3. Расчёт и конструирования стропильной фермы.

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА КОНСТРУИРОВАНИЯ ФЕРМ.

Фермы пролетом до 18 м. изготавливаются целиком, свыше 18 м – в виде отдельных полуферм (отправочных марок). Высота отправочной марки не должна превышать транспортный габарит, равный 3,85 м.

Изменение сечений по длине поясов производится при пролете свыше 24 м. Сечение может изменяться только один раз.

Ось элемента фермы должна совпадать с центром тяжести уголков. Для удобства изготовления привязка оси к обушку уголка должна быть кратной 5 мм. При изменении сечения пояса полки должна располагаться в одном уровне. Узлы должны быть сцентрированы: оси стержней пересекаться в одной точке.

Для совместной работы спаренных уголков между ними следует устанавливать соединительные прокладки – «сухарики». Их ставят в растянутых стержнях через 80, а в сжатых – через 40 радиусов инерции одиночного уголка из плоскости фермы, но не менее двух в каждой панели. Размеры прокладок конструктивны.

В узлах опирания железобетонных плит верхний пояс фермы усиливают распределительными подкладками, если толщина уголков меньше 10 мм, (шаг ферм 6 м) или 14 мм (шаг ферм 12 м). Они необходимы для предотвращения местного погнутия тонкой полки верхнего пояса от сосредоточенного воздействия местной нагрузки.

3.1. Исходные данные. Параметры здания и нагрузки те же, что в примерах ком­поновки и расчета рамы. Материал стержней ферм — сталь марки C245, R_y = 240МПа = 24кН/см² (<20мм); пояса и решетка из спаренных уголков.

3.2. Сбор нагрузок на ферму. Постоянная нагрузка. Состав кровли см. в табл. 12.5. Нагрузка от

покрытия:

Фактическая узловая нагрузка от веса шатра

где: d=3м – размер панели стропильной фермы. q_ш.Р_сн – расчётные погонные значения нагрузок соответственно от веса покрытия и веса снега.

Расчет узлов сводится к определению размеров фасонок и стыковых накладок, исходя из условия прочности сварных швов. Усилия, приходящиеся на сварной шов по обушку и перу уголка, разные. Они зависят от положения шва относительно центра тяжести сечения и учитываются коэффициентом распределения .

Nоб=N - часть усилия, приходящаяся на обушок уголка;

Nп=(1-)N-часть усилия, приходящаяся на перо.

Для равнополочных уголков =0,7; для неравнополочных, составленных узкими полками вместе =0,75; составленными широкими полками =0,65.

Необходимая длина крепления каждого уголка к фасонке по обушку и перу:

В качестве N принимается усилие в решётке (N1, N2 ) или разность усилий в смежных панелях пояса (N4-N3 ), а при наличии внешней нагрузки F равнодействующая их S=[F²+(N4-N3)²]^(1/2)

При полуавтоматической сварке электродами типа Э42 расчетными параметрами соединения согласно СНиП будут:

f=0,7; z=1; wf=wz=1; c=1; Rwf=18 кН/см²; Rwz=16,5 кН/см²

Болты диаметром 20 мм, А_вп = 2,45см² из стали 40Х "селект" R_вин = 110 кН/см² (приложение 3), R_bh = 0,7·R_bun = 0,7·110 = 77 кН/см². При количестве болтов, необходимых для восприятия расчётного усилия: 5 ≤ n < 10·γ_b = 0,9. Если впоследствии окажется, что п < 5 примем γ_b = 0,8 и затем скорректируем расчёт. При п > 10 γ_b = 1,0. При газопламенной обработке соединяемых поверхностей стыка μ = 0,42; γ_h = 1,2 [1, табл.36].

Монтажный стык воспринимает усилие N, действующее в поясе фермы. Усилие, действующее на горизонтальную накладку, передаётся через обушок поясного уголка.

N₆=N₇=112,971+55,543=168,514т =1685,14кН

(для равнополочных уголков).

- усилие, приходящееся на вертикальные накладки.

1,2 – коэффициент на потерю качества при монтаже;

α - коэффициент распределения N по перу уголка.

Количество высокопрочных болтов в горизонтальной и двух вертикальных накладках:

болта

болта

- несущая способность одного высокопрочного болта при одном шве трения.

Расчёт узлов сопряжения фермы с колонной.

Расчётные усилия M, N, Q принимаются из таблицы сочетаний в рассматриваемом сечении рамы. Изгибающий момент М заменяется парой сил

Вертикальная опорная реакция N передаётся на опорный столик через опорный фланец в узле 1

Ширина опорного фланца принимается конструктивно по размеру полки колонны. Толщина опорного фланца tфл определяется из условия смятия от воздействия вертикальной опорной реакции N: tфл ≥ N/bфл·Rp≥ 686,2/38·20=1см.

Длина фланца определяется размером фасонки, которая лимитируется длинами сварных швов крепления опорного раскоса и нижнего пояса.

Необходимая длина крепления каждого уголка к фасонке по обушку и перу:

, - катет шва,

- коэффициент, учитывающий положение сварного шва относительно центра тяжести уголка.

Для опорного раскоса:

Для нижнего пояса:

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

- расчётная длина вертикального сварного шва

е – эксцентриситет приложения сил Q и H (расстояние от до оси нижнего пояса фермы).

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

Катеты сварных швов принимаются по толщинам стыкуемых элементов.

Верхний опорный узел воспринимает силу Н. Швы крепления пояса к фасонке по обушку и перу поясного уголка:

С фасонки усилие Н передаётся на фланец посредством двух вертикальных швов. При соблюдении правил конструирования прочность этих швов будет обеспечена. Фланец крепится к колонне 4 болтами, которые необходимо подобрать из условия прочности при растяжении.

При расчётном сопротивлении болтов растяжению необходимая площадь сечения каждого из 4 болтов будет

П ринимаем болт

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

Где b – расстояние между болтами в плане.

Момент сопротивления фланца при изгибе

Где а – высота фланца, - его толщина.

Из условия прочности при изгибе

определяется необходимая толщина фланца:

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

Болты диаметром 20 мм, А_вп = 2,45см² из стали 40Х "селект" R_вин = 110 кН/см² (приложение 3), R_bh = 0,7·R_bun = 0,7·110 = 77 кН/см². При количестве болтов, необходимых для восприятия расчётного усилия: 5 ≤ n < 10·γ_b = 0,9. Если впоследствии окажется, что п < 5 примем γ_b = 0,8 и затем скорректируем расчёт. При п > 10 γ_b = 1,0. При газопламенной обработке соединяемых поверхностей стыка μ = 0,42; γ_h = 1,2 [1, табл.36].

Монтажный стык воспринимает усилие N, действующее в поясе фермы. Усилие, действующее на горизонтальную накладку, передаётся через обушок поясного уголка.

N₁₅=N₁₆=109,833+54=163,833 т =1638,3 кН

(для равнополочных уголков).

- усилие, приходящееся на вертикальные накладки.

1,2 – коэффициент на потерю качества при монтаже;

α - коэффициент распределения N по перу уголка.

Количество высокопрочных болтов в горизонтальной и двух вертикальных накладках:

болта

болта

- несущая способность одного высокопрочного болта при одном шве трения.

Необходимая длина крепления каждого уголка к фасонке по обушку и перу:

В качестве N принимается разность усилий в смежных панелях пояса

(N₆ – N₅)= 168,514-149,79=18,724т=187,24кН.

или усилие в решетке (N₂₃ , N₂₄).

N₂₃=-20,36т=-203,6кН;

N₂₄=6,787т=67,87кН.

При наличии внешней нагрузки F равнодействующая

S = √F² + (N₆ – N₅)²=

F=F_ш+F_сн=6,59+3,24=9,83кН