6.4. Расчет и конструирование узлов стропильных ферм

Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий:

– провести осевые линии элементов гак, чтобы они сходились в центре узла;

– к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер Z_o от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм, получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах следует принимать равным a = 6∙t - 20 мм, но не более 80 мм (здесь t - толщина фасонки, мм);

– рассчитать прикрепление стержней решетки к фасонкам угловыми швами. Усилие N, действующее в прикрепленном стержне, распределяется между швами по перу и обушку уголка (рис. 6.6).

Рис. 6.6. К расчету сварных швов.

Усилия, действующие на сварные швы по обушку и по перу, определяются по формуле:

,

где N – расчетное усилие в стержне;

α – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый приближенно: для равнобоких уголков α = 0,3; для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой, α = 0,25; для неравнобоких уголков, прикрепляемых широкой полкой, α = 0,35.

Требуемая длина сварных швов определяется по формулам:

– для шва по перу:

;

– для шва по обушку:

,

где N_об – расчетное усилие на шов по обушку;

N_п – расчетное усилие на шов по перу;

β_f – коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 8мм β_f = 0,9;

–катет углового шва по обушку, принимаемый равным: для опорного раскоса 1,0см; для следующего раскоса 0,8см; для третьего раскоса 0,6см; для остальных раскосов и стоек 0,4см;

–катет углового шва по перу, принимаемый равным: для опорного раскоса 0,8см; для следующего раскоса 0,6см; для остальных раскосов и стоек 0,4см;

R_wf – расчетное сопротивление углового шва, определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 R_wf = 18кН/см².

Расчет сварных швов в узлах фермы для удобства выполним в табличной форме (табл. 6.2). Размеры фасонок зависят от длины швов крепления к ней стержней решетки.

Таблица 6.2.

Элемент	Обозначение стержня	Расчетные усилия N, кН	Шов по обушку			Шов по перу
			, кН	, см	, см	, кН	, см	, см
Раскосы	1-3	272,6	204,5	1,0	7,3 (8)	68,2	0,8	3,6 (4)
	3-5	212,06	148	0,8	13,8 (14)	63,6	0,6	4,3 (5)
	5-6	151,47	106	0,6	6,5 (7)	45,4	0,4	4,5 (5)
	6-8	90,88	63,6	0,4	5,9 (6)	27,3	0,4	3,1 (3)
	8-9	30,29	21,2	0,4	2,6 (3)	9,1	0,4	1,7 (2)
Стойки	4-5	43,2	30,4	0,4	2,3 (3)	13	0,4	2
	7-8	43,2	30,4	0,4	2,3 (3)	13	0,4	2
	9-10	43,2	30,4	0,4	2,2 (3)	13	0,4	2

Должны соблюдаться следующие условия: l_w ≤ 85∙ β_f ∙ K_f ; l_w ≥ 4∙K_f ; l_w ≥ 40мм. Первое условие выполняется во всех случаях. Где не выполняется второе и третье условие, длину швов принимаем l_w = 40мм. Полученные значения длин швов округляются в большую сторону до целого числа.

Конструирование и расчет нижнего узла стыка полуферм.

Нижний узел стыка полуферм принимаем с листовыми накладками (рис.6.7). Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накладок, соединяющих горизонтальные полки уголков, и двух вертикальных накладок, соединяющих фасонки отправочных элементов.

Рис. 6.7. Стык нижнего пояса с листовыми накладками.

При конструировании и расчете этого узла сначала рассчитываем швы крепления раскосов и стоек к фасонке, по длине которых определяется размер фасонки по высоте. Причем длина фасонок должна быть не менее длины стыковых горизонтальных накладок.

Размеры накладок подбираются из условия равнопрочности стыка основным стержням с перекрываемыми элементами.

Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине полки перекрываемого уголка: t_г.н. = t_уг = 12мм = 1,2см.

Ширины горизонтальной накладки принимается шире полки перекрываемого уголка на 15-20мм: b_г.н. = b_уг + (15…20мм) =160 + 20 = 180мм = 18см.

Длину горизонтальной накладки определяем по формуле:

,

где – длина прямого участка шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком. Длина шва определяется по формуле:

,

где – требуемая суммарная длина шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком.

Требуемая суммарная длина шва определяется по формуле:

,

где β_f – коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 9-12мм β_f = 0,8;

K_f – катет углового шва; K_f = 1,0см;

R_wf – расчетное сопротивление углового шва, определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 R_wf = 18кН/см²;

–предельное усилие, воспринимаемое накладкой. Предельное усилие определяется по формуле:

,

где R_y – расчетное сопротивление стали; R_у = 23кН/см²;

кН;

см;

см;

см.

Принимаем длину горизонтальной накладки равной L_г.н. = 82см.

Ширина вертикальной накладки задается равной b_в.н. = 200мм = 20см.

Толщина вертикальной накладки задается равной толщине фасонки t_в.н. = t_ф = 12мм = 1,2см.

Высота вертикальной накладки h_в.н. определяется прочностью сварных швов, передающих усилие в стыке. Величина усилия в стыке определяется по формуле:

,

где α – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой, α = 0,25;

N₁ – усилие в элементе нижнего пояса; N₁ = 531,1кН;

N₂ – усилие в раскосе; N₂ = 30,29кН;

cosβ – косинус угла наклона раскоса к поясу; определяется геометрически по формуле:

,

где d – длина панели верхнего пояса; d = 3,0м;

h_оф – расчетная высота фермы; h_оф = 3,05м;

;

кН.

Высота вертикальной накладки определяется по формуле:

,

где 1,2 – коэффициент, учитывающий возможность передачи усилия с эксцентриситетом;

N_ст – усилие в стыке; N_ст = 154кН;

β_f – коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 9-12мм β_f = 0,8;

K_f – катет углового шва; K_f = 1,0см;

R_wf – расчетное сопротивление углового шва, определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 R_wf = 18кН/см²;

см. Принимаем высоту вертикальной накладки h_в.н. = 10см.

Конструирование и расчет верхнего узла стыка полуферм.

Верхний узел стыка полуферм принимаем также как и нижний с листовыми накладками (рис.6.8). Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накладок, соединяющих горизонтальные полки уголков, и двух вертикальных накладок, соединяющих фасонки отправочных элементов.

Рис. 6.8. Стык верхнего пояса с листовыми накладками.

Принцип расчета верхнего узла стыка аналогичен расчету нижнего узла, за некоторым исключением. В нижнем узле присутствуют раскосы, а в верхнем их нет. Следовательно, усилия в швах накладки будут возникать только от стержней верхнего пояса. Кроме того горизонтальные накладки изгибаются, чтобы придать уклон фермы 1,5% и обеспечить строительный подъем фермы.

Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине полки перекрываемого уголка: t_г.н. = t_уг = 14мм = 1,4см.

Ширины горизонтальной накладки принимается шире полки перекрываемого уголка на 15-20мм: b_г.н. = b_уг + (15…20мм) =160 + 20 = 180мм = 18см.

Определяем предельное усилие, воспринимаемое накладкой:

кН.

Определяем требуемую суммарную длину шва:

см;

Определяем длину прямого участка шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком:

см;

Определяем длину горизонтальной накладки:

см. Принимаем длину горизонтальной накладки равной L_г.н. = 90см.

Ширину вертикальной накладки также задаем равной b_в.н. = 200мм = 20см.

Толщина вертикальной накладки задается равной толщине фасонки t_в.н. = t_ф = 12мм = 1,2см.

Высота вертикальной накладки h_в.н. определяется прочностью сварных швов, передающих усилие в стыке. Т.к. в узле отсутствуют раскосы, то величина усилия в стыке будет определяться по формуле:

,

где α – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый для равнобоких уголков α = 0,3;

N₁ – усилие в элементе верхнего пояса; N₁ = 509,9кН;

кН.

Определяем высоту вертикальной накладки:

см. Принимаем высоту вертикальной накладки h_в.н. = 10см.