Задание и исходные данные
Запроектировать стальную ферму покрытия при следующих исходных данных:
– Район строительства II4
– Снеговой район IV
– Длина здания 144 м
– Здание отапливаемое
– Кровля легкая по прогонам, без фонаря
– Профиль кровли - плоская
– Пролет здания – 24 м
– Шаг ферм – 6 м
– Стержни ферм из парных уголков
– Материал элементов ферм C245
– Монтажный стык на фланцах и высокопрочных болтах
Сбор нагрузок
Постоянные нагрузки
В соответствии с заданием на проектирование, принимаем следующий состав кровли.
Таблица 1.1 – Определение постоянной нагрузки на ферму
| Элементы покрытия | Нормативная нагрузка gan, кН/м2 | γf | Расчётная нагрузка ga, кН/м2 | |
Защитный слой t=20  мм из гравия, втопленного в мастику; 
| 0,36 | 1,3 | 0,43 | |
Гидроизоляция (2 слоя стеклоизола), 
| 0,10 | 1,2 | 0,12 | |
Утеплитель t=200 мм минеральная вата
| 0,2 | 1,2 | 0,0,24 | |
| Пароизоляция | ||||
| Профилированный настил Н75-750-0,8 | 0,1 | 1,05 | 0,105 | |
| прогоны I 24 по ГОСТ 26020-83, шаг 3000 | 0,1 | 1,05 | 0,105 | |
| Собственный вес ферм и связей покрытия | 0,45 | 1,05 | 0,47 | |
| Всего: gan = 1,31 ga =1,52 |
Вес стенового ограждения не учитывается, так как принимается самонесущая конструкция.
Временная нагрузка
Снеговая нагрузка
Расчётное значение равномерно распределённой снеговой нагрузки на один м2 горизонтальной поверхности земли принимается в соответствии со снеговым районом (по табл.4 [2]).
Sg=2,4 кН/м2
В рассматриваемом случае расчётная снеговая нагрузка на кровлю будет иметь такую же величину так как не учитываются:
- Вероятность сдувания снега;
- Возможное таяние от избыточного тепловыделения;
- Профиль кровли;
Нормативная снеговая нагрузка: 
.
Равномерно распределённая снеговая нагрузка на одну ферму: 
Ветровая нагрузка
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки 
следует определять по формуле: 
,
Где 
- нормативное значение ветрового давления, табл.5 [2];
коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, табл.6 [2];
аэродинамический коэффициент, п.6.6 [2];
с наветренной стороны;
γf = 1.4- коэффициент надежности по ветровой нагрузке;
с подветренной стороны;
Пульсационная составляющая в данном проекте не рассчитана, и величина нормативного значения ветровой нагрузки w, определяеся по формуле:
;
Расчетное значение ветровой нагрузки w следует определять по формуле: 
, где:
1,4- коэффициент запаса;
В - шаг ферм.
Крановая нагрузка
Рис. 2. К определению крановой нагрузки.
Определяем наибольшее давление 
передаваемое на колонну:
;
где 
коэффициент надежности по нагрузке для кранов;
коэффициент сочетания нагрузок при учете 2-х кранов;
давление на колонну от собственного веса подкрановой балки;
максимальное (минимальное) давление от одного колеса крана;
ордината линии влияния опорной реакции колонн;
Минимальное нормативное давление колеса крана:
где 
вес крана с тележкой;
грузоподъемность крана;
.
Торможение крана.
Нормативная нагрузка от торможения тележки:
;
вес подкрановой тележки;
;
Нормативная нагрузка приходящаяся на одно колесо крана:
.
Сила поперечного торможения:
;
.
Статический расчет
Геометрическая схема
В качестве геометрической схемы принят вариант поперечной рамы со сплошной колонной. Маркировка узлов и маркировка элементов представлены на рис. 10, 11.
Рисунок 3 – Маркировка узлов
Рисунок 4 – Маркировка элементов
Типы конечных элементов
В данной расчётной схеме не учитывается пространственная работа каркаса, поэтому разрешено принимать 2 тип конечных элементов.
Рисунок 5- Маркировка типов конечных элементов
Связи
Так как в расчете используется схема плоская рама, то необходимо наличие связей в базах колонн (X, Z, UY).
Нагрузки
На раму предусмотрено 8 загружений:
1. Собственный вес конструкций;
2. Ветер слева;
3. Ветер справа;
4. Снег на весь пролет;
5. Кран слева;
6. Кран справа;
7. Торможение крана (усилие к левой колонне);
8. Торможение крана (усилие к правой колонне);
Рисунок 6- Нагрузки на раму
Выборка усилий элементов фермы
Таблица 4.1
| Элемент | Усилия (кН) от: | ||||||||||||
| Собств. вес | Снег полный | Снег1/2 пролёта | Крановые | Ветер слева | Ветер справа | Расчётные усилия | |||||||
| Dmax/Dmin | Dmin/Dmax | +Тлев | - Тлев | +Тправ | -Тправ | ||||||||
| Верхний пояс | 2-3 | 14,58 | 21,36 | 13,38 | -72,6 | 17,13 | -27,2 | 27,2 | -51,33 | 51,33 | -164,59 | 171,2 | 255,92 (1+1*11+0,9*9+0,7*5+0,7*2) |
| 3-4 | -224,08 | -315,65 | -240,56 | -50,74 | -4,81 | -8,02 | 8,02 | -32,17 | 32,17 | -82,61 | 89,23 | -672,116 (1+1*2+0,9*10+0,7*8+0,7*4) | |
| 4-6 | -224,36 | -316,04 | -240,81 | -50,64 | -4,86 | -7,97 | 7,97 | -32,1 | 32,1 | -82,34 | 88,96 | -672,424 (1+1*2+0,9*10+0,7*8+0,7*4) | |
| 6-7 | -307,72 | -433,64 | -272,12 | -27,71 | -27,69 | 12,03 | -12,03 | -12,05 | 12,05 | 3,25 | 3,34 | -772,459 (1+1*2+0,9*4+0,7*8+0,7*10) | |
| Нижний пояс | 1-5 | 116,77 | 165,38 | 134,77 | 46,41 | -21,75 | 4,83 | -4,83 | 54,83 | -54,83 | 117,42 | 137,81 | 458,696 (1+1*2+0,9*10+0,7*8+0,7*4) |
| 5-8 | 283,57 | 400,72 | 283,76 | 23,87 | 1,01 | 15,05 | -15,05 | 35,05 | -35,05 | 32,56 | -52,99 | 755,336 (1+1*2+0,9*8+0,7*10+0,7*4) | |
| Раскосы | 1-3 | -170,82 | -242,36 | -191,47 | 14,14 | -13,65 | -12 | 12,31 | -12,31 | 51,79 | -51,93 | -478,089 (1+1*2+0,9*11+0,7*5+0,7*9) | |
| 3-5 | 130,18 | 181,75 | 128,34 | -13,4 | 13,97 | -12,19 | 12,19 | -11,94 | 11,94 | -51,75 | 51,64 | 376,718 (1+1*2+0,9*11+0,7*5+0,7*7) | |
| 5-6 | -76,65 | -109,5 | -56,03 | 14,21 | -14,19 | 12,38 | -12,38 | 12,48 | -12,48 | 53,11 | -53,16 | -252,663 (1+1*2+0,9*11+0,7*5+0,7*9) | |
| 6-8 | 27,1 | 36,3 | -17,22 | -14,21 | 14,1 | -12,42 | 12,42 | -12,37 | 12,37 | -53,01 | 52,98 | 131,314 (1+1*11+0,9*2+0,7*5+0,7*7) | |
| Стойки | 4-5 | -28,94 | -43,16 | -43,13 | -0,11 | 0,07 | -0,01 | 0,01 | -0,14 | 0,14 | -0,26 | 0,32 | -72,509 (1+1*2+0,9*10+0,7*8+0,7*4) |
| 7-8 | -28,76 | -42,94 | -42,84 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | -0,04 | -0,04 | 0,04 | 0,02 | 0,02 | -71,771 (1+1*2+0,9*7+0,7*10+0,7*4) |