КОНСТРУИРОВАНИЕ ФЕРМ ИЗ УГОЛКОВ | Alex Shybko

г. Николаев, Украина

(093) 835-99-53, (099) 629-36-23 alexshybko@i.ua

КОНСТРУИРОВАНИЕ ФЕРМ ИЗ УГОЛКОВ

1. Центрирование стержней в узлах

Стержни фермы центрируются в узлах, для чего оси стержней, проходящие через центры тяжести их сечений, должны пересе­каться в узле в одной точке (рис. 35,а). В этом случае стержни будут работать только на центральное сжатие или растяжение, как это принято в расчетной схеме фермы. Если центровка стерж­ней в узле нарушена, т. е. их оси не пересекаются в одной точке, возникает эксцентриситет приложения усилий (рис. 35,6) и пояс будет дополнительно изгибаться моментом М=N·e.

Расстояние zo несимметричных профилей (уголки, тавры), определяющее положение центра тяжести сечения, принимается по таблицам сортамента и для удобства изготовления фермы округляется до числа, кратного 5 (в мм). Это округление приво­дит к столь малым эксцентриситетам, что ими можно пренебречь. В случае изменения сечения пояса, выполненного из уголков или тавров, для выравнивания линии обушков, центрирование осуществляется по среднему значению zmt (рис. 35, в).

Рис. 35. Центрирование стержней фермы в узле

Возникающие при этом изгибающие моменты можно не учитывать, если смещение оси пояса не превышает 1,5% высоты его сечения.

В фермах из труб при бесфасоночном решении узлов (рис. 40) иногда приходится допускать эксцентричное креп­ление раскосов к поясу, чтобы торцы прикрепляемых элементов размещались независимо друг от друга, т. е. без пересечения. В этом случае разрешается не учитывать моменты, возникающие в узле, если величина эксцентриситета не превышает 1/5 диаметра трубы пояса.

2. Конструирование и расчет промежуточных узлов ферм из уголков

Элементы фермы из парных уголков соединяются между со­бой в узле с помощью фасонки — листа, вводимого в зазоры между уголками.

Форма и размеры фасонки получаются в про­цессе конструирования узла, последовательность которого рас­смотрим на примере промежуточного узла нижнего поя­са (рис. 36). Вначале наносят оси стержней, пересекающиеся в одной точке — центре узла. Затем для каждого стержня от его оси откладывают расстояние от центра тяжести сечения до обуш­ков уголков z0 а также — ширину и толщину полки уголка и через полученные точки проводят линии, параллельные оси стержня.

Рис. 36. Промежуточный узел нижнего пояса фермы из уголков

Уголки элементов решетки обрезают перпендикулярно оси с таким расчетом, чтобы в целях уменьшения сварочных на­пряжений в фасонке между краями элементов решетки и пояса оставался зазор не менее

а = 6 t — 20 мм, но не более 80 мм (t—тол­щина фасонки, мм).

Далее определяют необходимые длины сварных швов, крепя­щих элементы решетки к фасонке. Каждый уголок приваривается угловыми швами по обушку и перу. Усилия, действующие в элементе, распределяются между этими швами, как между опорами балки с пролетом, равным ширине полки уголка (рис. 36), и находятся по формулам:

, (23)

где N — усилие в элементе;

S1, S2 — усилия в швах у обушка и пера уголков;

b — ширина полки уголка;

z0 — расстояние от обушка до центра тяжести сечения.

Длины швов у обушка и пера определяются из условия проч­ности угловых швов:

( 24)

Сварка обычно осуществляется полуавтоматами, что учиты­вается при расчете коэффициентом f. Длина шва в соответствии с рекомендациями СНиП II-23-81* принимается не менее 40 мм. Наибольший и наимень­ший допустимый катет шва определяется требованиями СНиП II-23-81*. Кроме того, при назначении катета шва у пера прокатного уголка надо учитывать скругление края полки и принимать катет этого шва на 1—4 мм меньше толщины полки уголка (в зависимости от размеров уголка).

Полученные по формулам (24) длины швов откладываются от торцов уголков стержней решетки, сходящихся в узле. Для уменьшения концентрации напряжений СНиП II-23-81* требует выводить сварные швы на торец прикрепляемого элемента на длину 20 мм. Отложенные длины швов позволяют установить необходимые раз­меры фасонки. При конструировании фасовки надо стремиться, чтобы ее форма была как можно проще. С этой целью боковые стороны фасонки обычно делают перпендикулярными поясу. Снизу фасонка выпускается на 20—30 мм за уголки пояса для его при­варки.

Сварные швы, крепящие неразрезанный нижний пояс к фасонке, должны воспринимать усилие, передаваемое с фасонки на пояс, т. е. равнодействующую усилий в примыкающих элементах решетки. Очевидно, в силу равновесия узла эта равнодействующая равна разности усилий в смежных панелях пояса, т. е. N = N2 – N1 (рис. 32). Усилия, приходящиеся на швы у пера и обушка, определяют по формулам (23), заменив в них N на N. Длина швов по расчету обычно получается небольшой, но конструктивно они принимаются сплошными на всю ширину фасонки, так как СНиП II-23-81* запрещают применение прерывистых швов (они допускаются только для вспомогательных конструкций).

Рис. 37. Промежуточные узлы верхнего пояса фермы из уголков

Промежуточные узлы по верхнему поясу фермы имеют неко­торые особенности (рис. 37, а). Для обеспечения нормального опирания прогонов или плит покрытия фасонку не выводят за пределы пояса, а утапливают на 7—10 мм. Чтобы уголки не рас­ходились, зазор между ними заплавляют. Полученный при этом втопленный сварной шов не является расчетным, разрешается лишь считать, что он воспринимает узловую нагрузку F.

При таком подходе расчетные швы у перьев уголков должны воспринять разность усилий в смежных панелях верхнего пояса:

N = N2 – N1.

Это усилие приложено с эксцентриситетом е = bz0 по отношению к швам, поэтому их надо рассчитывать на совмест­ное действие сдвигающей силы N и изгибающего момента M = N e:

(25)

в данной формуле:

;

Если швами у перьев воспринять усилие не удается, то можно сделать частичные выпуски фасонки за уголки пояса (рис. 33, а) и швы у обушков ввести в расчет. В этом случае сварные швы у обушков и перьев уголков рассчитываются по формулам (23) и (24) на равнодействующую сдвигающего усилия N и узловой нагрузки F. При малом уклоне кровли эта равнодействующая с достаточной точностью может быть определена по формуле:

(26)

На рисунке 37,б показан промежуточный узел верхнего пояса, в котором к поясу примыкает только стойка. В этом случае форма фасонки принимается с учетом обеспечения плавного перехода силового потока со стойки на фасонку, для чего край фасонки должен отходить от уголков стойки под углом не менее 15о. Это условие должно соблюдаться при конструировании фасонок во всех узлах фермы.

3. Опорные узлы ферм из уголков

Фермы могут свободно опираться на стены, колонны, подстро­пильные фермы или жестко сопрягаться со стальными колоннами. При свободном опирании фермы на стену или железобетонную ко­лонну фасонка опорного узла выпускается вниз (рис. 38, а) и к ней привари­вается опорная плита. Для увеличения жесткости фасонки и лучшего распределения усилия на плиту к фасонке привариваются вертикальные ребра жесткости, проходящие через центр узла.

Площадь опорной плиты определяется из условия прочности основания при передаче опорной реакции фермы F:

(27)

где Rf — расчетное сопротивление материала основания при мест­ном сжатии (смятии).

Сварные швы, крепящие плиту к фасонке и ребрам жесткости, также рассчитываются на передачу опорной реакции фермы:

(28)

Швы, которыми привариваются ребра жесткости к фасонке, рассчитываются на долю усилия F, передаваемую через швы, кре­пящие ребра к плите.

В опорной плите выполняются отверстия для анкерных болтов. Диаметр отверстий принимается равным 40—50 мм при диаметре анкерных болтов 20—24 мм, что позволяет компенсировать неточную установку анкеров. Отверстия в плите прикрываются квадрат­ными шайбами, которые после установки фермы в проектное поло­жение привариваются к плите.

На рисунке 38, б показано типовое решение свободного опирания стропильной фермы на стальную колонну. Опорная реакция фермы передается опорным ребром (фланцем), приваренным к фасонке нижнего узла фермы. Для равномерной передачи давления торец опорного ребра острагивается, а торец колонны под плитой ее ого­ловка фрезеруется.

Необходимая площадь сечения опорного ребра определяется из условия смятия его торца:

(29)

где А — площадь поперечного сечения ребра;

Rp—расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности при наличии пригонки.

Рис. 38. Опорные узлы ферм:

1 – ребро жесткости; 2 – опорная стойка; 3 – ребро с овальными отверстиями;4 – ребро для крепления вертикальной связи; 5 – шайба

Сварные швы, крепящие опорное ребро к фасонке узла, рас­считываются на передачу опорной реакции фермы:

, (30)

где l — расчетная длина сварного шва, равная высоте фасонки за вычетом 1 см.

Для фиксации положения узла на колонне опорное ребро соединяется болтами нормальной точности с опорной стойкой, ко­торая в свою очередь крепится болтами, а затем приваривается к оголовку колонны. С опорной стойкой через специальное ребро с овальными отверстиями соединяется болтами и фасонка верх­него узла фермы. Овальные отверстия допускают перемещение верхнего узла фермы относительно опорной стойки и тем самым обеспечивают свободное опирание фермы, т. е. без появления опорного момента. К ребрам опорной стойки крепятся также вер­тикальные связи.

Рассмотренное конструктивное решение опорных узлов типовых ферм является универсальным, так как позволяет опирать стро­пильные фермы не только на стальные колонны, но и на подстро­пильные фермы, а также на железобетонные колонны, если в их оголовке предусмотрена стальная опорная плита.

4. Стыки поясов ферм из уголков

Для упрощения конструкции фермы желательно избегать уст­ройства стыков поясов, а выполнять их неразрезанными в узлах и, следовательно, постоянного сечения по длине, несмотря на изме­нения усилия в них от панели к панели. Однако по условиям перевозки фермы даже небольших пролетов (l  18 м) приходится членить на отправочные марки и поэтому требуется устраивать так называемые монтажные или укрупнительные стыки. Фермы пролетами до 36 м обычно делятся на две отправочные марки и в связи с этим укрупнительные стыки размещаются в середине пролета фермы.

Кроме укрупнительных, в фермах пролетами более 24 м делают также заводские стыки поясов. Их приходится выпол­нять, так как наибольшая нормальная длина проката составляет 13 м и получение уголков большей длины требует специального согласования. Заводские стыки поясов могут выполняться в узлах фермы и вне узлов. При устройстве стыка в узле целесообразно одновременно изменять сечение пояса, поэтому стыки следует делать в тех узлах, где значительно меняется усилие в поясе.

Стык поясов может осуществляться с помощью уголковых накладок того же сечения, что и стыкуемые элементы, или по­средством листовых накладок.

Конструкция заводского стыка пояса вне узла с уголковыми
накладками показана на рисунке 39, а. Для плотного прилегания
стыковых накладок к стыкуемым уголкам снимается фаска по
обушкам уголковых накладок, что несколько уменьшает их сечение.

Рис. 39. Заводской стык нижнего пояса фермы:

а – вне узла с уголковыми накладками; б – в узле с листовыми накладками

Однако это уменьшение сечения компенсируется прокладкой, которая вводится между стыкуемыми уголками.

Для создания стыка, равнопрочного соединяемым элементам, сварные швы, крепящие накладки к поясу, рассчитываются на усилие, равное несущей способности пояса, N = A· Ry·c.

Необходи­мая длина шва по одну сторону от стыка находится в предполо­жении равномерного распределения усилия между четырьмя швами по формуле:

(31)

Прокладка приваривается конструктивными швами, катет которых принимается по таблице Приложения 7.

Недостатком стыка с уголковыми накладками является то, что при изменении сечения пояса толщина полок стыкуемых уголков должна быть одинаковой. Стыки же с листовыми накладками такого недостатка не имеют, поэтому они находят широкое при­менение.

На рисунке 39, б показан заводской стык нижнего пояса, выпол­ненный в узле. Горизонтальная полка каждого из поясных уголков перекрывается листовой накладкой, имеющей скос под углом 15°, что обеспечивает более равномерную передачу усилия по ширине полки уголка. Чтобы уменьшить сварочные напряжения в фасонке и накладках, между торцами стыкуемых поясных уголков следует оставлять зазор не менее 50 мм.

Фактическая работа стыка сложна, но расчет ведется по упро­щенной схеме. Неточность расчетной схемы косвенно учитывается увеличением усилий, действующих в поясе, на 20%.

Таким обра­зом, расчет стыка ведется на усилия, действующие соответственно слева и справа от узла: 1,2 N1 и 1,2 N2.

Усилие с левых уголков передается на накладки через свар­ные швы Ш1 и на фасонку через швы Ш2 (рис. 39,6), которые соответственно, рассчитываются на усилия, приходящиеся на обушки и перья уголков (23):

Тогда длина этих швов определяется по формулам:

На правой половине накладок выполняются такие же швы, как на левой, т. е. длиной  l1 .

Усилие с правых уголков перелается стыковыми накладками на левые утолки, а также швами Ш3 и Ш4 на узловую фасонку.

Швы Ш3 должны быть рассчитаны на восприятие усилия, прихо­дящегося на перья правых уголков:

Швы Ш4 должны воспринимать усилие:

т.е. оставшуюся часть усилия 1,2 N2, которая не передана стыковыми накладками и швами у перьев уголков.

Сечение стыковых накладок находится из условия прочности по усилию S1, переданному на них швами Ш1:

(32)

где ts — толщина накладки;

bs — ширина накладки, назначаемая конструктивно.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Яндекс.Метрика