LIRA SAPR Тренинг

Том расчётов стропильная ферма

LIRA SAPR Тренинг·25 Oct 2021

1 Исходные данные

Расчёт выполняется в рамках проектирования объекта "Учебный проект".
Расчёт строительных выполнен в соответствии с:
- СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия";
- СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции";
Климатические условия:
расчетная температура наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 минус 44,00.
Нормативное значение веса снегового покрова для III снегового района - 1.5 кПа

2 Конструктивные решения

Ограждающая конструкция кровли выполняется из кровельной Сэндвич-панели с минераловатным наполнителем плотностью 100 кг/м3, обшитого стальным листом t=0.7 мм.

Крепление сэндвич-панели к прогону кровли выполняется посредством самонарезающих винтов диаметром 5.5 мм с шагом 400 мм.
Угол наклона кровли составляет 2 градуса. Прогон выполняется из прокатного швеллера с параллельными гранями полок по ГОСТ 8240-97.
Прогон опирается на металлическую ферму. Шаг прогонов 3 м, шаг ферм 6 м. В покрытии предусмотрена система горизонтальных связей и распорок.
Ферма принимается по серии 1.460.2-10/88 Выпуск 2 Марка фермы ФСН 24-18. Конструкция фермы - из спаренных уголков, стержни фермы соединяются в узлах на фасонках, примыкание стержней друг к другу шарнирное.

3 Расчёт модели в ПК ЛИРА САПР

3.1 Описание расчётной модели

В расчётах используется версия ЛИРА САПР 2021. Протокол решения представлен в приложении 1. Общий вид расчётной модели фермы см. рисунок

Рис. 3.1.1 Общий вид модели
Рис. 3.1.1 Общий вид модели

Для построения расчётной модели фермы применяются стержневые КЭ Тип 10. Принятые типы Жёсткости представлены ниже.

3.1.1 Жесткости

Рис. 3.1.1.1 Жесткость 1 «1. Два уголка 125 x 125 x 8»
Рис. 3.1.1.1 Жесткость 1 «1. Два уголка 125 x 125 x 8»
Рис. 3.1.1.2 Жесткость 2 «2. Два уголка 100 x 100 x 7»
Рис. 3.1.1.2 Жесткость 2 «2. Два уголка 100 x 100 x 7»
Рис. 3.1.1.3 Жесткость 3 «3. Два уголка 90 x 90 x 7»
Рис. 3.1.1.3 Жесткость 3 «3. Два уголка 90 x 90 x 7»
Рис. 3.1.1.4 Жесткость 4 «4. Два уголка 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.4 Жесткость 4 «4. Два уголка 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.5 Жесткость 5 «5. Два уголка 90 x 90 x 7»
Рис. 3.1.1.5 Жесткость 5 «5. Два уголка 90 x 90 x 7»
Рис. 3.1.1.6 Жесткость 6 «6. Два уголка 75 x 75 x 6»
Рис. 3.1.1.6 Жесткость 6 «6. Два уголка 75 x 75 x 6»
Рис. 3.1.1.7 Жесткость 7 «7. Два уголка 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.7 Жесткость 7 «7. Два уголка 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.8 Жесткость 8 «8. Крестовые уголки 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.8 Жесткость 8 «8. Крестовые уголки 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.9 Жесткость 9 «9. Уголок 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.9 Жесткость 9 «9. Уголок 70 x 70 x 5»
Рис. 3.1.1.10 Жесткость 10 «10. Составной двутавр 2—160 x 20, —160 x 10»
Рис. 3.1.1.10 Жесткость 10 «10. Составной двутавр 2—160 x 20, —160 x 10»

Таблица 3.1 Жесткостные характеристики

Том расчётов стропильная ферма, image #12

3.2 Граничные условия

Опирание фермы на нижележащие конструкции задаётся шарнирным, путём моделирования шарнирно-неподвижной опоры на одном конце и шарнирно-подвижной опоры на другом конце конструкции.

3.3 Нагрузки и воздействия

Определение веса сэндвич-панели. Теплотехнический расчёт сэндвич-панели приведён в приложении 2.
Нормативный вес материалов сэндвич-панели
Наполнитель: 100 кг/м3*0.214 м2 = 21.4 кг/м;
Верхняя обшивка профист: 1.273*0.0007*7850=7 кг/м;
Нижняя обшивка профлист: 1*0.0007*7850=5.5 кг/м;
Нормативный вес квадратного метра сэндвич панели:
7+21.4+5.5=33.9 кг/м2;
Нормативная нагрузка на грузовую площадь шириной 6х3 м (шаг ферм х шаг прогонов):
33.9*6*3=610.2 кг;
Расчётный вес квадратного метра сэндвич панели:
1.05*7+21.4*1.3+1.05*5.5=40.95 кг/м2;
Расчётная нагрузка на грузовую площадь шириной 6х3 м (шаг ферм х шаг прогонов):
40.95*6*3=737.1 кг;
Нормативная нагрузка от собственного веса прогона длиной 6 м - 21 кг/м*6 м = 126 кг, расчётная нагрузка от веса прогона 126*1.05=132.3 кг;
Коэффициент надёжности по нагрузке для веса кровли:
(737.1+132.3)/(610.2+126)=1.18;
Нормативны вес горизонтальных связей на 1 м2 - 7 кг/м2.
Расчётная нагрузка от веса горизонтальных связей на площадь 6х3=18 :
В уровне верхнего пояса: 7*1.05*18=132.3 кг;
В уровне нижнего пояса: 3.5*1.05*18=66.15 кг;
Расчётная снеговая нагрузка на грузовую площадь шириной 6х3 м : 1.4*150*18=3780 кг;
Схемы приложения нагрузок представлены ниже:

Рис. 3.3.1 Собственный фес фермы
Рис. 3.3.1 Собственный фес фермы
Рис. 3.3.2 Вес связей
Рис. 3.3.2 Вес связей
Рис. 3.3.3 Вес кровли
Рис. 3.3.3 Вес кровли
Рис. 3.3.4 Снег
Рис. 3.3.4 Снег

3.4 Исходные данные для расчёта стальных конструкций

Проверка прочности стальных конструкций выполняется по СП 16.13330.2017.
Марки стали элементов фермы приведены в таблице.

Таблица 3.2 Характеристики для расчёта стальных конструкций

Вариант 1: СП 16.13330.2017

Марки стали

Том расчётов стропильная ферма, image #17
Рис. 3.4.1 Мозаика назначенных материалов СТАЛЬ
Рис. 3.4.1 Мозаика назначенных материалов СТАЛЬ

Расчётные длины стержней фермы назначаем из условий их раскрепления. В плоскости фермы расчётная длина элемента определяется расстоянием между точками примыкания несоосных элементов.
Расчётная длина элементов верхнего и нижнего поясов из плоскости фермы определяется расстоянием между точками примыкания горизонтальных связей и распорок.

Рис. 3.4.2 Мозаика расчетных длин относительно Y1
Рис. 3.4.2 Мозаика расчетных длин относительно Y1
Рис. 3.4.3 Мозаика расчетных длин относительно Z1
Рис. 3.4.3 Мозаика расчетных длин относительно Z1

Значение коэффициента условий работы для расчёта на устойчивость сжатых стержней принимается Yc=0.8 по табл.1 СП 16.13330.2017 поз.4 Сжатые основные элементы (кроме опорных) решётки составного таврового сечения из двух уголков в сварных фермах покрытий и перекрытий при расчёте на устойчивость указанных элементов с гибкостью больше 60.

Рис. 3.4.4 Мозаика коэффициентов условий работы на прочность
Рис. 3.4.4 Мозаика коэффициентов условий работы на прочность
Рис. 3.4.5 Мозаика коэффициентов условий работы на устойчивость
Рис. 3.4.5 Мозаика коэффициентов условий работы на устойчивость

Характеристики для расчёта предельной гибкости элементов фермы на сжатие задаются в соответствии с Табл.32 поз.1: Пояса, опорные раскосы и стойки, передающие опорные реакции: а) плоских ферм, структурных конструкций и пространственных конструкций из труб или парных уголков высотой до 50 м.
Предельная гибкость остальных элементов фермы определяется по поз.2 Элементы, кроме указанных в поз. 1 и 7: а) плоских ферм, сварных пространственных и структурных конструкций из одиночных уголков, пространственных и структурных конструкций из парных уголков.
Предельная гибкость элементов на растяжение принимается по Табл.33 поз.1 Пояса и опорные раскосы плоских ферм, поз.2 Элементы ферм и структурных конструкций, кроме указанных в поз.1

Рис. 3.4.6 Предельная гибкость на сжатие
Рис. 3.4.6 Предельная гибкость на сжатие
Рис. 3.4.7 Предельная гибкость на растяжение
Рис. 3.4.7 Предельная гибкость на растяжение

3.5 Основные результаты расчёта

Статическим расчётом определены внутренние усилия в стержнях фермы.
Конструктивным расчётом выполнена проверка поперечных сечений стержней фермы.
Для определения прогиба фермы составляется расчётное сочетание нормативных нагрузок с учётом их длительности. Прогиб фермы равен 27.1 мм, что по отношению к пролёту фермы составляет 27.1/24000=1/885.6 < 1/250 по табл. Д.1 СП 20.13330.2016.

Рис. 3.5.1 Прогиб фермы от действия постоянных и длительных нагрузок
Рис. 3.5.1 Прогиб фермы от действия постоянных и длительных нагрузок

3.5.1 Результаты по проверке сечений элементов фермы

Принятых сечений элементов фермы достаточно для восприятия действующих нагрузок.

Рис. 3.5.1.1 Проверка назначенных сечений по 1 предельному состоянию. СП_16_по_РСН
Рис. 3.5.1.1 Проверка назначенных сечений по 1 предельному состоянию. СП_16_по_РСН
Рис. 3.5.1.2 Проверка назначенных сечений по 2 предельному состоянию. СП_16_по_РСН
Рис. 3.5.1.2 Проверка назначенных сечений по 2 предельному состоянию. СП_16_по_РСН
Рис. 3.5.1.3 Проверка назначенных сечений по местной устойчивости. СП_16_по_РСН
Рис. 3.5.1.3 Проверка назначенных сечений по местной устойчивости. СП_16_по_РСН
2919 views·117 shares
2919 views