2.2.2. Конструкция и расчет узлов ферм из уголков.

В легких сварных фермах из одиночных уголков узлы можно проектировать без фасонок и стержни решетки приваривать непосредственно к полке поясного уголка угловыми швами (см. рис. 20.1.)

Для сближения с одной плоскостью центров тяжести решетки и поясов целесообразно прикреплять элементы решетки к внутренней грани полки пояса (см. рис. 20.1.). Уголки решетки следует прикреплять обваркой по контуру и допускается приварка уголка одним фланговым (у обушка) и лобовым швом.

Допускается центрация осей стержней решетки на обушок пояса. Если и при этом для прикрепления стержней решетки непосредственно к полке пояса не хватает места, то к полке пояса встык приваривают планку (см. рис.20.1.), создающую в узле необходимое уширение.

В фермах из парных уголков с узлами на фасонках толщину фасонок принимают по табл. 20.1. в зависимости от усилий в стержнях решетки. В фермах больших пролетов допускается применять фасонки двух толщин в одном отправочном элементе с разностью толщин не более 2 мм.

Прикреплять элементы решетки из уголков к фасонке рекомендуется двумя фланговыми швами. При этом требуемые площадки швов распределяются по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня. Концы фланговых швов выводят на торцы элементов на длину 20 мм. Заводские узловые соединения выполняются сплошными сварными швами.

При практических расчетах долю усилия N, приходящуюся на фланговые швы обушка и пера, можно принимать в зависимости от типа уголка по табл. 21.1.

Таблица 21.1. Доля усилия N на сварные швы обушка k₁ и пера k₂

Тип уголка и схема его крепления	N
	k1	k2
	0.7	0.3
	0.75	0.25
	0.68	0.32

Длина на обушке (при расчете на условный срез по металлу шва)

(21.1.)

на пере

(21.2.)

Затем делается проверка по металлу границы сплавления (_z; R_wz; _wz)

Типичные конструкции узлов ферм показаны на рис. 20.2. и 20.3. Варианты опорных узлов показаны на рис. 21.1.

К поясам фасонки крепятся сплошными швами. Там, где возможно, их выпускают за обушки поясных уголков на 10...15 мм. Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на разность усилий в смежных панелях пояса

(21.3.)

В местах опирания крупнопанельных плит покрытия пояса при необходимости усиливают прокладками, привариваемыми продольными швами (рис.21.2.а).

Если к узлу приложена сосредоточенная нагрузка F₀ (перпендикулярная к поясу), то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, воспринимают равнодействующее усилие от давления нагрузки и разности усилий в смежных панелях поясов. Площадь сечения по металлу углового шва

(21.4.)

Если в узлах ферм размещаются стыки поясов, то их следует перекрывать специальными накладками, не включая, как правило, в работу стыка фасонку, работающую на перераспределении усилий между стержнями, примыкающими к узлу. Фасонку можно включать в работу, если она заходит за узел и может перекрывать вертикальные полки в стыке поясов; стык горизонтальных элементов пояса можно перекрывать листовыми накладками, расположенными по выступающим полкам уголков; в противном случае стык пояса перекрывается уголковыми накладками со срезанными полками и обработанными обушками.

Рис. 21.1. Варианты опорных узлов ригеля рамы из уголков .

Решение с листовыми накладками (см. рис.21.2.б) является более универсальным. Работа узла с прерванными поясами достаточно сложна, поэтому рассчитывается он в значительной степени условно. При конструировании уголок с большим усилием заводят на 300...500 мм за центр узла, а между соединяемыми поясами оставляют зазор, равный 50 мм; площадь накладки должна быть не менее площади выступающей полки меньшего уголка. При этом необходимо обеспечить прочность ослабленного сечения по линии а — а (рис. 21.2.б, 20.3.). Существует упрощенный прием проверки таких сечений по формуле

(21.5.)

где σ — напряжение в накладке; условная расчетная площадь, равная сумме площадей накладок и части площади фасонки высотой 2b (b — ширина полки, прикрепляемого уголка); N_p — расчетное усилие в элементе, которое вследствие некоторой нечеткости работы узла рекомендуется принимать на 20 % больше действительного, т. е.

Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясам, рассчитывают на усилие в накладке

(21.6.)

а швы, прикрепляющие уголки к фасонкам,— на расчетные усилия в поясах за вычетом усилия, передаваемого с уголка на уголок накладкой; 1,2N — 2N_н, но не менее чем 1,2N/2

Пример 21.1. Требуется рассчитать и законструировать опорный узел «А», фермы со стержнями из парных уголков.

П ринимаем толщину фасонок фермы равной t = 10 мм, исходя из восприятия опорной фасонкой реакции R_A = 350 кН.

Принимаем для соединения элементов ручную сварку, электродами Э42А по ГОСТ 9467-75*

а) Определяем требуемую ширину торцевого листа, исходя из условия смятия.

где R_A = 350 кН – опорная реакция фермы;

а)

б)

Рис. 21.2. Узлы фермы (ригеля) из уголков.

а — промежуточный узел верхнего пояса (с узловой нагрузкой); б — со стыком нижнего пояса.

γ_n = 0,95 – коэффициент надежности здания по назначению, определяемый по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» [1];

- расчетное сопротивление стали С255 смятию;

γ_с = 0,95 – коэффициент условий работы, определяемый по СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» [2];

t_см = 10мм = 0,01м – толщина торцевого листа.

Принимаем ширину торцевого листа по конструктивным соображениям (для возможности крепления болтами М20) равной b = 150 мм.

б) Определяем расчетные сопротивления сварных швов для ручной сварки:

- по металлу сварного шва β_f · R_wf = 126 МПа;

- по границе сплавления β_z ·R_wz = 1,0·171 = 171 МПа,

где β_f = 0,7; β_z = 1,0 – коэффициенты расчетной толщины углового сварного шва соответственно по металлу шва и границе сплавления, определяемые по табл. 34* [2];

R_wf = 180 МПа – расчетное сопротивление сварного шва по металлу шва (табл. 56 [2]);

R_wz = 0,45·R_un = 0,45·380 = 171 МПа - – расчетное сопротивление сварного шва по металлу границы сплавления (табл. 3 [2]).

Поскольку β_f · R_wf < β_z ·R_wz, то дальнейшие расчеты производим по металлу шва.

в) Определяем длины сварных швов, прикрепляющих опорный раскос к фасонке.

В соответствии с табл. 38* [2] задаемся катетами сварных швов (как минимально необходимыми для заданных свариваемых толщин) – на обушке и пере уголков k_f = 5 мм. Определяем длины сварных швов:

- на обушке ;

- на пере ,

где N_A-1 = 495 кН – усилие в опорном раскосе;

0,7 и 0,3 – коэффициенты, учитывающие долю передаваемого усилия N по обушку и перу;

1 см – длина шва, учитывающая возможный непровар.

Окончательно принимаем длины сварных швов на обушке l_w^об = 29 см, на пере l_w^п = 13 см.

г) Определяем длины сварных швов, прикрепляющих растянутый стержень А-2 нижнего пояса к опорной фасонке.

Задаемся минимальными катетами швов на пере и обушке - k_f = 5 мм.

Определяем длины сварных швов:

- на обушке ;

- на пере .

Окончательно принимаем длины сварных швов на обушке l_w^об = 21 см, на пере l_w^п = 10 см.

Минимальное расстояние между краями элементов решетки и пояса назначаем в соответствии с п. 13.9* [2]: а = 6·t – 20 = 6·10 - 20 = 40мм. По требуемым расчетным длинам сварных швов, с учетом конструктивных требований [2] назначаем размеры фасонки.

д) Проверяем опорную фасонку на срез от действия вертикальной опорной реакции:

,

где R_A = 350 кН – опорная реакция фермы;

h_ф = 0,49м, t_ф = 0,01м – соответственно высота и толщина опорной фасонки;

- расчетное сопротивление стали С255 срезу, определяемое по табл. 1* [2].

е) Проверяем сварные швы, прикрепляющие опорную фасонку к торцевой фасонке.

Для прикрепления торцевой фасонки к опорной назначаем катет сварного шва k_f = 5 мм, как минимально необходимый по [2].

Определяем касательные напряжения в сварном шве:

,

где l_w = 49-1 = 48см – длина сварных швов с учетом возможного непровара.

Определяем нормальные напряжения в сварном шве:

Увеличиваем катет сварного шва до k_f = 8 мм и производим пересчет:

- касательные напряжения ;

- нормальные напряжения

где е = 0,113 м – эксцентриситет приложения силы Н относительно центра опорной фасонки.

Определяем равнодействующие напряжения в сварном шве:

.

Конец примера.

Пример 21.2. Требуется рассчитать и законструировать промежуточный узел , фермы со стержнями из парных уголков.

а ) Определяем усилие для прикрепления пояса к фасонке:

б) Определяем требуемые длины сварных швов, прикрепляющие пояс к фасонке.

Предварительно, в соответствии с [2] назначаем минимальный катет сварного шва k_f = 5 мм. Требуемые длины сварных швов равны:

- по обушку ;

- по перу .

в) Определяем длины сварных швов, необходимые для прикрепления сжатого раскоса 2-4 к фасонке:

- по обушку ;

- по перу

Окончательно принимаем длины швов – по обушку l_w^об = 13см, по перу l_w^п = 7см.

г) Определяем длины сварных швов, необходимые для прикрепления растянутого раскоса 4-5 к фасонке:

- по обушку ;

- по перу .

Учитывая требования [2], окончательно принимаем длины швов по обушку и перу l_w = 5см.

По требуемым расчетным длинам швов с учетом конструктивных требований [2] намечаем конфигурацию и размеры фасонки узла.