Проектирование стропильных ферм: Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Металлические конструкции, включая сварку»

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра инженерных конструкций

Проектирование стропильных ферм

Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Металлические конструкции, включая сварку»; для студентов

специальности «Промышленное и гражданское строительство» (290300) дневной и заочной форм обучения.

Новокузнецк

2004

УДК 624.014(075)

Рецензент

Заведующий кафедрой строительного производства и управления недвижимостью СибГИУ д.т.н. профессор С.И. Павленко.

Проектирование стропильных ферм

Метод. Указания/ Сост.: Алешин Н.Н., Музыченко Л.Н.

СибГИУ. – Новокузнецк, 2004. – 33

Настоящие методические указания содержат общие положения по проектированию стропильных ферм. Рассмотрены вопросы компоновки ферм, основные предпосылки статического расчета стропильных ферм,  определены усилия в стержнях от единичных нагрузок и опорных моментов, расчетные длины и предельные гибкости стержней ферм.

КОМПОНОВКА КОНСТРУКЦИЙ, УНИФИКАЦИЯ И МОДУЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ФЕРМ

Очертание стропильной фермы производственного здания зависит от назначения цеха, типа кровли, типа и размера фонаря, типа соединения ферм с колоннами (шарнирное или жесткое) и т.п.

Фермы трапециевидного очертания со слабо вспарушенным поясом стали применяться в строительстве с появлением рулонных кровельных материалов, не требующих больших уклонов кровли. Трапециевидное очертание ферм имеет конструктивные преимущества по сравнению с фермами треугольного очертания, в сопряжении с колоннами позволяет устраивать жесткие рамные узлы, что повышает жесткость здания. Решетка таких ферм не имеет длинных стержней в середине пролета.

Фермы с параллельными поясами (рис. 1-5) имеют существенные конструктивные преимущества. Равные длины стержней поясов и решетки, одинаковая схема узлов и минимальное число стыков поясов обеспечивают в таких фермах наибольшую повторяемость деталей и возможность унификации конструктивных схем, что способствуем индустриализации их изготовления. Эти фермы вытесняют трапециевидные.

Пролет или длина ферм в большинстве случаев определяется эксплуатационными требованиями и общекомпоновочным решением сооружения и не может быть назначена по усмотрению конструктора.

Расчетный пролет фермы  равен:

-  для разрезных ферм при их свободном опирании на колонны

, где  - расстояние в свету между опорами;  - ширина опоры;

-  при примыкании ферм к металлическим колоннам сбоку .

Высоту ферм с параллельными поясами или близких к ним ферм трапециевидного очертания принимают . Некоторое отклонение высоты ферм от оптимальной может быть вызвано требованиями унификации конструкций. В фермах трапециевидного очертания помимо высоты посередине пролета необходимо установить высоту на опоре. При уклонах кровли  она получается в пределах от 1/15 до  1/10 пролета.

В фермах трапециевидного очертания или с параллельными поясами весьма рациональной является треугольная система решетки с дополнительными стойками, дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры.

В фермах с параллельными поясами иногда бывает целесообразно применение раскосной системы решетки.

Размеры панелей ферм должны отвечать оптимальному углу наклона раскосов. При треугольной решетке он составляет , в раскосной – . Из условия унификации геометрических размеров конструкций покрытия панель верхнего пояса ферм принимают равной 1,5м или 3 м.

В основу унификации ферм кладется моделирование конструктивно-компоновочных размеров. Так для ферм с рулонной кровлей положен модуль пролета производственных зданий и панель  мм (рис. 1-5), уклон кровли , высота ферм на опоре 2200 мм по наружным краям поясов, треугольная решетка с дополнительными стойками и с добавлением шпренгеля при кровельных плитах шириной 1,5 м. Таким образом, геометрия ферм меньших пролетов тождественна с геометрией крайних частей ферм больших пролетов, и большая ферма получается из меньшей добавлением средних панелей. На рис. 1-3 представлен пример унификации схем стропильных ферм с параллельными поясами, а на рис. 4 – для трубчатых ферм.

ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАСЧЕТА

 СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

При определении усилий в стержнях ферм принимаются следующие допущения:

- соединение стержней в узлах ферм – шарнирное;

- оси всех стержней прямолинейны;

- оси всех стержней расположены в одной плоскости;

- оси стержней фермы пересекаются в узле в одной точке.

Рисунок 1 – Унифицированные схемы ферм из уголков

Рисунок 2 – Унифицированные схемы ферм с поясами

из широкополочных тавров

Рисунок 3 – Унифицированные схемы ферм с поясами

из широкополочных двутавров

Рисунок 4 – Унифицированные схемы ферм

из круглых труб

Рисунок 5 – Унифицированные схемы ферм из труб прямоугольного сечения

Стержни такой идеальной системы работают только на осевые усилия; напряжения, найденные по этим усилиям, являются основными. В связи с фактической жесткостью узловых соединений из двутавровых, Т-образных и трубчатых профилей в стержнях ферм возникают дополнительные напряжения. Их допускается не учитывать при отношении высоты сечения стержня к его длине  – для конструкций, эксплуатируемых во всех климатических районах, кроме I₁, I₂,  II₂ и II₃; и  – в районах I₁, I₂,  II₂ и II₃.

При превышении этих отношений надлежит учитывать дополнительные изгибающие моменты в стержнях от жесткости узлов. При этом осевые усилия можно определить по шарнирной схеме, а дополнительные моменты определять приближенными методами.

Кроме того, в стержнях фермы возникают напряжения от моментов в результате неполного центрирования стержней. Центрирование стержней в сварных фермах производится по центрам тяжести  сечений (с округлением до 5 мм). Эти напряжения, являющиеся основными, допускается не учитывать, если смещение