138

1. 24
Лист
Содержание
1. Компоновка каркаса здания 3
2. Расчёт и конструирование фермы 5
2.1 Расчётные усилия в элементах фермы 6
2.2 Подбор сечения элементов фермы 8
2.3 Расчёт сварных швов 15
3 Расчёт связей 24
Список используемой литературы 26
222

2. 24
Лист
1 Компоновка каркаса здания
Исходные данные:
Грузоподъемность мостовых кранов (2 крана) 50 т.
Пролет здания 18 м.
Длина здания 96 м.
Отметка головки рельса 14,0 м.
Материал конструкций:
Колонн С285
Ферм С285
Подкрановых балок С285
Фундаментов В15
Место строительства г. Ростов
Компоновку поперечной рамы начинают с установления основных
габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по
вертикали привязываются к отметке уровня пола, принимая ее нулевой. Размеры
по горизонтали привязываются к продольным осям здания. Все размеры
принимаются в соответствии с основными положениями по унификации и
другими нормативными документами.
Вертикальная компоновка.
Определяем расстояние от головки кранового рельса до низа несущих
конструкций покрытия:
С100HH ск2  , (1)
где Ñ - запас габарита крана и конструкций.
45032001001503H2  мм;
Принимаем Н2 = 3600 мм (кратно 200 мм).
Определяем высоту цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:
210 HHH  (2)
17600360040001H0  мм.
Принимаем Н0 = 18000 мм (кратно 0,6 м.).
Принимаем 14400600318000HHH 201  мм.
Определяем размер верхней части колонны:
rsb2ν hhHH  , (3)
где rsh - высота подкранового рельса;
333

3. 24
Лист
220515001200603Hν  мм;
 b1/101/8hb  - высота подкрановой балки.
12001500 b
h
Принимаем 1500 мм.
Тип кранового рельса КР 70.
Определяем размер нижней части колонны:
νв0n
HHHH  , (4)
где Нб – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки
пола, принимаем 500 мм.
28031220550000081Hn  мм;
Общая высота колонны от низа базы до низа ригеля:
85001220580231HHH νn
 мм.
Горизонтальная компоновка.
Принимаем 500a мм.
Принимаем высоту сечения верхней части колонны
35452201/121/12Hh νν
 мм.
Принимаем 500hν
 мм.
Определяем расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны:
  75ahBL ν11
 ; (5)
  37575500500300L1
 мм.
Принимаем 005L1  мм (кратно 250 мм).
Определяем высоту сечения нижней части колонны:
aLh 1n  H/ 201 ; (6)
1000005500hn  мм 90520/1  H мм.
Определяем пролет мостового крана:
1cr 2LLL  ; (7)
17000005200081Lcr  мм.
2 Расчет и конструирование стропильной фермы
444

4. 24
Лист
Исходные данные:
Пролет фермы - 18 м.
Шаг фермы в продольном направлении - 12 м.
Район строительства - г. Ростов
Марка стали - С285
Класс ответственности здания I
Рисунок 1 – Расчётная схема фермы
Подсчёт нагрузок производим в табличной форме.
Таблица 1 - Подсчёт расчётных нагрузок
Вид нагрузки Подсчёт, кН/м2
Нор.
кН/м2
Коэфф.
надёж.
Расчёт.
кН/м2
1. Гравийная защита 0,4 1,3 0,52
2. Гидроизоляция: 4сл.
руберойда
600×0,02 0,12 1,2 0,144
3. Утеплитель: мин.
плиты, t=100мм
0,1× 1,5 0,15 1,2 0,18
4. Пароизоляция: 1слой
руберойда.
600×0,01 0,06 1,2 0,072
5. Фермы, связи и
проф. лист 0,35÷0,45
42 0,42 1,05 0,441
Итого постоянная 1,15 1,357
Снеговая 0,84 0,7 1,2
Полная 1,99 2,557
Для вычисления узловых нагрузок предварительно вычисляем длину панели
фермы lm = 3000 мм. Нагрузка от ребер плит передается непосредственно на
узлы фермы.
Рисунок 2 – Узловые нагрузки
При уклоне кровли α = 60
34’; cos α = 0,9935; tg α = (3,285 – 2,25)/9 = 0,115
Усилие на средние узлы:
 Scos/gblF m   ; (8)
555

5. 24
Лист
37,922,1
9935,0
357,1
123 





F кН;
Опорная реакция от полного загружения фермы:
93,2302/37,9252/5  FRR BA кН.
2.1 Расчётные усилия в элементах фермы
Определение усилий в элементах фермы производим на ЭВМ при помощи
программы Structure CAD 7.31 R.4. Распечатка отчета программы о вычислении,
содержащая таблицу усилий в элементах фермы и ее расчетную схему приводится
ниже.
Загружения
Номер Наименование
1 Ферма 18м
Максимальные усилия элементов расчетной схемы, kН, м
Наиме-
нование
MAX+ MAX-
Значение Номер
эл-та
Номер
сече-
ния
Номер
загру-
жения
Значение Номер
эл-та
Номер
сече-
ния
Номер
загру-
жения
N 365,543 4 3 1 -364,796 10 3 1
M 0, 25 3 1 0, 25 3 1
Q 0, 25 3 1 0, 25 3 1
Усилия и напряжения элементов, kН, м
Номер
эл-та
Номер
сечен.
Номер
загруж.
Усилия и напряжения
N M Q
1 1 1 250,713 0, 0,
2 1 250,713 0, 0,
3 1 250,713 0, 0,
2 1 1 362,297 0, 0,
2 1 362,297 0, 0,
3 1 362,297 0, 0,
3 1 1 365,543 0, 0,
2 1 365,543 0, 0,
3 1 365,543 0, 0,
4 1 1 365,543 0, 0,
2 1 365,543 0, 0,
3 1 365,543 0, 0,
5 1 1 362,297 0, 0,
2 1 362,297 0, 0,
3 1 362,297 0, 0,
6 1 1 250,713 0, 0,
2 1 250,713 0, 0,
3 1 250,713 0, 0,
8 1 1 -252,443 0, 0,
2 1 -252,443 0, 0,
3 1 -252,443 0, 0,
666

6. 24
Лист
Усилия и напряжения элементов, kН, м
Номер
эл-та
Номер
сечен.
Номер
загруж.
Усилия и напряжения
N M Q
9 1 1 -364,796 0, 0,
2 1 -364,796 0, 0,
3 1 -364,796 0, 0,
10 1 1 -364,796 0, 0,
2 1 -364,796 0, 0,
3 1 -364,796 0, 0,
11 1 1 -252,443 0, 0,
2 1 -252,443 0, 0,
3 1 -252,443 0, 0,
13 1 1 109,054 0, 0,
2 1 109,054 0, 0,
3 1 109,054 0, 0,
14 1 1 3,55471 0, 0,
2 1 3,55471 0, 0,
3 1 3,55471 0, 0,
16 1 1 3,55471 0, 0,
2 1 3,55471 0, 0,
3 1 3,55471 0, 0,
17 1 1 109,054 0, 0,
2 1 109,054 0, 0,
3 1 109,054 0, 0,
18 1 1 -340,857 0, 0,
2 1 -340,857 0, 0,
3 1 -340,857 0, 0,
19 1 1 -156,024 0, 0,
2 1 -156,024 0, 0,
3 1 -156,024 0, 0,
20 1 1 -4,81399 0, 0,
2 1 -4,81399 0, 0,
3 1 -4,81399 0, 0,
21 1 1 -4,81399 0, 0,
2 1 -4,81399 0, 0,
3 1 -4,81399 0, 0,
22 1 1 -156,024 0, 0,
2 1 -156,024 0, 0,
3 1 -156,024 0, 0,
23 1 1 -340,857 0, 0,
2 1 -340,857 0, 0,
3 1 -340,857 0, 0,
Рисунок 3 – Значения эпюры N
2.2 Подбор сечений элементов фермы
По заданию на проектирование, материал конструкций фермы – сталь С285.
28y
R кН/см2
.
Подбор сечений элементов верхнего пояса фермы.
Расчетное усилие Nmax = -364,8 кН.
777

7. 24
Лист
70, ;
Требуемая площадь поперечного сечения:
cy
max
òð
R
N
A
 
 ; (9)
61,18
1287,0
8,364


трA см2
.
Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 1007. Для него
выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,752 = 27,5 см2
, iх = 3,08 см,
z0=2,71см, 45,4y
i см; (принимаем толщину фасонки 10 мм, так как N18=-
340,86кН).
Расчетные гибкости стержня в плоскостях:
x
x
ef
x
i
l
 < ïð (10)
x
y
ef
x
i
l
 < ïð (11)
 60180 ïð (12)
cy
n
AR
N


  > 0,5 (13)
4,97
08,3
300
x < 2,139
42,67
45,4
300
y < 2,139
2,13968,060180 пр

68,0
1285,277,0
18,364



 > 0,5
4,97max

По /2 / таб.72 находим,  = 0,512 интерполяцией.
Проверим несущую способность подобранного сечения
cyR
A
N


 

 ; (14)
28кН/см91,25
5,27512,0
8,364 2


 кН/см2
.
Условие выполняется.
888

8. 24
Лист
Подбор сечений раскосов фермы
Расчетное усилие N18 = 340,86 кН.
70, ;
Требуемая площадь поперечного сечения:
39,17
1287,0
86,340


тр
A см2
.
Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 1107. Для него
выпишем из сортамента следующие величины: А = 15,152 = 30,3 см2
, iх = 3,4 см,
85,4y
i см; z0 = 2,96см
7,380. геомl см.
Расчетные гибкости стержня в плоскостях:
97,111
4,3
7,380
x
 < 56,145пр

49,78
85,4
7,380
y < 56,145пр

56,145)
1283,307,0
186,340
60(180 


пр
97,111max 
 = 0,415.
Проверим несущую способность подобранного сечения
28кН/см11,27
3,30415,0
86,340 2


 кН/см2
.
Условие выполняется.
Расчетное усилие N19 = 156,02 кН.
50, ;
Требуемая площадь поперечного сечения:
14,11
1285,0
02,156


тр
A см2
.
Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 1007. Для него
выпишем из сортамента следующие величины: А = 27,5 см2
, iх = 3,08 см, 45,4y
i
см.
49,419.
геом
l см.
Расчетные гибкости стержня в плоскостях:
999

9. 24
Лист
96,108
08,3
49,4198,0


x < 16,164пр

27,94
45,4
49,419
y
 < 16,164пр

 60210 пр
(15)
180)
5,27285,0
02,156
(60210 

пр

96,108max 
 = 0,434.
Проверим несущую способность подобранного сечения
28кН/см07,13
5,27434,0
02,156 2


 кН/см2
.
Условие выполняется.
Расчетное усилие N20 = 4,81 кН.
50, ;
Требуемая площадь поперечного сечения:
34,0
1285,0
81,4


трA см2
.
Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 705. Для него
выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,72 см2
, iх = 2,16 см, 23,3y
i
см; z0 = 1,9 см.
87,444.
геом
l см.
Расчетные гибкости стержня в плоскостях:
77,164
16,2
87,4448,0


x
 < 180пр

73,137
23,3
87,444
y < 180пр

180)
72,13285,0
81,4
60(210 

пр

77,164max

 = 0,201
Проверим несущую способность подобранного сечения
28кН/см74,1
72,13201,0
81,4 2


 кН/см2
.
Условие выполняется.
Подбор сечений элементов нижнего пояса фермы
Расчетное усилие Nmax = 365,54 кН.
101010

10. 24
Лист
Требуемая площадь поперечного сечения:
055,13
128
54,365


трA см2
.
Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 705. Для него
выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,72см2
, iх = 2,16см, 23,3y
i
см; z0 = 1,9см.
Расчетные гибкости стержня в плоскостях:
89,138
16,2
300
x
 < 400ïð
76,185
23,3
3002


y < 400ïð
Проверим несущую способность подобранного сечения
28кН/см64,26
72,13
54,365 2

A
N
 кН/см2
.
Условие выполняется.
Подбор сечений стоек фермы
Расчетное усилие N13 = 109,05 кН.
Требуемая площадь поперечного сечения:
89,3
128
05,109


трA см2
.
Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 505. А = 9,6 см2
, iх =
1,53 см, 45,2y
i см; z0 = 1,42 см.
93,257. геомl см.
Расчетные гибкости стержня в плоскостях:
87,134
53,1
93,2578,0


x
 < 400пр

28,105
45,2
93,257
y
 < 400пр

Проверим несущую способность подобранного сечения
28кН/см36,11
6,9
05,109 2
 кН/см2
.
Условие выполняется.
111111

11. 24
Лист
Сечение остальных стоек принимаем конструктивно из двух равнополочных
уголков 505; ( А = 9,6см2
, iх = 1,53 см, 45,2y
i см.) так как:
N13=109,05кН > N14=3,55кН > N15=0
Подбор сечений элементов фермы сводим в таблицу 2.
121212

12. 24
Лист
2.3 Расчёт сварных швов
Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой
Св-08А диаметром d = 2 мм.
Узел 1:
Торцовый лист опорного раскоса применяем толщиной 12 мм. и шириной 180 мм.
(из условия размещения болтов).
Напряжение смятия у торцов:
cр
cоп
nA
R
A
R



  , (16)
где Rр = 41,6 кН/см2
.
6,41кН/см69,10
1182,1
193,230 2



 кН/см2
Толщину швов опорного раскоса назначаем на обушке 7 мм. и на пере 5 мм.
131313

13. 24
Лист
Раскос 18:
1
2




cwfwf
o
ff
no
w
Rk
N
l


; (17)
 
1
2
1




cwfwf
п
ff
nп
w
Rk
N
l


; (18)
где wf = 1;
20wf
R кН/см2
;
f = 0,9;
7,0o
f
k см;
5,0п
f
k см.
111
11207,09,02
86,3407,0



o
w
l см;
81
11205,09,02
86,3403,0



п
w
l см;
Швы нижнего пояса - 1:
5,0o
f
k см;
4,0п
f
k см.
111
11205,09,02
71,2507,0



o
w
l см;
71
11204,09,02
71,2503,0



п
wl см;
Принимаем конструктивно o
wl 10 ф
п
w
ll мм.
Производим расчет прикрепления торцового листа к фасонке. При
полуавтоматической сварке расчет следует производить по металлу шва.
Толщину шва принимаем 5 мм.
1
2




cwfwfff
n
тр,w
Rk
N
l


, (19)
где
wm
wun
wf
R
,R

 550 ; (20)
83,131
11205,09,02
193,230
, 


трwl см;
20wf
R кН/см2
.
Фактическая длина шва равна высоте фасонки и больше требуемой длины.
Расчетное сопротивление на срез:
141414

14. 24
Лист
m
yn
S
R
,R

 580 , (21)
где 40yn
R кН/см2
.
2
кН/см63,22
025,1
40
58,0 S
R .
Требуемая площадь среза:
cs
nA
òð,s
R
R
A




 ; (22)
2,10
163,22
193,230
,



трs
A см2
.
Требуемая высота фасонки:
ôàñòð,sòð t/Ah  ; (23)
2,100,1/2,10 тр
h см;
Фактическая высота фасонки намного больше.
Узел 8:
Усилия в стержнях равны нулю.
Верхний пояс - 7:
см7,0o
fk ; см5,0п
fk .
o
wl 6 w
ï
w ll см.
Принимаем конструктивно o
wl 10 ô
ï
w ll мм.
Шпренгель 24:
5,0o
f
k ; 4,0п
f
k .
o
wl 6 w
п
w
ll см.
Узел 9:
Верхний пояс- 8;
151515

15. 24
Лист
N=252,44кН
см7,0o
f
k ; см5,0п
f
k
81
11207,09,02
44,2527,0



o
w
l см;
21,51
11205,09,02
44,2523,0



п
wl см, принимаем см6п
w
l
Стойка 13
N=109,05кН
см5,0o
f
k ; см4,0п
f
k
2,51
11205,09,02
05,1097,0



o
wl см;
27,31
11204,09,02
05,1093,0



п
wl см.
Принимаем o
w
l п
w
l 6см
Узел 10:
Верхний пояс 8 привариваем к фасонке швами см8o
wl и см6п
wl
вычисленный по узлу 9.
Верхний пояс -9:
N=364,8кН
см7,0o
fk ; см5,0п
fk
13,111
11207,09,02
8,3647,0



o
w
l см; Принимаем o
w
l 12см
71
11205,09,02
8,3643,0



п
w
l см.
Стойка 14:
N=3,55кН
см5,0o
f
k ; см4,0п
f
k
161616

16. 24
Лист
28,11
11205,09,02
55,37,0



o
wl см;
07,11
11204,09,02
55,33,0



п
w
l см.
Принимаем конструктивно o
w
l п
w
l 6см
Раскос 19
N=156,02кН
см7,0o
f
k ; см5,0п
f
k
61
11207,09,02
02,1567,0



o
w
l см;
25,41
11204,09,02
02,1563,0



п
w
l см. Принимаем п
wl 6см.
Узел 11:
Верхний пояс 9 и 10 привариваем к фасонке швами см12o
wl и см7п
wl
вычисленный по узлу 10.
Стойка 15:
N=0
Принимаем конструктивно o
wl п
wl 6см
Раскос 20 и 21
N = 4,81кН
см5,0o
f
k ; см4,0п
f
k
19,11
11205,09,02
81,47,0



o
w
l см;
1,11
11204,09,02
81,43,0



п
w
l см.
Принимаем o
w
l п
w
l 6см
Рассчитываем крепление листовых накладок. Горизонтальные листовые
накладки принимаем сечением 140×10 мм.
Прочность стыка рассчитываем по формуле:
óñëp A/N < Ry (24)
42,107,01020,10,142/8,3642,1  кН/см2
< 28 кН/см2
.
Усилие в листовой накладке:
 ïï ÀN ; (25)
171717

17. 24
Лист
88,14542,100,10,14 пN кН
Суммарная длина швов, прикрепляющих одну накладку к уголкам верхнего
пояса 7,0o
f
k см.
1



cwfwfff
n
w
Rk
N
l


; (26)
58,121
11207,09,0
188,145



 w
l см.
Расчетное усилие для крепления уголков пояса к вертикальной фасонке
пр
NNN 22,1 9
 ; (27)
2/2,1 9
NNр
 (28)
14688,14528,3642,1 р
N кН;
88,2182/8,3642,1 р
N кН.
Требуемая длина швов у обушка:
7,0o
f
k см; 5,0п
f
k см.
08,71
11207,09,02
88,2187,0



o
w
l см;
65,41
11205,09,02
88,2183,0



п
wl см;
Принимаем конструктивно o
wl 10 ô
ï
w ll мм.
Узел 4:
Стойку 15 привариваем к фасонке швами o
wl 6 w
ï
w ll мм.
Рассчитываем крепление листовых накладок. Горизонтальные листовые
накладки принимаем сечением 100 × 10 мм.
Прочность стыка рассчитываем по формуле:
25,165,0720,1102/54,3652,1/  услp
AN кН/см2
< Ry = 28кН/см2
.
Усилие в листовой накладке:
5,16225,160,110 пN кН.
Суммарная длина швов, прикрепляющих одну накладку к уголкам нижнего
пояса 5,0o
f
k см.
06,191
11205,09,0
15,162



 wl см.
Расчетное усилие для крепления уголков пояса к вертикальной фасонке
65,1135,162254,3652,122,1 3
 пр
NNN кН;
32,2192/54,3652,12/2,1 3
 NNр кН.
Требуемая длина швов у обушка:
5,0o
f
k см; 4,0п
f
k см.
181818

18. 24
Лист
22,151
11205,09,02
54,3657,0



o
wl см; Принимаем o
w
l 16см
62,81
11204,09,02
54,3653,0



п
w
l см; Принимаем п
w
l 9см.
Принимаем конструктивно o
wl 10 ô
ï
w ll мм.
Узел 3:
Раскос 20 привариваем к фасонке швами o
w
l 6 w
ï
w ll см вычисленные по
узлу 11. Нижний пояс 3 привариваем к фасонке швами o
w
l 16см п
w
l 9см
вычисленные по узлу 4. Стойку 14 привариваем швами o
w
l п
w
l 6см
вычисленные по узлу 10.
Нижний пояс – 2:
N=362,3кН
см5,0o
fk ; см4,0п
fk
09,151
11205,09,02
3,3627,0



o
wl см, принимаем o
w
l 16см.
55,81
11204,09,02
3,3623,0



п
w
l см, принимаем п
wl 9см.
Узел 2:
Раскос 19 привариваем к фасонке швами см,11o
w
l 8п
w
l см вычисленные по
узлу 1. Нижний пояс 1 привариваем к фасонке швами o
wl 11см п
wl 7см
вычисленные по узлу 1, нижний пояс 2 привариваем к фасонке швами см,16o
w
l
9п
w
l см вычисленные по узлу 3. Стойку 13 привариваем швами o
w
l п
w
l 6см
вычисленные по узлу 9.
191919

19. 24
Лист
3 Расчет связей
Связи служат для придания покрытию пространственной жесткости, а
также для обеспечения устойчивости отдельных стержней. Связи располагаемые
в уровне верхнего и нижнего пояса фермы, называют горизонтальными, а уста-
навливаемые в вертикальной плоскости между смежными фермами – вертикаль-
ными.
Предельная гибкость растянутых стержней равна 400. Сечение подбираем
по заданной предельной гибкости. Сначала вычислим требуемый радиус
инерции:
пр
ef
тр
l
i

 , (29)
где 150 l,lef  ; (30)
175,6)
2
8,5
(125,0 22
efl м.
54,1
400
5,617
трi см.
Принимаем уголок 56×5:
721,iõ  см.
Подбираем вертикальные связи в сечении по коньку фермы.
Определим сечение распорок как сжатых элементов в плоскости связей.
Í,l x
ef  80 ; (31)
ïð
ef
òð,õ
l
i

 ; (32)
202020

20. 24
Лист
8,2625,3288,0 x
efl см;
314,1
200
8,262
, трхi см.
Определим сечение распорок из плоскости связей.
1200 ãåîìef ll см;
6
200
1200
òð,yi см.
Принимаем два уголка 140×9:
24,6y
i см > 6 см;
344,iõ  см > 1,314 см.
Раскосы, как растянутые элементы в плоскости связей.
5,617
2
1

l
llx
ef см;
54,1
400
5,617
, трхi см.
Принимаем два уголка 70×5:
16.2xi см > 1,54 см.
Таким образом вертикальные связи проектируем из двух спаренных уголков
140×9 и 70×5.
212121

21. 24
Лист
Список используемой литературы
1. СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" /Госстрой СССР.-М.: ЦИТП
Госстроя СССР, 1988 г.
2. СНиП II-23-81* "Стальные конструкции. Нормы проектирования" М.:
ЦИТП Госстроя СССР, 1990 г.
3. "Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций", под
редакцией В. В. Горева; М.: Высшая школа, 1997 г.
4. "Металлические конструкции. Общий курс", учебник для ВУЗов под
редакцией Е. И. Беленя; М.: Стройиздат, 1991 г.
5. "Примеры расчета металлических конструкций", А. П. Мандриков; М.:
Стройиздат, 1991 г.
222222

22. 24
Лист
232323