Проектирование стропильной фермы. Сбор нагрузок на ферму. Снеговая нагрузка

Проектирование стропильной фермы

Проектируем стропильную ферму с параллельными поясами (уклон верхнего пояса 2,5%) из широкополочных двутавров, решеткой из гнутозамкнутых профилей.

Сопряжение ригеля с колонной – жесткое, ферма опирается на колонну сбоку.

Ферму разбиваем на две отправочные марки.

Материал поясов и решетки – сталь С245, (, для листового проката толщиной 10…20 мм).

Сбор нагрузок на ферму

Постоянная нагрузка.

Нагрузка от массы покрытия .

Узловые сосредоточенные силы:

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

 – ширина панели покрытия.

Крайние узловые силы приложены к колоннам и в расчете фермы не учитываются.

Опорные реакции .

Рис. 6.1

Снеговая нагрузка.

Коэффициент , учитывающий неравномерное распределение снега по покрытию и возможность образования снеговых мешков у перепадов высот (при наличии фонаря) и зависит от конфигурации кровли.

Рис. 6.2

Для зданий без фонарей, перепадов высот и углом наклона кровли  .

Расчетная нагрузка .

Узловые нагрузки:

.

Опорные реакции .

Нагрузка от рамных моментов.

При жестком сопряжении ригеля с колонной в элементах фермы возникают усилия от рамных моментов на опорах. Значения опорных моментов  и  берут из таблицы расчетных усилий колонны для сечения 4–4, при этом, взяв момент для левой опоры , нужно определить опорный момент для правой опоры  при том же сочетании нагрузок.

При определении опорных моментов следует учитывать первую комбинацию с максимальным по абсолютному значению моментом, вызывающую наибольшее растягивающее усилие в крайней панели верхнего пояса, и вторую комбинацию моментов без учета снеговой нагрузки для определения возможного сжимающего усилия в нижнем поясе. 

Первая комбинация:

 (сочетание 1, 2, 3, –5, 8);

 (1, 2, 4, –6, 7).

Вторая комбинация (то же, без учета снеговой нагрузки):

 (1, 3, –5, 8);

 (1, 4, –6, 7).

Для определения усилий от опорных моментов удобно построить диаграммы от единичного момента, приложенного на левой опоре. Зеркальное отображение этих усилий дает значение усилий в стержнях фермы от единичного момента, приложенного к правой опоре.

При вычерчивании фермы за расчетную высоту принимается расстояние между осями поясов. Сумму привязок осей поясов двутаврового сечения к их внешним граням можно принять равной 200 мм.

Расчетные усилия получаются путем умножения значений, полученных от загружения фермы единичным моментом на соответствующие величины. Для построения диаграммы единичный момент заменяется парой сил с плечом, равным расчетной высоте фермы на опоре:

.

Вертикальные опорные реакции фермы равны:

, где  – расчетная длина фермы (расстояние между опорами).

Рис. 6.3

Нагрузка от распора рамы.

В стропильных фермах, входящих в состав поперечной рамы, возникают усилия от распора (продольная сила в ригеле). По принятому конструктивному решению узла сопряжения фермы и колонны распор рамы воспринимается нижним поясом фермы. Можно принять, что усилие в нижнем поясе меняется линейно.

Первая комбинация:

 (сочетание 1, 2, 3, –5, 8);

 (1, 2, 4, –6, 7).

Вторая комбинация (то же, без учета снеговой нагрузки):

 (1, 3, –5, 8);

 (1, 4, –6, 7).

Рис. 6.4

Определение усилий в стержнях фермы.

Усилия определяются отдельно для каждой нагрузки с помощью построения диаграммы Максвелла-Кремоны.

При вычерчивании фермы за расчетную высоту принимается расстояние между осями поясов. Сумму привязок осей поясов двутаврового сечения к их внешним граням можно принять равной 200 мм. Уклоном фермы пренебрегаем.

Для симметричных нагрузок (постоянная и снеговая) достаточно построить диаграмму усилий только для половины фермы.

Усилия от всех видов загружения сводим в таблицу расчетных усилий в стержнях фермы. Находим суммарные расчетные усилия. Усилия от распора рамы и опорных моментов учитываем только в том случае, если они догружают стержень или меняют знак усилия. При учете усилий от опорных моментов, снеговая нагрузка вводится с коэффициентом сочетания , так как опорные моменты определены от нескольких кратковременных нагрузок.

Таблица 6.1. Расчетные усилия в стержнях фермы

Элемент	№ стерж-ней	Усилия от постоянной нагрузки	Усилия от снеговой нагрузки		Усилия от опорных моментов				Усилия от распора рамы	Расчетные усилия
					S1 от	S2 от	S1М1	S2М2		№ нагрузок	растя-жение	№ нагрузок	сжатие
		1	2а	2б			3	4	5
Верхний пояс	В–1	0	0	0	–0,038	–0,68	42,660	644,841	–	3, 4	687,501
	В–3	–524,864	–604,910	–544,419	–0,393	–0,626	441,190	593,633	–	1, 3, 4	509,959		1129,774
	В–4	–524,864	–604,910	–544,419	–0,393	–0,626	441,190	593,633	–
	В–6	–868,322	–1000,808	–900,727	–0,451	–0,567	506,302	537,683	–	1, 3, 4	175,663		1869,13
	В–7	–868,322	–1000,808	–900,727	–0,451	–0,567	506,302	537,683	–
	В–9	–982,857	–1133,070	–1019,763	–0,509	–0,509	571,414	482,682	–	1, 3, 4	71,239		2115,927
Ниж-ний пояс	Н–2	267,507	308,071	277,264	0,364	0,655	–264,144	–361,131	–190,339		575,578	1, 3, 4, 5	–548,107
	Н–5	725,35	835,787	752,208	0,422	0,597	–306,233	–329,153	–175,330		1561,137	1, 3, 4, 5	–85,366
	Н–8	954,41	1099,867	989,880	0,48	0,538	–348,322	–296,624	–160,321	1, 2	2054,277
Решетка	1–2	–425,125	–471,093	–423,984	–0,038	0,038	42,660	–36,035	–			1, 2	896,218
	2–3	373,3	416,287	374,658	0,041	–0,041	–46,027	38,880	–	1, 2	789,587
	4–5	–290,4	–323,848	–291,463	–0,041	0,041	46,027	–38,880	–			1, 2	614,248
	5–6	207,48	231,409	208,268	0,041	–0,041	–46,027	38,880	–	1, 2	438,889
	7–8	–124,491	–138,970	–125,073	–0,041	0,041	46,027	–38,880	–			1, 2	263,461
	8–9	41,502	46,531	41,878	0,041	–0,041	–46,027	38,880	–	1, 2	88,033
	3–4	–60,084	–64,800	–58,320	0	0	–	–	–			1, 2	124,884
	6–7	–60,084	–64,800	–58,320	0	0	–	–	–			1, 2	124,884
	9–9	–60,084	–64,800	–58,320	0	0	–	–	–			1, 2	124,884

Таблица 6.2. Проверка сечений стержней фермы

Элемент	№ стержней	Расчетное усилие		Сечение	Площадь	, см	, см						Проверка сечения
		растяж.	сжатие										прочн.	устойч.
Верхний пояс	В–1	687,501	–	I 20Ш1	38,95	–	–	–	–	–	–	–	17,651	–
	В–3 В–4	–	1129,774	I 30Ш1	68,31				2,165	0,802	125,731	0,95	–	20,622
	В–6 В–7	–	1869,13	I 35Ш3	116,3				1,709	0,868	131,274	0,95	–	18,516
	В–9	–	2115,927	I 40Ш1	122,4				1,426	0,902	129,565	0,95	–	19,165
Нижний пояс	Н–2	575,578	548,107	I 30Ш1	68,31				4,414	0,392	131,128	0,95	8,426	20,469
	Н–5	1561,137	85,366	I 30Ш1	68,31				4,414	0,392	150	0,95	12,754	3,196
	Н–8	2054,277	–	I 35Ш1	95,67			–	–	–	400	0,95	21,473	–
Раскосы	1–2	–	896,218	I 30Ш1	68,31				2,869	0,671	128,546	0,95	–	19,553
	2–3	789,587	–	□ 140´7	34,66			–	–	–	400	0,95	22,781	–
	4–5	–	614,248	ð 230´100´8	46,47				3,184	0,666	127,771	0,95	–	19,847
	5–6	438,889	–	□ 100´6	20,81			–	–	–	400	0,95	21,09	–
	7–8	–	263,461	□ 100´6	20,81				3,465	0,601	124,567	0,95	–	21,065
	8–9	88,033	–	ð 97´80´3	9,87			–	–	–	400	0,95	8,919	–
Стойки	3–4 6–7 9–9	–	124,884	ð 97´80´3	9,87				2,884	0,729	134,325	0,95	–	17,356

Подбор сечений стержней фермы.

Результаты вычислений оформляем в виде таблицы 6.2.

Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к поясам фермы.

Сварные швы, прикрепляющие стержни решетки к полкам поясов с полным проплавлением стенки профиля, рассчитываем как стыковые (согласно п.п. 3.1.2 [8]).

Результаты вычислений сведены в таблицу 6.3.

Таблица 6.3. Результаты расчета сварных швов

№	Сечение	, см	N, кН	, см
1–2	I 30Ш1	–	896,218	–
2–3	□ 140´7	56	789,587	54,293+1,4
3–4	ð 97´80´3	35,4	124,884	20,406+0,6
4–5	ð 230´100´8	66	614,248	37,638+1,6
5–6	□ 100´6	40	438,889	35,857+1,2
6–7	ð 97´80´3	35,4	124,884	20,406+0,6
7–8	□ 100´6	40	263,461	21,525+1,2
8–9	ð 97´80´3	35,4	88,033	14,384+0,6

Для I 30Ш1 необходимо рассчитать угловой шов.

Применяем полуавтоматическую сварку в нижнем положении под флюсом сварочной проволокой Св–08ГА, диаметр проволоки . При : , .

По металлу шва:

;

по металлу границы сплавления:

.

Тогда принимаем .

Получим необходимую длину шва:

.

Так как ширина полки двутавра  превышает требуемую длину шва, принимаем