Крепление треугольной фермы к колонне. Конструирование ферм

Стальные стропильные фермы изготовляют трех типов: полигональные, треугольные и с параллельными поясами (рис. 66, а). Тип фермы выбирают в зависимости от материала кровли. Так, при рулонных кровлях применяют полигональные фермы с уклоном верхнего пояса 1:8 и 1: 12 и с параллельными поясами, а при кровлях из асбестоцементных и стальных волнистых листов — треугольные с уклоном верхнего пояса 1:3,5 или полигональные с ломаным нижним поясом (уклон 1:4—1:6).

Практически стальные фермы можно применять при любых пролетах. Унифицированные фермы имеют пролеты 24, 30 и 36 м; применяют их при шаге колонн 6 и 12 At.
Высота ферм на опоре: полигональных 2,2 м, с параллельными поясами 2,5 и 3,75 At. Размеры панелей верхнего пояса приняты равными 3 At. В случае использования в покрытии плит шириной 1,5 ж в фермах устраивают шпренгельную решетку. В треугольных фермах панели верхнего пояса имеют длину только 1,5 м.

Пояса и решетку ферм конструируют из двух уголков, между которыми предусматривают прокладки, обеспечивающие требуемую жесткость элементов. Решетки сопрягают с поясами сваркой с введением в узлах фасонок из листовой стали толщиной 8—18 At At. Сходящиеся в узлах стержни центрируют с учетом геометрической схемы фермы.

Сопряжение ферм со стальными и железобетонными колоннами в большинстве случаев шарнирное. Однако фермы полигональные и с параллельными поясами можно сопрягать со стальными колоннами жестко.

Шарнирное крепление ферм к колоннам (стальным и железобетонным) производят с помощью надопорной стойки двутаврового составного сечения, которую соединяют с колонной анкерными болтами. Элементы фермы крепят к надопорной стойке черными болтами с введением между фасонками и колонной опорных пластин (рис. 66, б).

Рис. 66. Стальные стропильные фермы:
а — типы ферм: б— шарнирное сопряжение фермы с колонной; в — то же, жесткое

При жестком сопряжении ферм с колоннами надопорные стойки отсутствуют, а верхний и нижний пояса ферм посредством фасонок и дополнительных пластин крепят сваркой непосредственно к колоннам (рис. 66, в).

Стальные подстропильные фермы имеют длину 12, 18 и 24 м (рис. 67, а), а в отдельных случаях (например, в мартеновских цехах) их длина может достигать 48 м. Сконструированы они аналогично стропильным фермам. Верхний пояс подстропильных ферм крепят к колоннам черными болтами с опиранием на монтажный столик, воспринимающий вертикальное давление, нижнего пояса — посредством горизонтальных планок (рис. 67, б). К железобетонным колоннам подстропильные фермы крепят через опорную плиту или стальной оголовок.

Рис. 67. Подстропильные стальные фермы:
о — схемы ферм; б — крепление к колоннам; а — крепление стропильных ферм к подстропильным

Стропильные фермы сопрягают с подстропильными в пределах их высоты на черных болтах с передачей вертикального давления непосредственно на верхний пояс и на опорный столик нижнего пояса (рис. 67, в).

Пояса стропильных и подстропильных ферм выполняют из стали марки Ст. 3 и низколегированной, а элементы решетки — из стали Ст. 3.

При жестком сопряжении ферма крепится к колонне в узлах 1 и 7 (рис.25). Расчетные усилия M, N, Q принимаются из таблицы сочетаний в рассматриваемом сечении рамы. Изгибающий момент М заменяется парой сил Н = М/h 0 . Расчетные усилия в узлах сопряжения фермы с колонной представлены на рис.29.

Вертикальная опорная реакция N передается на опорный столик колонны через опорный фланец фермы в узле 1 (рис.30).

Рис.29 Расчетные усилия в опорном узле Рис.30 Жесткое сопряжение

фермы при жестком сопряжении с колонной фермы с колонной в узле 1 (рис.25)

Ширина опорного фланца b фл принимается конструктивно по размеру полки колонны. Длина фланца l фл определяется размером фасонки, которая лимитируется длинами сварных швов крепления опорного раскоса и нижнего пояса.

Расчет этих швов по обушку и перу уголка рассмотрен в разделе 3. В соответствии с правилами конструирования фасонка должна описать эти швы. Для удобства монтажа необходимо предусмотреть между нижним поясом и опорным столиком зазор 150мм. Толщина опорного фланца t фл определяется из условия смятия от воздействия вертикальной опорной реакции N:

t фл ≥ (R p – см. Приложение 1)

Два вертикальных шва крепления опорного фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию N и приложенные эксцентриситетом е горизонтальные силы (Н+Q). Прочность этих швов обеспечена, если

где τ WN = ; τ W Н Q = ; τ WM = ;

l W = l фл – 1 см – расчетная длина вертикального сварного шва;

е – эксцентриситет приложения сил Q и Н (расстояние от Ѕ l W до оси нижнего пояса фермы).

Вертикальные сварные швы крепления опорного столика к колонне l ст рассчитываются на воздействие N. Из-за возможных несовпадений поверхности контакта фланца и столика вводится коэффициент 1,2.

l ст ≥

Катеты сварных швов принимаются по толщинам стыкуемых элементов.

Верхний опорный узел 7 (рис.31) воспринимает силу Н. швы крепления пояса к фасонке по обушку и перу поясного уголка:

;

С фасонки усилие Н передается на фланец посредством двух вертикальных швов. При соблюдении правил конструирования прочность этих швов будет обеспечена. Фланец крепится к колоне 4 болтами, которые необходимо подобрать из условия прочности при растяжении. При расчетном сопротивлении болтов растяжению R bt (приложение 3) необходимая площадь сечения каждого из 4 болтов будет А b треб ≥ Н / 4R bt . По требуемой площади подбирается диаметр стандартного болта.

Рис.31 Жестокое сопряжение фермы с колонной в узле 7

Фланец работает на изгиб как балка, защемленная болтами и загруженная сосредоточенной силой Н. расчетный изгибающий момент:

Где b – расстояние между болтами в плане (рис.31).

Момент сопротивления фланца при изгибе

Где а – высота фланца,

t фл – его толщина.

Из условия прочности при изгибе σ = М /W фл ≤ R y γ C определяется необходимая толщина фланца

t фл ≥ .

Толщина фланца принимается по сортаменту и должна быть не менее 20 мм из условия жесткости.

При шарнирном сопряжении ферма опирается на колонну сверху в узле 1 (рис.25). Схема шарнирного опирания представлена на рис.32.

Рис.32 Схема шарнирного Рис.33 Опорный узел фермы

опирания фермы на колонну

Расчет сварных швов крепления уголков к фасонке по усилиям S 1 , S 2 и S 3 аналогичен вышеизложенному. Особенностью расчета этого узла (рис.33) является передача вертикальной опорной реакции V от фермы на колонну. Эта опорная реакция передается посредством фланца. Толщина фланца определяется из условия смятия:

(R p – см. Приложение 9)

Ширина фланца b фл принимается конструктивно по размерам сечений уголков фермы и оголовка колонны. С торца фланца V передается на 2 вертикальных сварных шва крепления фланца к фасонке. Расчетная длина каждого этого шва:

Возможны иные конструктивные решения шарнирных узлов опирания фермы на колонны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР - М.: ЦИТП Госстроя СССР, - 36 с.

2. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990, - 96 с.

3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов. - 6-е изд. / Под общ. ред. Е.И. Беленя. - М.: Стройиздат, 1985. - 550 с.

Приложения

Приложение 1. Таблица 1*

Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.

При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). При таком решении возможно опирание ферм как на металлическую, так и на железобетонную колонну. Аналогично решается и узел опирания стропильной фермы на подстропильную. Опорное давление фермы Fф передается с опорного фланца фермы через строганые или фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны или опорный столик подстропильной фермы. Опорный фланец Для четкости опирания выступает на 10-20 мм ниже фасовки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия (при наличии пригонки).Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нормальной точности прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отверстия в фасовках делают на 5-6 мм больше диаметра болта.

Горизонтальные усилия от опорного момента H1>=M1/hОП воспринимаются узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Последний дополнительно воспринимает усилие от распора рамы HР. В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, и сила H1 как и HР, прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения по поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Если сила H=H1+HP отрывает фланец от колонны (при положительном знаке момента), то болты крепления фланца к колонне работают на растяжение и их прочность следует проверить с учетом внецентренного относительно центра болтового поля приложения усилия.

Швы крепления фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы Fф и внецентренно приложенную силу H (центр шва не совпадает с осью нижнего пояса). Под действием этих усилий угловые швы работают на срез в двух направлениях.

Если линия действия силы H1, не проходит через центр фланца, то швы и болты рассчитывают с учетом эксцентриситета.

В случае действия больших опорных моментов и при необходимости повышения жесткости узла сопряжения ригеля с колонной целесообразно выполнить соединение верхнего пояса с колонной на сварке.

Опирание стропильных ферм на подстропильные выполнятся в большинстве случаев по шарнирной схеме. При неразрезных стропильных фермах для обеспечения жесткости узла необходимо перекрыть верхние пояса стропильных ферм накладкой, рассчитанной на восприятие усилия от опорного момента. В узле нижнего пояса это усилие прижимает фланец фермы к стойке, и дополнительные элементы для его восприятия не требуются

Конструирование и расчет баз внецентренно-сжатых колонн сквозного сечения.Базу колонны нужно запроектировать раздельной, с траверсами.

Необходимо определить размеры плит под ветвями, толщину плит, высоту траверс из условия прикрепления к ветвям сварными швами, а также проверить швы крепления траверсы к плите. Проектирование баз под ветвями аналогично проектированию баз центрально-сжатых колонн. Расчетными усилиями являются наибольшие усилия в ветвях в нижнем сечении нижней части колонны. Кроме того, нужно проверить, существует ли сочетание нагрузок, при котором появляются растягивающие усилия в какой либо ветви колонны. При определении расчетной комбинации усилий в этом случае усилия от постоянной нагрузки следует принимать с коэффициентом 0,9. Если при каком-либо сочетании нагрузок получается растягивающее усилие в ветви, то оно должно быть воспринято анкерными болтами. Условие прочности крепления колонны в этом случае N в ≤ nф Rbа Аb n х ф / х в, (11.1) где nф – количество фундаментных болтов ветви, работающей на растяжение; Rbа – их расчетное сопротивление /1/; Аb n – расчетная площадь сечения болта /1/; хв – расстояние от центра тяжести ветви до центра тяжести сечения колонны; хф – расстояние от линии действия равнодействующей усилий в фундаментных болтах ветви до центра тяжести сечения колонны. Величина хв принимается конструктивно. Расчет и конструирование базы

Продольная сила и изгибающий момент составляющие невыгодную комбинацию, принимаются по табл. 5 для сечений “в заделке”.

где -расчетное сопротивление сжатию материала фундамента(для бетона класса)

Рис.8 База колонны

Участок 1 ─ консольный

где ─ нагрузка приходящаяся на плиту шириной 1 м;

─ вылет консоли.

Участок 2 ─ опирание на 4 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4 табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю

Участок 3 ─ опирание на 3 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4 табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю Толщина опорной плиты

поэтому принимаем

Определение нормативных и расчетных изгибающих моментов и поперечных сил для подкрановых балок.

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Для определения наибольших изгибающих моментов и поперечных сил устанавливаем краны в невыгоднейшее положение (рис. 6.2.1).

Наибольший изгибающий момент от вертикальных давлений колес двух мостовых кранов:

Где –𝛾 n =0.95-коэффицент надежности по назначению ;

- 𝛾 f =1.1- коэффициент надежности по нагрузке;

K д =1.1 – коэффициент динамики, для режима работы мостового крана 7К.

Расчетный момент с учетом собственного веса подкрановых конструкций равен:

где a =1,05– коэффициент, учитывающий влияние собственной массы подкрановых конструкций на значение максимального изгибающего момента.

Расчетный изгибающий момент от горизонтальных усилий равен:

Рис.6.2.1. Определение усилий M max и Q max при загружении подкрановой балки

двумя четырехколесными кранами.

Согласно указаниям норм , подкрановая балка загружается нагрузкой от двух максимально сближенных мостовых кранов, при этом грузы на крюках номинальные, а тележки вплотную приближены к данному ряду подкрановых балок (рис.5).

Для определения максимальных изгибающих моментов в подкрановой балке, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, используется правило Винклера.

Конструирование узла сопряжения подкрановых балок с колонной пром зданий

В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит пере­дача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обыч­но через выступающий фрезерованный торец опорного ребра (рис. 15.17, а). Рассчитывают и конструируют опорное ребро так же, как и у обычных балок (см. гл. 7, § 5).

В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку (рис. 15.17,6).

В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагру­женного пролета возникает отрицательная (направленная вниз) реак­ция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие.

Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам (рис. 15.18, а). Эти элементы рассчитывают на горизонтальное уси­лие Hi

При наличии нескольких элементов крепления (например, стержней и накладок крепления тормозных конструкций к колонне) горизон­тальное давление F T распределяется между ними пропорционально жесткостям. В запас несущей способности можно каждый элемент крепления рассчитывать на полное давление F?.

При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам сле­дует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка про­гибается и ее опорное сечение поворачивается на угол φ (рис. 15.18,6). Под влиянием температурных воздействий (особенно в горячих цехах) подкрановые конструкции удли­няются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных сечений относительно колонн. В результате элементы крепления получают горизонтальные пе­ремещения А н.

За счет обжатия опорного сечения балок и обмятия прокладок под опорными реб­рами элементы крепления получают также вертикальное смещение Av (см. рис. 15.18,6). Если конструкции креплений обладают достаточной жесткостью и препятствуют об­жатию и повороту опорных сечений, то в элементах крепления возникают большие уси­лия, вызванные перемещениями Ан и Av, что при многократных повторных нагружениях приводит к усталостному разрушению элементов крепления. Это подтверждается результатами натурных обследований.

Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений.

Для того чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений эле­ментов крепления, применяют два типа узлов. В узлах 1-го типа поперечные горизон­тальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элемен­ты (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений (рис. 15.19, а). Поскольку со временем контактные поверхности об­минаются и в соединении образуется люфт, упорные элементы целесообразно крепить (для возможности их замены) на высокопрочных болтах. В узлах 2-го типа балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов. При малой жесткости этих элемен­тов дополнительные усилия, возникающие в них от перемещений Ан и Av, невелики. В качестве гибких креплений используются листовые элементы или круглые стержни. В узле, показанном на рис. 15.19,6, горизонтальные поперечные силы восприни­маются гибкими круглыми стержнями. При больших горизонтальных нагрузках каж­дая балка может крепиться двумя или тремя болтами, расположенными один над дру­гим. Достоинством такого крепления являются возможность рихтовки балок и простота его замены.

В зданиях с кранами особого режима работы при расчете элементов крепления рекомендуется учитывать дополнительные усилия, возникающие от перемещений А н

Изгибающий момент в элементе крепления, возникающий от пере­мещений, определяется как в балке с защемленными концами (см. рис. 15.18,0):

От перекоса опорного ребра балки на крепление передается также дополнительное горизонтальное усилие Н е (см. рис. 15.18, г), возника­ющее за счет смещения равнодействующей опорного давления F R с оси балки:

По экспериментальным исследованиям величину е можно принять равной 1/б ширины опорного ребра b.

В зданиях с большим перепадом температур (неотапливаемые зда­ния, горячие цехи) при расчете элементов крепления следует также учитывать усилия, возникающие от температурных воздействий, или проектировать крепления, обеспечивающие свободу перемещений (на­пример, с передачей усилий через упорные элементы).

Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

Стенка подкрановой балки испытывает местные сжимающие напряжения в результате перемещения колес мостовых кранов по подкрановым рельсам. Стенка подкрановой балки также укрепляется парными поперечными ребрами жесткости, максимальное расстояние между которыми не должно превышать обычно a = 1; 1,5; 2 м (рис.12).опасное сечение =4*а-0,5hw

Проверяем местную устойчивость стенки балки среднего отсека см:

Нормальное напряжение в "опасном" сечении отсека

Расчетный изгибающий момент в пролетном отсеке равен

Расчетная поперечная сила в приопорном отсеке равна

Усредненные касательные напряжения в "опасном" сечении отсека

Рис. 6.5.1. К расчету устойчивости отсеков стенки подкрановой балки

Местные сжимающие напряжения:

где g f 1 =1,1– коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной силы на отдельное колесо мостового крана;

– расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности;

см – условная длина распространения местных сжимающих напряжений;

c – коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 3,25;

I р, f =I р +I f – сумма собственных моментов инерции подкранового рельса I р = 1083,3 сми верхнего пояса подкрановой балки I f .

Критическое нормальное напряжение:

И фор. 77

кгс/см 2 ,

где – коэффициент, определяемый по табл. 25 .

Определяем условную гибкость стенки балки

в соответствии с п. 7.10 , стенку балки необходимо укрепить поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать см. Принимаем расстояние между поперечными ребрами жесткости a=1,5 м.

Максимальное расстояние между поперечными ребрами жесткости (в осях) устанавливается в зависимости от условной гибкости.

Примыкание фермы к колонне сбоку позволяет осуществлять как шарнирное, так и жесткое сопряжение ригеля с колонной (рис. 5.8).

При жестком сопряжении в узле возникает, помимо опорного давления FR , узловой момент M . При расчете момент заменяется парой горизонтальных сил H 1 = M /h о , которые воспринимаются узлами крепление нижнего и верхнего поясов к колонне. Нижний пояс дополнительно воспринимает усилие от распора рамы N p = Q . В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, т.е. направлен против часовой стрелки. В этом случае сила Н 1, как и Н р , прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Сжимающие напряжения на поверхности контакта невелики и не проверяются.

Опорный фланец крепится к полке колонны на болтах грубой или нор-мальной точности, которые ставятся в отверстия на 3 – 4 мм большедиаметра болтов, чтобы они не могли воспринимать опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик. Количество болтов принимается конструктивно (обычно 6…8 болтов диаметром 20 – 24 мм).

Если в опорном узле возникает положительный момент (это возможно, как правило, при легких кровлях), то усилие Н отрывает фланец от колонны, следовательно, болты следует рассчитывать на растяжение с учетом эксцентриситета, вызванного несовпадением центра болтового поля и осевой линии нижнего пояса фермы, по которой приложено усилие Н (рис. 5.9).

Рис. 5.8. Узел сопряжения фермы с колонной

Рис. 5.9. К расчету болтов крепления фланца опорного узла к колонне

Условно предполагается, что возникающее при этом вращение узла проходит вокруг линии, проходящей через ось болтов, наиболее удаленных от точки приложения силы Н (примерно на 40 – 80 мм ниже верха фасонки).

Усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт определяется по формуле

N max = N 1 = ,

где z – расстояние от нижнего пояса фермы (линия приложения силы Н ) до оси наиболее удаленного болта;

l 1 – расстояние между крайними болтами;

– сумма квадратов расстояний между осями болтов и осью вращения узла ();

n = 2 – количество болтов в каждом горизонтальном ряду соединения.

Вертикальное давление FR передается с опорного фланца узла фермы через строганные поверхности на опорный столик, причем фланец выпускается за пределы фасонки на а ≤ 1,5 tф .

Опорный столик выполняется из листа стали толщиной 30 –40 мм или при небольшом опорном давлении (FR = 200 – 250 кН) из отрезка уголка с частично срезанной полкой. Опорный столик делается несколько шире опорного фланца и приваривается к колонне.

Сопряжение фермы с колонной можно считать шарнирным, если фланец верхнего узла фермы сделать тонким (tфл = 8 – 10 мм) и возможно малой длины, а расстояние между болтами по горизонтали принять достаточно большим (b о = 160 – 200 мм). В этом случае фланец будет гибким и не сможет воспринимать сколько-нибудь существенную силу Н 1.

При жестком сопряжении фланец верхнего узла и болты его крепления к колонне рассчитываются на отрывающее усилие Н 1.

Другим вариантом шарнирного узла при примыкании фермы к колонне сбоку является сопряжение верхнего пояса с колонной на болтах нормальной точности, поставленных в овальные отверстия.

В нижнем опорном узле передача опорного давления FR и горизонтальной силы, появляющейся в результате узлового момента рамы, осуществляется раздельно.

Пример 5.8. Рассчитать конструкцию жесткого сопряжения фермы с колонной (см. рис. 5.8). Максимальный отрицательный опорный момент М = – 1144,6 кН∙м. Опорное давление FR = – 479,3 кН. Усилия в нижнем поясе N 1 = + 399,4 кН, в опорном раскосе N 2 = – 623,9 кН. Поперечная сила в колонне на уровне нижнего пояса фермы Q = – 112,6 кН.

Материал конструкций – сталь С255 с расчетными сопротивлениями Rу = 24 кН/см2 и Rs = 0,58 Ry = 13,92 кН/см2. Сварка механизированная в среде углекислого газа, сварочная проволока Св-08Г2С, диаметр проволоки d = 2 мм. Расчетные сопротивления: металла шва Rwf = 21,5 кН/см2, металла по границе сплавления Rwz = 16,65 кН/см2. Сварка выполняется в нижнем положении. Коэффициенты f = 0,9; z = 1,05; wf = wz = 1 (конструкция эксплуатируется при t > –40оC); с = 1.

Расчет швов выполняем по металлу границы сплавления.

Катеты швов принимаем в зависимости от толщины уголков. В одном узле желательно иметь не более двух типоразмеров швов. Полученные по расчету длины швов округляются в большую сторону до 10 мм. Если по расчету длина шва меньше 50 мм, то принимается lw = 50 мм.

Принимаем катеты швов:

– вдоль обушки kf = 10 мм < kf, max = 1,2tуг = 1,2 ∙ 9 = 10,8 мм;

– вдоль пера kf, min = 5 мм при толщине более толстого из свариваемых листов tф = 14 мм (см. табл. 3.5).

Определяем размеры фасонки в опорном узле фермы.

Толщину фасонки выбираем в зависимости от максимального усилия в стержнях решетки по табл. 5.6.

При усилии в опорном раскосе N 2 = – 623,9 кН принимаем толщину фасонки tф = 14 мм.

Размеры фасонок определяем по необходимой длине швов крепления нижнего пояса и опорного раскоса.

Прикрепление нижнего пояса к фасонке.

Nоб 1 = (1 – α )N 1 = (1 – 0,25) 399,4 = 299,55 кН,

где α = 0,25 – коэффициент, учитывающий долю усилия на сварные швы у пера при креплении неравнополочных уголков, составленных узкими полками (см. табл. 5.9).

Nn 1 = αN 1 = 0,25 ∙ 399,4 = 99,85 кН.

lw,об = Nоб 1/(2βzkf Rwzγwzγc ) = 299,55 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,57 см.

Принимаем конструктивную длину шва вдоль обушка с добавлением 1 см на дефекты в начале и конце шва lw,об = 100 мм.

lw,n = Nn 1/(2βzkfRwzγwzγc ) = 99,85 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 5,7 см.

Принимаем lw,n = 70 мм.

Рассчитываем прикрепление опорного раскоса к фасонке.

Усилие, воспринимаемое швами у обушка:

Nоб 2 = (1 – α )N 2 = (1 – 0,25) 623,9 = 467,93 кН.

Усилие, воспринимаемое швами у пера:

Nn 2 = αN 2 = 0,25 ∙ 623,9 = 155,97 кН.

Расчетная длина шва вдоль обушка

lw,об = Nоб 2/(2βzkfRwzγwzγc ) = 467,93 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 13,4 см.

Принимаем lw,об = 150 мм.

Расчетная длина шва вдоль пера

lw,n = Nn 2/(2βzkfRwzγwzγc ) = 155,97 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,92 см.

Принимаем lw,n = 100 мм.

Конструируем опорный узел фермы, исходя из размещения сварных швов требуемой длины и конструктивных требований (расстояние от низа пояса до торца опорного фланца не менее 150 мм).

Проверяем фасонку на срез:

Производим условную проверку фасонки на выкалывание по сечению 1-1 при полной длине Σl = lГ + lв = 170 + 200 = 370 мм (см. рис. 5.8). Проверка выполняется приближенно, когда плоскости среза наклонены к оси элемента под углами, близкими к 45о, по формуле

Центр швов, прикрепляющих фланец к фасонке, не совпадает с осью нижнего пояса. Эксцентриситет составил е = 80 мм.

Фланец для четкости опирания выступает на 15 – 20 мм ниже фасонки опорного узла, но не более a max ≤ 1,5tфл. Выпускаем фланец за пределы фасонки на а = 20 мм, что меньше a max = 1,5 ∙ 16 = 24 мм.

Размеры опорного фланца назначаем конструктивно: толщина tфл = 16 – 20 мм; высота l = hф + a = 400 + 20 = 420 мм; ширина bфл = 180 мм (из условия размещения двух вертикальных рядов болтов).

Вертикальная реакция фермы FR передается с опорного фланца через строганые поверхности на опорный столик.

Площадь торца фланца

Афл = bфлtфл = 18 · 1,6 = 28,8 см2.

Торец фланца проверяем на смятие:

где Rp = 33,6 кН/см2 – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) для стали С255, принимаемое по табл. 2.4.

Определяем расстояние между линиями центров тяжести верхнего и нижнего поясов в опорном сечении фермы:

H о = Hop – (z 1 + z 3) = 3150 – (30 + 30) = 3090 мм,

где z 1 и z 3 – привязки поясов (расстояние от обушков до центра тяжести уголков), округленные до 5 мм.

Горизонтальное усилие, передаваемое на верхний и нижний пояса ферм:

H 1 = M /h о= 1144,6 / 3,09 = 370,4 кН.

Общее горизонтальное воздействие на нижний пояс

H = H 1 + Hp = 370,4 + 112,6 = 483 кН.

Швы, прикрепляющие фасонку опорного узла к фланцу, работают в сложных условиях (рис. 5.10).

Рис. 5.10. К расчету сварного шва крепления фланца к фасонке

При действии опорного давления FR швы срезаются вдоль, в них возникают напряжения:

τR = FR /(2βzkf lw ) = 479,3 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,85 кН/см2.

где kf = 10 мм (задаются в пределах 10 – 20 мм);

lw = hф – 10 = 400 – 10 = 390 мм.

Усилие Н приводит к срезу шва в направлении, перпендикулярном оси

τН = Н /(2βzkf lw ) = 483 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,9 кН/см2.

Поскольку центр шва не совпадает с осью нижнего пояса, на шов действует момент

М = Не = 483 ∙ 8 = 3864 кН∙см.

Под действием момента шов также работает на срез перпендикулярно оси шва:

τМ = М /Wz = 6M /(2βzkf lw 2) = 6 ∙ 3864 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 392) = 7,26 кН/см2.

Шов проверяем в наиболее напряженной точке А по металлу границы сплавления по результирующей напряжений:

14,4 кН/см2 <

< Rwzγwzγc = 16,65 кН/см2.

Угловые швы крепления столика рассчитываем на усилие

F = 1,2FR = 1,2 ∙ 479,3 = 575,16 кН,

где коэффициент 1,2 учитывает возможный эксцентриситет передачи вертикального усилия, непараллельность торцов опорного фланца фермы и столика (неточность изготовления), вызывающую неплотность опирания фланца (его перекос в своей плоскости), что приводит к неравномерности распределения реакции между вертикальными швами.

Высота опорного столика lст устанавливается по требуемой протяженности сварных швов:

lст = lw + 1 = F /(2βzkfRwγwzγc ) + 1 =

575,16 / (2 ∙ 1,05 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 17,45 см.

Принимаем столик из листа 220× 180× 30 мм.

В узле крепления верхнего пояса сила Н 1 = 370,4 кН стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб (рис. 5.11).

а ) б )

Рис. 5.11. К расчету узла крепления верхнего пояса фермы к колонне:

а – работа фланца на изгиб; б – расчетная схема

Принимаем болты класса прочности 5.6 с расчетным сопротивлением болтов, работающих на растяжение, Rbt = 210 МПа = 21 кН/см2 (табл. 5.11).

Таблица 5.11

Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов

Напряженное состояние	Обозначение	Расчетные сопротивления, МПа, болтов классов
Растяжение

П р и м е ч а н и е. В таблице указаны значения расчетных сопротивлений для одноболтовых соединений.

Задаемся диаметром одного болта dб = 24 мм с площадью сечения нетто Abn = 3,52 см2 (см. табл. 3.17).

Несущая способность одного болта на растяжение

Nb = AbnRbt = 3,52 ∙ 21 = 73,92 кН.

Необходимое число болтов

n = H 1/(Nbγc ) = 370,4 / (73,92 ∙ 1) = 5.

Принимаем n = 6, располагая их по ширине фланца в два ряда. Диаметр отверстия под болты d о = 27 мм.

Размещаем болты согласно требованиям (см. табл. 3.18)

Минимальное расстояние между центрами болтов

а 1 = 2,5d 0 = 2,5 ∙ 27 = 67,5 мм, принимаем а 1 = 80 мм.

Расстояние от центра болта до края элемента с = 1,5d 0= 1,5 ∙ 27 ≈ 40 мм.

Расстояние между болтами

b 0 = b – 2с = 200 – 2 ∙ 40 = 120 мм.

Высота фланца

а = 2а 1 + 2с = 2 ∙ 80 + 2 ∙ 40 = 240 мм.

Момент при изгибе фланца определяется как в защемленной балке пролетом b 0

Мфл = H 1 b 0 / 8 = 370,4 ∙ 12 / 8 = 555, кН∙см.

Требуемый момент сопротивления фланца

Wфл = Мфл / (Ry γc ) = 555,6 / (23 ∙ 1) = 24,16 см3.

Минимальная толщина фланца

tфл = = = 2,46 см.

Принимаем tфл = 25 мм.

Шов крепления фланца к фасонке работает на срез и его катет определяется:

kf = H 1 / (2βz lw Rwz γwz γc ) = 370,4 / (2 ∙ 1.05 ∙ 23 ∙ 16.65 ∙ 1 ∙ 1) = 0,46 см,

где lw = а – 1 = 24 – 1 = 23 см.

Принимаем минимальный катет шва kf = 7 мм при полуавтоматической сварке более толстого листа tфл = 25 мм (см. табл. 22).

5 10 ..

СТАЛЬНОЙКАРКАСОДНОЭТАЖНЫХЗДАНИЙ - ЧАСТЬ 3

Опирание колонны на подколонник бетонного фундамента, крайней надопорной стойки и стро­пильной фермы - на оголовок крайней колонны, средней надопорной стойки со стропильной и под­стропильной фермой - на оголовок средней колон­ны, подкрановой балки - на консоль рядовой или крайней колонны, рядовых и ендовных прогонов - на стропильные фермы охарактеризовано при опи­сании соответствующих конструкций. Ниже даются краткие пояснения, сопоставляющие и обобщаю­щие принципы конструирования основных узлов стального каркаса.

При опирании колонн на бетонный фундамент предусматривается подливка опорной плиты це­ментным раствором марки 400. Она компенсирует возможные неточности при бетонировании обреза фундамента и обеспечивает полное примыкание к нему опорной плиты. В траверсах предусматрива­ются отверстия для стока дождевой воды, попада ющей на опорную плиту при монтаже здания.

Передача нагрузок на колонну от разрезных подкрановых балок, стропильных и подстропиль­ных ферм происходит в расчетных плоскостях через приторцованные опорные ребра, положение кото­рых фиксируется установочными болтами.

В ряде случаев (крепление верхнего пояса раз­резных подкрановых балок к шейке колонны, на­веска стеновых панелей и тому подобное) крепеж­ные элементы допускают некоторое смещение кон­струкций, происходящее от воздействия временных или постоянных нагрузок.

В месте восприятия сосредоточенных усилий сечения элементов колонн и ферм усиливаются до­полнительными ребрами и накладками. Большинство соединений выполняется на черных болтах с последующей монтажной сваркой.

Крепление прогонов к верхнему поясу стропиль­ной фермы фиксируется опорными коротышами из уголков.

Стальные стропильные фермы с уклоном верх­него пояса 1: 3,5 предназначены для перекрытия однопролетных бесфонарных, неотапливаемых складских помещений с кровлей из волнистых ас-бестоцементных листов. Склады оборудуются под­весными однобалочными кранами грузоподъемно­стью до 5 т или опорными кранами грузоподъем­ностью до 30 т. Фермы треугольного очертания с горизонталь­ным нижним поясом пролетом 18; 24; 30 и 36 м выполняются в соответствии с длиной кровельных волнистых асбестоцементных листов с узловой пе­редачей нагрузки через 1,25 м. Нагрузка переда­ется расположенными по верхнему поясу стальны­ми прогонами, к которым крепятся кровельные листы.

Стержни фермы и прогоны изготовляются из горячекатаных профилей стали марки «сталь 3», распорки на опорах стропильных ферм - из сталь­ного облегченного гнутого профиля по ГОСТ 8278-75. При использовании в прогонах облегчен­ных профилей взамен горячекатаных достигается экономия стали около 3 кг на 1 м 2 покрытия.

Заводские и монтажные узлы треугольных ферм, за исключением опорного, аналогичны опи­санным выше полигональным фермам. Опорный узел предусматривает различные варианты привяз­ки колонн. При больших нагрузках узловая фасонка опорного узла увеличивается в пределах край­ней панели и усиливается наклонными ребрами. Ферма опирается строганой поверхностью опор­ного ребра на стальной оголовок колонны и закреп­ляется на нем посредством болтов и монтажной сварки. В зданиях с опорными или подвесными кранами нижние пояса ферм развязываются связями так же, как и в зданиях с тяжелым режимом работы.

Стальные стропильные фермы полигонального очертания из электросварных труб запроектирова­ны в типовом исполнении для пролетов 18, 24 и 30 м. Высота на опоре в осях стержней у ферм всех указанных пролетов 2,9 м. Нижний пояс го­ризонтален, верхний имеет уклон 1,5%. Проекция длины панели (расстояния между узлами) по верхнему поясу 3 м. Незначительный эксцентриси­тет решетки предусмотрен для удобного сочленения труб в бесфасоночных узлах. Номинальная длина стропильных ферм на 400 мм менее пролета зда­ния. Крайние панели укорочены на 200 мм для размещения надопорных стоек. В местах подвески кранов решетка усиливается дополнительными стержнями в виде обоймы из двух швеллеров.

Лист2.12,Связипостальнымколоннам

Листы2.13; 2.14.Связи по стальным стропильным фер­мамсшагом6и12м

Фермы пролетом 18 м поставляются одной от­правочной маркой; фермы пролетом 24 и 30 м - двумя отправочными марками с монтажным сты­ком по оси симметрии.

Надопорные стойки имеют высоту сечения: крайние 200 мм + привязка, средние 2X200 мм, Они конструируются из двутавров соответствующе­го профиля. Высота надопорных стоек складывает­ся из высоты ферм 2900 мм, высоты подъема оси нижнего пояса над оголовком колонны 280 мм и высоты подъема плоскости опирания прогонов над осью верхнего пояса ферм 120 и 200 мм соответ­ственно при диаметрах труб верхнего пояса до 127 мм и более. Отсюда полная высота надопор­ных стоек 3300 или 3380 мм. Плоскость опирания прогонов фиксируется опорными столиками, раз­мещенными в узлах стропильных ферм.

Подстропильные фермы треугольного очерта­ния крепятся непосредственно к стенкам двутав­ров средних надопорных стоек. Отсюда их номи­нальная длина на 10 мм менее шага колонн. Сред­ние стойки подстропильных ферм выполнены из прокатного двутавра с подвеской в виде сварного двутавра. Для опирания стропильных ферм на отметке верха колонн эта подвеска снабжена дву­мя столиками.