Урок «СТАТИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛИМЫЕ ПЛОСКИЕ ФЕРМЫ»""

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ДОНЕЦКИЙ КОЛЛЕДЖ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н.А.ГЕРМАН

 

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ

ПО ТЕМЕ «СТАТИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛИМЫЕ ПЛОСКИЕ ФЕРМЫ»

«СТАТИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛИМЫЕ ПЛОСКИЕ ФЕРМЫ»

 

 

 

 

 

 

 

 

Донецк – 2020

 

 

Методическая разработка открытого занятия по теме: «Статически определимые плоские фермы» для студентов специальности 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений». Методическая разработка для преподавателей -  Донецк: ГПОУ «ДКСА», 2020. – 18с.

 

              Автор: Герман Наталия Андреевна, специалист высшей категории, преподаватель технической механики ГПОУ «Донецкий колледж строительства и архитектуры»

 

Аннотация:

В методической разработке автор предлагает методику проведения лекционного занятия по технической механике. Рассмотрены все структурные элементы данного типа занятия, обращено внимание на различные формы самостоятельной работы студентов.

В разработке раскрыты основные цели, задачи и методы, используемые при проведении лекционных занятий, которые способствуют формированию у студентов основ профессионального мастерства, творческого отношения к труду.

Представленная методическая разработка может быть использована преподавателями профессиональных образовательных учреждений строительного направления при преподавании дисциплины «Техническая механика».

 

 

 

 

Рецензенты:

 Н.В.Соловьева, специалист первой категории, председатель цикловой (методической) комиссии строительных дисциплин ДКСА 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрено и утверждено на заседании

цикловой (методической) комиссии

строительных дисциплин

Протокол №      от «    »              2020 г.

Председатель                  Н.В.Соловьев

 

 

 

План занятия

«…..»…………………………….

/дата занятия/

                                     Группа: С-21

                                                            Специальность:  08.02.01.                                                                     

                                                                               Дисциплина: техническая механика

                Тема занятия: Статически определимые плоские фермы.

Цель занятия:

                 методическая: совершенствование инновационной методики проведения лекции, как средство активизации познавательной деятельности студентов.

                  дидактическая: дать студентам основные представления о несущих

                                                строительных конструкциях - фермах.    

              воспитательная: воспитание у студентов навыков активного изучения нового

                                                   материала на   занятии.

                   развивающая: формирование навыков творческого применения полученных   

               знаний в разных ситуациях (на занятиях, в практической  

           деятельности), осознание социальной значимости своей  

           будущей профессии, овладение мотивацией к выполнению

           профессиональной деятельности.

 

          Вид занятия: лекция.

 

  Тип занятия: занятие первичного усвоения знаний.

 

Формы и методы обучения:

по особенностям учебно-познавательной деятельности обучающихся- репродуктивно-подражательный метод и проблемный;

по степени самостоятельной работы обучающихся- совместная работа с преподавателем по воспроизведению алгоритма изученного материала, постановка проблем в процессе лекции;

 методы стимулирования и мотивации учебно-педагогической деятельности- создание ситуаций познавательной новизны, заинтересованности;

методы стимулирования долга и ответственности у обучающихся- убеждение в значимости обучения;

методы контроля и самоконтроля в обучении- фронтальный опрос, проверка индивидуальных заданий, тестовой контроль.

После изучения данной темы студенты должны знать:

• что собой представляет строительные конструкции – фермы;
• как образуются фермы;
• на что работают элементы ферм;
• по каким признакам классифицируется фермы;

Полученные знания должны обеспечивать следующие умения:

• уметь выбрать необходимую конструкцию фермы;
• проверить геометрическую неизменяемость выбранной фермы;
• принять расчетную схему фермы для статически определимой системы.

 

Межпредметные связи:

• обеспечивающие -  математика, черчение, строительные конструкции;
• обеспечиваемые -    основы проектирования строительных конструкций, технология стротельного производства. 

Методическое обеспечение:  рабочая программа дисциплины, календарно-тематический план, методические рекомендации к проведению лекции, вопросы для фронтального опроса, индивидуальные задания, слайды.

 

Техническое обеспечение: компьютер, проектор.

 

Литература: основная   Л.П.Портаев, А.А.Петраков,  В.Л.Портаев   «Техническая механика»

дополнительная-                                       

  

Ход занятия

1. Организационный момент.                                                                      3 мин.

  1. Приветствие преподавателя, студентов.

  2. Проверка присутствия студентов.

  3. Готовность студентов, аудитории к занятиям.  

 

1. Актуализация опорных знаний студентов и контроль исходного уровня знаний (фронтальный опрос для воссоздания и коррекция опорных знаний студентов).   Первичное осознание студентами нового материала базируется на раньше полученных знаниях и проводится в виде беседы:

 

Фронтальный опрос:

1.Какая конструкция называется аркой?

2. Где используются арки?

3.Какие типы арок существуют и как называются  их элементы?

4.В чем заключается аналитический способ расчета арок?

5. Как практически определяются реакции опор арок.

Письменный опрос по билетам (4студента).

Решение задачи у доски.

Презентация «Арки вчера и сегодня»

1. Мотивация учебной деятельности студентов. Сообщение темы, цели, задач занятия.                                                                                           5 мин.

При перекрытии больших пролетов балки становятся экономически нецелесообразными, потому что они имеют поперечное сечение значительных размеров. Для перекрытия таких пролетов желательно использовать фермы.

4. Восприятие и первичное осознание учебного материала.    50   мин.

Запись плана лекции

План занятия.

 1.Общие сведения.

 2. Классификация ферм: по назначению, направлению опорных реакций, очертания поясов, типу решетки.

 3. Условия геометрической неизменности и статичной определенности ферм. Анализ геометрической структуры.

 

Фермами называют геометрически неизменяемые расчетные модели, образованные из прямолинейных стержней, которые соединены между собой крайними точками в шарнирные узлы, и с нагрузкой в ​​виде узловых сосредоточенных сил. В элементах такой расчетной схемы (ненагруженных стержневых дисках с двумя шарнирными сочетаниями к другим объектам), исходя из первой аксиомы статики, возникает только продольная сила. Такая идеализация возможна благодаря большой гибкости стержней реальных решетчатых конструкций и конструктивного решения передачи полезной нагрузки в места сочетание отдельных стержней. Принятая идеализация значительно упрощает расчет этого класса конструкций без особых потерь в достоверности полученных результатов. Рассматривать только плоские фермы, все элементы которых принадлежат одной плоскости, в которой действует нагрузка на ферму. Пространственные решетчатые конструкции также легко приводятся к плоским моделей. Основными элементами плоской фермы является пояса - стержни, расположенные на внешнем контуре (CD - верхний и AB - нижний пояса), и решетка - совокупность стержней, которые сочетают пояса. Вертикальные стержни решетки называются стойками (сжаты) или подвесками (растянуты). Наклонные стержни носят название "подкосы", или "раскосы".

 

 

Расстояние между осями опор фермы L называется ее пролетом, а горизонтальное расстояние между соседними узлами a верхнего или нижнего поясов - панелью фермы. Габаритный размер фермы между поясами - ее высота h.

Классифицируются фермы по геометрии поясов, по типу решетки по способу опирания, по назначению и по уровню движения по ней. На метод расчета фермы значительное влияние имеет ее место в классификации по конструктивной схеме: балочная (пролетных или консольная), арочная (распорная) и по типу решетки: треугольная, раскосная, полураскосная, многорешотчатая, ромбическая решётка тому подобное.

Расчет фермы заключается в определении продольных усилий во всех ее стержнях, которые в дальнейшем будут использоваться в подборе (проверке) поперечного сечения ее элементов. Существуют аналитические и графические методы расчета плоских статически определяемых ферм.

Классификация ферм:

1) По характеру очертания:

- с параллельными поясами (рис. 1, а);

- с параболическим очертанием верхнего пояса (рис. 1, б);

- фермы треугольного очертания (рис. 1, в).

 

 

 

Рисунок 1. Классификация ферм по характеру очертания

 

 

2) По типу решетки:

- фермы с треугольной решеткой (рис. 2, а);

- фермы с раскосной решеткой (рис. 2, б);

- фермы с полураскосной решеткой (рис. 2, в);

- фермы с ромбической решеткой (рис. 2, г);

- двухрешетчатые (рис. 2, д);

- многорешетчатые (рис. 2, е).

 

 

Рисунок 2. Классификация ферм по типу решетки

 

 

3) По типу опирания:

- балочные (рис. 3, а);

- консольные (рис. 3, б);

- балочно-консольные (рис. 3, в).

- арочные (рис. 3, г).

Рисунок 3. Классификация ферм по типу опирания

 

4- В зависимости от назначения

 стропильные (рис. 4, а);

- крановые (рис. 4, б);

- башенные (рис. 4, в);

- мостовые (рис. 4, г).

 

 

 

Рисунок 4. Классификация ферм в зависимости от назначения

 

Эйфелева башня                                   Мостовой кран

 

                                          Башенный кран

                                          Конструкция моста

 

 

Опора ЛЭП

 

 

Стропильные и подстропильные фермы

 

 

 

                                        Фермы транспортных эстакад

5) По методу расчета:

- статически определимые;

- статически неопределимые.

 

       6) По материалу исполнения:

• деревянные;
• металлические (сталь, чугун, алюминиевые и другие сплавы);
• железобетонные;
• полимерные;
• комбинированные.

 

Проводится путем собеседования:

    Для строительства какого либо  дома необходима крыша. Его можно выполнить разнообразными средствами

- каким средством можно перекрыть небольшой жилой дом?

- чем можно перекрыть большие пролеты?

- почему при больших пролетах экономически нецелесообразно использовать балки?

- какие элементы покрытия Вы изучали в курсе «Строительные конструкции».

5.   Обобщение и систематизация знаний .                                           5 мин.

Проводится путем собеседования.

- Почему возникла необходимость в проектировании ферм?

- В чем отличается ферма от балок и что у них общего?

- Что называется фермой?

- Какие элементы ферм Вы  знаете?

- По каким признаками классифицируются фермы?

- Какие признаки геометрической неизменности ферм Вам знакомые?

- Какие существуют методы расчета ферм?

Дайте классификацию данным фермам:

• балка Виренделя;

 

Балка Виренделя представляет собой структуру, в которой элементы не триангулированы, но образуют прямоугольные отверстия и представляют собой рамы с жёсткими соединениями, способные передавать и воспринимать изгибающие моменты. Как таковая, эта балка не соответствует строгому определению фермы (так как она не содержит пары сил); регулярные стропила состоят из элементов, которые обычно предполагают наличие соединений, подразумевая, что не существует никаких поворачивающих их моментов на концах. Этот тип структуры был назван в честь бельгийского инженера Артура Виренделя, разработавшего её в 1896 году. Эта структура использовалась для мостов, но в связи с высокими затратами по сравнению с триангулированной (треугольной) фермой встречается редко.

Полезность этого типа структуры в зданиях в том, что большая часть внешнего контура состоит из прямоугольных элементов и может быть использована для устройства оконных и дверных проёмов

• ферма Уоррена (с решёткой из треугольников);
•  Уоррен, использовав элементы конструкции, работающие на сжатие и растяжение, как в ферме Пратта-Хова, но проще; она часто используется в конструкциях, сделанных из обычного стального проката.

 

 

• ферма Пратта (со сжатыми стойками и растянутыми раскосами);

 

 Ферма Пратта была запатентована в 1844 году двумя железнодорожными инженерами из Бостона — Калебом Праттом и его сыном Томасом Уиллисом. В конструкции используются вертикальные сжатые элементы и горизонтальные растянутые элементы. Ферма Пратта-Хова одинаково хорошо работает при воздействии нагрузки сверху и снизу.

• ферма Больмана;

 Ферма Больмана — весьма сложное сооружение с большим числом секций для сооружения мостов; появилась одной из первых и получила в Америке широкое распространение благодаря политическим, нежели техническим талантам создателя^[1]. Больману удалось убедить американское правительство, что его конструкция фермы самая надёжная, из-за чего её внедряли даже принудительно^[1]. Элементы конструкции, работающие на растяжение, были сильно удлинены, что уменьшало эффективность такой фермы; Финк укоротил их.

Упрощенная схема фермы Больмана

 

• Ферма Финка;

 

 

 

 Ферма Финка использовалась в тех же целях, что и ферма Больмана, её элементы были укорочены и на практике оказались более эффективны.

Если в нижней части фермы Финка проложить сплошную балку, она станет фермой Пратта или Хова. Аналогичную конструкцию используют и в традиционном биплане.

• ферма под верхний свет;

В крупных производственных зданиях и общественных зданиях при проектировании зальных помещений большой ширины для создания естественного светового режима в помещениях применяют так называемый «верхний свет», который создают сплошные светопрозрачные покрытия в виде поперечных полос или зенитные фонари. Верхний свет применяется в зданиях выставок, вокзалов, почтамтов, в спортзалах, музеях, картинных галереях и других. Обычно вокруг освещённых зальных помещений располагают вокруг другого помещения.

 

• ферма с перекрёстными подкосами;

 

 

 

• Бельгийская (треугольная) ферма;

 Бельгийская (треугольная) ферма — современная треугольная ферма со шпренгелями в верхнем поясе, поддерживающая крышу

Кингпост – средняя стойка шпренгельной балки

 Один из самых простых вариантов фермы реализован в кингпосте (стойка короля), состоит из двух наклонных опор, опирающихся в общую вертикальную опору.

 Стойка королевы — ферменная конструкция, похожая на стойку короля тем, что внешние опоры расположены под углом по направлению к центру конструкции. Основное отличие заключается в горизонтальном расширении в центре, который опирается на балку для обеспечения механической стабильности. Этот тип фермы подходит только для относительно небольших пролётов.

 

 

Решётчатая мостовая ферма, разработанная американским архитектором Итиль Тауном в виде решётчатой структуры как альтернатива тяжёлым деревянным мостам. Конструкция, запатентованная в 1820 и 1835 годах, использует обычные доски, расположенные по диагонали с небольшими пространствами между ними.

 

 

 

1. Подведение  итогов занятия.                                                              5 мин.

Оценивается активность работы студентов на лекции, выставляются оценки.

РЕФЛЕКСИЯ

 

Сообщение домашнего задания                                                        5 мин.

Л. П. Портаев, А.А.Петраков,  В.Л.Портаев  

                      "Техническая  механика". 338-343.        

 

 

 

 

 

Собо́р Пари́жской Богома́тери, также парижский собор Нотр-Да́м или Нотр-Да́м-де-Пари́ — католический храм в центре Парижа, один из символов французской столицы. Кафедральный собор архиепархии Парижа. Расположен в восточной части острова Сите, в 4-м городском округе, на месте первой христианской церкви Парижа — базилики Святого Стефана, построенной, в свою очередь, на фундаменте галло-римского храма Юпитера. Готический собор возводился по инициативе парижского епископа Мориса де Сюлли в период 1163—1345 годов. Алтарная часть освящена в 1182 году; западный фасад и башни закончены во второй четверти XIII века. С 1235 года вносились большие изменения: обустроены часовни между контрфорсами нефа; увеличен размер трансепта; добавлены часовни хора и большие аркбутаны деамбулатория. В XIX веке под руководством Виолле-ле-Дюка отреставрирована повреждённая в Революцию скульптурная часть, восстановлены витражные розы нефа и возведён новый шпиль вместо утраченного.

 

 

Мост в китае

 

СТАТИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛИМЫЕ ПЛОСКИЕ ФЕРМЫ

 

 

 

 

 

 

Расчет фермы заключается в определении продольных усилий во всех ее стержнях, которые в дальнейшем будут использоваться в подборе (проверке) поперечного сечения ее элементов. Существуют аналитические и графические методы расчета плоских статически определяемых ферм.

Графический метод менее точен, поэтому на нем останавливаться не будем. Простейшие статически определяемые фермы образуются из шарнирного треугольника путем последовательного присоединения узлов с помощью двух непараллельных стержней (метод диад). На последнем этапе создания расчетной модели построен диск-ферма присоединяется методами Полонсо или Шухова к диску "земля". Для определения внутренних усилий в стержнях таких шарнирно-стержневых моделях используется метод сечений. В зависимости от вида сечения различают метод сквозных сечений и метод вырезания узлов. По методу вырезания узлов замкнутым мнимым сечением может отделяться от фермы один узел (рис.8.2, а), а по методу сквозных сечений - произвольный фрагмент фермы (рис.8.3, а).

 В первом случае система сил, действующих на один узел, является сходящейся (рис.8.2, б), условие равновесия которой записывается двумя уравнениями проекций сил на координатные оси. Из двух уравнений можно определить две неизвестные величины внутренних усилий. На этом базируется алгоритм последовательного вырезания узлов, при котором каждый раз "перерезаются" только два стержня с неизвестными усилиями, значения которых определяются способом проекций.  Простота вычисления величин внутренних усилий в стержнях достигается поочередным проецируванням сходящейся системы сил на оси, перпендикулярные каждой из двух неизвестных (на рис.8.2, б оси x и y). Усилия в других "разрезанных" стержнях, примыкающих к вырезанного узла, должны быть известными. По этому алгоритму невозможно определить внутреннее усилие в любом стержни сразу - к нему нужно «дойти», последовательно вырезая ряд узлов, начиная с двостержневого (узлы Е, С, а на рис.8.2, б).

 

       

 

 

 

В методе сквозных сечений для выделенного фрагмента составляются уравнения моментов относительно моментных точек (точек Риттера) или уравнения проекций на координатные оси. Способ моментной точки используется тогда, когда есть возможность разделить ферму на два диска, разрезав при этом три стержня, оси которых не пересекаются в одной точке (рис.8.3, а). Из условий равновесия одного из полученных дисков можно определить любое из трех неизвестных усилий в разрезанных стержней. Для этого следует воспользоваться суммой моментов всех сил, действующих на диск, относительно моментной точки (места пересечения осей двух других разрезанных стержней), как S определения N2 на рис.8.3, д. Если же моментная точка расположена на бесконечности, то нужно спроецируваты все силы на ось перпендикулярную двух стержней - вот в для определения N1 на рис.8.3, д.

В некоторых простых фермах чтобы определить внутреннее усилие в стержне (N1, рис.8.4) нужно воспользоваться двумя сечениями: сквозным сечением и вырезать узел. Такой алгоритм называется способом совместных сечений.

 

 

      

 

 

 

 

 

 Исходя из алгоритма вырезания узлов усилия в некоторых стержнях фермы очевидны. На Рис.8.5, а-д некоторые стержни имеют нулевые значения усилий. Такие стержни обозначены штриховой линией. Это утверждение доказывается в каждом случае проецируванням сходящейся системы сил, действующих на узел, на оси х и у. С тех же условиях можно утверждать, что усилия в стержнях, вдоль которых действуют нагрузки (рис8.8, в, д), равны этом нагрузке. Также отдельным случаем равновесия чотиристержневого не нагружен узла (Рис.8.5, в) является равенство усилий в стержнях, расположенных вдоль каждой прямой

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

Кроме простых ферм, созданных методом диады, существуют стержневые конструкции более сложной структуры. Они могут быть образованы путем перестановки стержней в простых фермах при которой не нарушается геометрическая неизменяемость. Такие фермы называются сложными (рис