4		-773.46	192,94		1,2,6		-1168.29
	6-7	-491,19	-878,77	-790.89	-864,9		-778.41	186,79		1,2,6		-1183.17
	7-9	-788,13	-1322,77	-1190.49	-1250,55		-1125.50	174,631		1,2,6		-1936.27
	9-10	-789,47	-1324,64	-1192.18	-1251,02		-1125.92	175,39		1,2,6		-1938.72
	10-12	-833,62	-1388,12	1249.31	-1215,54		-1093.99	170,99		1,2,6		-2050,75
Нижний пояс	1-5	265,95	477,5	429,75	476,59		428.93	-246,95		1,2,6		506.79
	5-8	661,63	1150,38	1035.34	1142,5		1028.25	-218,43		1,2,6		1593.58
	8-11	843,8	1404,94	1264.45	1231,01		1107.91	-212,28		1,2,6		2036.46
Раскосы	1-4	-368,47	-669,24	-602,32	-659,55		-593.60	186,0		1,2,6		-857.84
	4-5	300,37	529,3	476,37	518,27		466.44	-3,45		1,2,6		818.55
	5-7	-238,41	-380,32	-342.29	-388,66		-349.79	-4,14		1,2,6		-631,21
	7-8	173,04	234,94	211.45	145,63		131.07	7,02		1,2,6		415.00
	8-10	-78,98	-117,31	-105.58	24,54		22.09	-3,61		1,2,6		-199.90
	10-11	-16,69	-27,76	-24.98	-25,24		-22.72	2,96		1,2,6		-41.49
Стойки	5-6	-40,85	-94,44	-85.00	-86,27		-77.64	-35,03		1,2,6		-170.32
	8-9	-64,73	-80,74	-72.67	-118,97		-107.07	0,68		1,2,6		-144.79
	11-12	23,6	39,27	35.34	35,84		32.26	-4,75		1,2,6		58.12

6.3 Подбор сечений стержней фермы
Расчетные длины стержней в плоскости фермы, где l - геометрические размеры стержня:
поясов - l_ef = l;
опорных раскосов и опорных стоек: l_ef = l;
прочих элементов: l_ef = 0,8  l.
Расчетные длины перпендикулярно плоскости фермы, где l₁ - расстояние между смежными узлами стержня, закрепленными от смещения в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы:
поясов - l_ef = l₁;
опорных раскосов и стоек: l_ef = l₁;
прочих элементов: l_ef = l₁.
Для примера рассчитаем стержень 1-4 по формулам /7/. Усилие и расчетные длины в стержне соответственно равны: N= -857,84кН; l_ef,x=l_ef,y=410см. Предварительно принимаем =100;   0,55; _с = 0,95. Определяем требуемую площадь А_d, см².
(6.9)

Из сортамента принимаем неравнополочные уголки 200х125х12: А = 2·37,9 = 75,8 см². Фасонки принимаем толщиной t = 14мм в зависимости от максимального усилия в стержнях.
Тогда радиусы инерции сечения опорного раскоса равны: i_x = 6,43 см; i_y=4,95см. Определяем гибкости _х и _y и сравниваем их с допустимой _lim = 120.
(6.10)


По максимальной гибкости находим _min = 0,698. Определяем максимальные напряжения , МПа, в стержне
(6.11)

Условие выполняется.

Стержень 1-5 по формулам /7/. Усилие в стержне равно N= 506.79кН. Определяем требуемую площадь А_d, см².

Из сортамента принимаем неравнополочные уголки 100х63х8: А = 2·12,57 = 25,14 см². Фасонки принимаем толщиной t = 14мм в зависимости от максимального усилия в стержнях.


Условие выполняется.

Подбор остальных сечений стержней фермы проводим в программе ЛИРА-СТК. Результат подбора сечений сводим в таблицу 6.3.

Таблица 6.3 - Расчет сечений стержней фермы

Элемент	№ стержня	Расчетное усилие,кН	Принятое сечение		Площадь А, см^2
			Расчетное	Проектное
Верхний пояс	2-4	0	0	160х160х11	69,74
	4-6	-1168,29	160х160х10	160х160х11	69,74
	6-7	-1183,17	160х160х11	160х160х11	69,74
	7-9	-1936,27	200х200х13	200х200х14	109,2
	9-10	-1938,72	200х200х13	200х200х14	109,2
	10-12	-2050,75	200х200х14	200х200х14	109,2
Нижний пояс	1-5	506,79	100х63х8	160х100х14	69,44
	5-8	1593,58	160х100х14	160х100х14	69,44
	8-11	2036,46	200х125х16	200х125х16	99,54
Раскосы	1-4	-857,84	160х100х9	160х100х9	45,74
	4-5	818,55	140х90x8	160х100х9	45,74
	5-7	-631,21	180х110x10	160х100х14	69,44
	7-8	415	80х60x7	80х60x7	18,84
	8-10	-199,9	110х70x8	110х70x8	27,86
	10-11	-41,49	80х60x6	80х60x7	18,84
Стойки	5-6	-170,32	80х60x6	80х60x7	18,84
	8-9	-144,79	90х56x5,5	80х60x7	18,84
	11-12	58,12	20х20x4	50х50x5	9,6

6.4 Расчет узлов фермы

При расчете узлов фермы определяем размеры сварных швов и назначаем габариты фасонок с таким расчетом, чтобы на них размещались все сварные швы стержней.

Распределение действующего в стержне усилия принимается в зависимости от сечения стержня: если сечение состоит из двух равнополочных уголков, то на обушок – 0,7N, на перо – 0,3N; если из двух неравнополочных составленных малыми полками вместе, то на обушок – 0,75N, на перо – 0,25N; если из двух неравнополочных составленных большими полками вместе, то на обушок – 0,65N, на перо – 0,35N.
Задавшись толщиной сварного шва k_f, длину его на один уголок вычисляем по формуле (в сечении по металлу шва):


(6.12)
При расчете по металлу границы сплавления формулы (6.12) имеют вид:
(6.13)
где ₁ и ₂ – коэффициенты распределения усилий на обушок и перо соответственно.

Для примера рассмотрим опорный узел 1, где сходятся стержни 1-4, 1-5. Сварка полуавтоматическая. Сварочная проволока СВ-08Г2С диаметром 1,4-2мм. Минимальный катет шва по конструктивным требованиям k_f,min = 6 мм. Параметры сварки:

а) по металлу шва:
R_wf = 215МПа, _wf = 1, _f = 0,9;
б) по металлу границы сплавления:
R_un = 370МПа, R_wz = 0,45  R_un = 0,45  370 = 166,5МПа, _wz = 1, _z = 1,05.
Определяем минимальное из произведений:
и
Следовательно, менее благоприятным расчетным случаем является расчет по металлу границы сплавления.
Расcчитаем прикрепление опорного раскоса 1-4, расчетное усилие N_2-3= --857,84кН, сечение из   160х100х9.
Принимаем катет шва у обушка k_wb = 10 мм, у пера k_wр = 6мм; вычисляем длины швов:

Аналогично производим подбор остальных длин швов приварки стержней фермы. Если расчетная длина стержня получается меньше 60 мм, конструктивно принимаем длину шва равную 60мм. Расчеты сводим в таблицу 6.4.

Таблица 64 - Расчет швов приварки стержней фермы

Узел фермы	№ стержня	Сечение	Расчетное усилие, кН	Шов по обушку			Шов по перу
				Nb, кН	kwb, мм	lwb, мм	Np, кН	kwp, мм	lwp, мм
1	1-4	160х100х9	-857,84	-557.60	10	180	-300.24	10	110
	1-5	160х100х14	506,79	329.41	10	120	177.38	10	80
4	2-4	160х160х11	0	0	6	60	0	6	60
	1-4	160х100х9	-857,84	-557.60	10	180	-300.24	10	110
	5-4	160х100х9	818,55	532.06	10	180	286.49	10	110
	6-4	160х160х11	-1168,29	-817.80	14	190	-350.49	14	100
5	1-5	160х100х14	506,79	329.41	10	120	177.38	10	80
	4-5	160х100х9	818,55	532.06	10	180	286.49	10	110
	6-5	80х60x7	-170,32	-110.71	6	80	-59.61	6	60
	7-5	160х100х14	-631,21	-410.29	10	140	-220.92	10	90
	8-5	160х100х14	1593,58	1035.83	14	240	557.75	14	140
6	4-6	160х160х10	-1168,29	-817.80	14	190	-350.49	14	100
	5-6	80х60x7	-170,32	-110.71	6	80	-59.61	6	60
	7-6	160х160х11	-1183,17	-828.22	14	190	-354.95	14	100
7	6-7	160х160х11	-1183,17	-828.22	14	190	-354.95	14	100
	5-7	160х100х14	-631,21	-410.29	10	140	-220.92	10	90
	8-7	80х60x7	415	269.75	10	100	145.25	10	70
	9-7	200х200х14	-1936,27	-1355.39	14	300	-580.88	14	140
8	5-8	160х100х14	1593,58	1035.83	14	240	557.75	14	140
	7-8	80х60x7	415	269.75	10	100	145.25	10	70
	9-8	80х60x7	-144,79	-94.11	6	70	-50.68	6	60
	10-8	110х70x8	-199	-129.35	6	90	-69.65	6	60
	11-8	200х125х16	2036,46	1323.70	14	300	712.76	14	170
9	7-9	200х200х14	-1936,27	-1355.39	14	300	-580.88	14	140
	8-9	80х60x7	-144,79	-94.11	6	70	-50.68	6	60
	10-9	200х200х14	-1938,72	-1357.10	14	300	-581.62	14	140
10	9-10	200х200х14	-1938,72	-1357.10	14	300	-581.62	14	140
	8-10	110х70x8	-199	-129.35	6	90	-69.65	6	60
	11-10	80х60x7	-41,49	-26.97	6	60	-14.52	6	60
	12-10	200х200х14	-2050,75	-1435.53	14	320	-615.23	14	150
11	8-11	200х125х16	2036,46	1323.70	14	300	712.76	14	170
	10-11	80х60x7	-41,49	-26.97	6	60	-14.52	6	60
	12-11	50х50x5	58,12	40.68	6	60	17.44	6	60
12	10-12	200х200х14	-2050,75	-1435.53	14	320	-615.23	14	150
	11-12	50х50x5	58,12	40.68	6	60	17.44	6	60

6.5 Указания по конструированию фермы
Осевые линии стержней должны в узлах пересекаться в одной точке - центре узла. Смещение осей поясов фермы при изменении сечения допускается не учитывать, если оно не превышает 1,5% от высоты пояса.
Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах фермы следует принимать не менее а = 6  t – 20мм, но не более 80мм (здесь t - толщина фасонки, мм).
Для обеспечения совместной работы составных стержней фермы на участках между узлами дополнительно ставят соединительные прокладки на расстояниях: в сжатых элементах - через 40i и в растянутых элементах - через 80  i друг от друга по 2-3 на элементе (где i - радиус инерции уголка относительно оси, параллельной плоскости расположения прокладок). Ширина прокладок 60 - 100мм.
Фасонки принимаем толщиной t = 14мм. Размеры фасонок принимаем из условий размещения сварных швов. Сварные швы, прикрепляющие элементы фермы к фасонкам следует выводить на торец элемента на длину 20мм. Расчетную длину швов для крепления пояса к фасонке принимаем на 10 – 20мм меньше длины фасонки.
Соединение полуферм в середине пролета выполняется на болтах класса В диаметром 24мм на фланцах. К колонне ферма крепится сбоку, с помощью болтов диаметром 24мм класса В и нижнего фрезерованного торца листа на опорный столик.


Список использованной литературы
1. Металлические конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведерников, и др.; Под общей ред.Е.И. Беленя- 6-е изд.
2.Стальной каркас одноэтажного производственного здания. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине ”Металлические конструкции” для студентов специальности Т19001.00 “Промышленное и гражданское строительство”.Часть 4. Расчёт ступенчатой колоны. – Могилёв: УО МГТУ, 2002. 35с.
3.СНиП II-23-81.Стальные конструкции. Нормы проектирования. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР.1990.
4 СНиП 2.01.07-85.Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР.1988.
5. Приложения № 5 к СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. (Карты районирования территории СССР по климатическим условиям.) Госстрой СССр. – М.: ЦИТП Госстроя СССР.1998.

Изм.

Лист

№ док.

Подп.

Дата

Лист

338/14- ПЗ


Кол.