Сегментная металлодеревянная ферма

Министерство науки и образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

 

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

 

Инженерная школа

 

Кафедра Строительных конструкций и материалов

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по дисциплине: «Конструкции из дерева и пластмасс»

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. С-3555б

Корнев В.С.

 

_______________

 

Проверил: старший преподаватель

Шестопалов Е.Г.

 

_______________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владивосток, 2012

Содержание.

1. Исходные данные………………………………………………………………….3.

2. Выбор конструктивного  решения ………………………………………………...3.

3. Расчет фермы………………………………………………………………………3.

3.1. Определение геометрических характеристик  фермы………………..….3.

3.2. Статический расчет……………………………………………………..….5.

3.3. Определение усилий в элементах металлодеревянной фермы…………8.

3.4. Расчет элементов фермы………………………………………………....17.

3.5. Расчет узловых  соединений……………………………………………...24.

4. Список использованной литературы…............................................................30. 
1. Исходные данные.

Рассчитать и запроектировать  каркас деревянного промышленного  сооружения по следующим данным:

Пролёт 30м; Длина промышленного сооружения 72м; Шаг колонн 6м;

Тип ригеля – сегментная металлодеревянная ферма.

Условия эксплуатации А-2. Место строительства  г. Спасск-Дальний. –

P^{снеговая}_н=120 кг с/м².

Стены здания – пластмассовые панели толщиной 0,2м.

Панели покрытия.

Материал несущей конструкции  – ель.

Кран (тельфер) Q=50 Кн. (5 Тс)

Стойки (колонны) ступенчатого типа, опирающиеся  на бутобетонный фундамент из бетона класса В25.

2. Выбор конструктивного решения здания.

Необходимо запроектировать  одноэтажное производственное здание в г. Владивостоке.

Основой каркас одноэтажного производственного здания составляют поперечные рамы, состоящие из колонн жестко защемленных в фундаменте и ригелей шарнирно соединенных с колоннами. Роль ригелей выполняют металлодеревянные фермы. Шаг колонн 6 м. Бетонные фундаменты выполнены из бетона класса В-25 и воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки от веса покрытия и поперечной рамы.

Конструкция стен – клеефанерные трехслойные панели общей толщиной 0,2м. Масса панели 40 кг/м².

Колонна - дощатоклееная  из ели 2 сорта.

Класс здания по степени  ответственности II.

Освещение и вентиляция осуществляется через боковые оконные  проемы.

Для восприятия усилий от ветра на торцевой части здания устраивается система вертикальных связей, которые соединяют стойки рам между собой попарно в крайних и средних панелях по длине связей.

Устойчивость сжатого  верхнего пояса ригеля обеспечивается жестким креплением плит покрытия. 

3. Расчет фермы.

3.1 Определение  геометрических размеров.

 

Расчетный пролет ферм L=30 м. Высоту фермы принимаем:

H=L/6=30/6=5м=5000мм

Рис.1. Расчетная схема фермы.

Определяем радиус кривизны дуги по оси верхнего пояса

 

м,

тогда центральный угол дуги

Длина дуги по оси верхнего пояса

м.

Длина хорд АБ, БВ, ВВ’, Б’В’, А’Б’

 

6,44 м=6440 мм

Отрезок ЕГ

4,79м=4790мм

Отрезок ЖГ

 

3,15м=3150мм

Раскос ВГ, В’Г

 

5,76м=5760мм

Раскос ВД, В’Д’

 

6,44м=6440мм

 

Раскос БД, Б’Д’

 

3,22м=3220мм

 

3.2. Статический расчет.

Определение нагрузок. Постоянная нагрузка — от крыши и несущих конструкций покрытия со связями.

Постоянная нагрузка

Нагрузка от веса кровли

Таблица 1.

Название слоя	qнкр (кН/м2)	γf	qр кр (кН/м2)
1. Кровля руберойдная трёхслойная.	12	1,2	14,4
2. Древесноволокнистые плиты сверхтвёрдые. (ГОСТ 4598—74).	14,2	1,1	15,6
3. Утеплитель-пенопласт ФС-7-2 2X40 мм у = 100 кг/м3 (.МРТУ 6-05-958-65)	8	1,2	9,6
4. Пароизоляция —1 слой пергамина	2,2	1,1	2,4
5.фанера марки ФК δ=8 мм	5,1	1,1	5,6
6.Прогоны 120 180 мм через 1,12м	10	1,1	11
Итого	51,5		58,6

 

Нагрузка от собственного веса фермы

 

Нормативная

расчетная .

Находим нормативную  нагрузку от снега (вес снегового  покрова для I I района s₀ = 120 Кн/м²) для ферм сегментного очертания

84Кн/м²

Коэффициенты  собственного веса для металлодеревянных ферм

 Кн/м²

 

14,74 Кн/м²

 

Суммарные постоянные нагрузки:

нормативная q^н = q^н_кр+ g^н_ф=51,5+13,4=64,9

расчетная q^p = q^р_кр+ g^р_ф=56,8+14,74=71,54,

Расчетная схема  фермы показана на рис. 2

Постоянная нагрузка

Временная нагрузка - от снега

Полное расчётное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия s следует определять по формуле

 

 

где s₀ — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, для I района s₀ = 120 Кн/м²

m — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Для сегментных ферм существует 2 варианта схемы снеговой нагрузки и для определения каждой из них необходимо высчитать свой коэффициент перехода.

Вариант 1 :

коэффициент перехода

μ₁=cos1,8α

расчётное значение снеговой нагрузки

Сосредоточенная нагрузка на узел от веса снега

,

где S – грузовая площадь, с которой собирается нагрузка на узел

Вариант 2 :

коэффициент перехода

μ₂=2,4sin1,4α

расчётное значение снеговой нагрузки

Сосредоточенная нагрузка на узел от веса снега

,

где S – грузовая площадь, с которой собирается нагрузка на узел

Так как уклон покрытия сегментной фермы непостоянен, то на каждый узел приходится своя нагрузка, зависящая от уклона в данной точке.

Таблица 2.

Узел	Уклон покрытия, α	Коэфицент перехода		Расчётная нагрузка, Кн/м2		Грузовая площадь,м2	Сосредоточенная нагрузка, Кн		const
		μ1	μ2	s1	s2	S, м2	P1сн	P2сн
А	29	0,61291	1,56186	73,5488	187,423	16,757	1232,46	3140,65	1198,79
Б	22	0,77051	1,2289	92,4616	147,468	35,374	3270,74	5216,55	2530,65
В	9,5	0,95579	0,55212	116,684	52,4838	37,903	4422,69	1989,29	2711,58
В’	9,5	0,95579	0,55212	116,684	26,2419	37,903	4422,69	994,645	2711,58
Б’	22	0,77051	1,2289	92,4616	73,7342	35,374	3270,74	2608,28	2530,65
А’	29	0,61291	1,56186	73,5488	93,7115	16,757	1232,46	1570,33	1198,79

 

Определим опорные реакции для каждой из нагрузок

 

;

 

;

 

Постоянная нагрузка

 

Кн

Кн

 

Снеговая нагрузка (вариант 1):

Кн

Кн

 

Снеговая нагрузка (вариант 2):

 

Кн

Кн

 

3.3. Определение усилий в металлодеревянной ферме.

 

Расчет фермы был произведён двумя способами.

1. Методом вырезания узлов. Схема фермы изображена на рис. 2.
2. При помощи расчётной программы «Fast Frame», результаты расчета приведены ниже. Схема фермы составленная для расчёта в «Fast Frame», и результаты расчета приведены в приложении 1.

Рис. 2 Схема металлодеревянной  фермы.

Узел А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Узел А с приложенными нагрузками и усилиями.

 

 

 

 

;

Узел Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4 Узел Б с приложенными нагрузками и усилиями.

;

;

= , тогда

= , тогда

 

= , тогда

 

= , тогда

 

=

Узел Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5 Узел Д с приложенными нагрузками и усилиями.

 

;

;

 

 

 

Узел В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6 Узел В с приложенными нагрузками и усилиями.

;

;

 

 

 

Узел Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7 Узел Г с приложенными нагрузками и усилиями.

 

;

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Узел В’

 

Рис. 8 Узел В’ с приложенными нагрузками и усилиями.

;

;

 

 

 

Узел Д’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9 Узел Д’ с приложенными нагрузками и усилиями.

;

;

 

 

 

 

Узел Б’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 10 Узел Б’ с приложенными нагрузками и усилиями.

;

;

 

=

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.

Результаты подсчета расчетных усилий, методом вырезания узлов.

 

Наименование элемента	Обозначение стержня	Усилия от нагрузок			Расчетные усилия		Обозначение усилий
		от постоянной	от снеговой		-	+
			Вариант 1	Вариант 2
1	2	3	4	5	6	7	8
Верхний пояс	АБ	10812,98	15868,96	13055,06		26681,94	SАБ
	БВ	9885,974	14745,97	10777,9		24631,95	SБВ
	ВВ’	9686,792	14789,3	8309,517		24476,09	SВВ’
	Б’В’	9885,974	14745,97	8208,8		24631,95	SБ’В’
	А’Б’	10812,98	15868,96	9239,798		26681,94	SА’Б’
Нижний пояс	АД	-9457,25	-13879,3	-11418,2	23336,55		SАД
	ДГ	-9686,79	-14789,3	-8900,81	24476,09		SДГ
	Д’Г	-9686,79	-14789,3	-7701	24476,09		SД’Г
	А’Д’	-9457,25	-13879,3	-8081,31	23336,55		SА’Д’
Раскосы	БД	-178,381	-707,154	1956,275		1777,894	SБД
	ДВ	205,7501	815,6547	-2256,43	2050,68		SДВ
	ВГ	0,0008	0	1057,4		1057,4	SВГ
	В’Г	-0,0008	0	-1057,4	1057,4		SВ’Г
	Д’В’	205,7501	815,6547	-340,882		1021,41	SД’В’
	Б’Д’	-178,381	-707,154	295,537	885,54		SБ’Д’
Опорные реакции	VA	6441,032	8925,883	9469,864
	VA’	6441,032	8925,883	6049,866