4.4.2. Розрахунок і конструювання опорного вузла ферми

Опорні вузли з’єднання ферми з колонами можуть бути жорсткими або шарнірними.

Для шарнірного кріплення ферми з колоною більш технологічними є ферми з несхідним першим розкосом і розташуванням опорного вузла на рівні верхнього поясу ферми (див. рис. 7).

Рис. 7. Опорний вузол при шарнірному спиранні ферми на колону

Реакцію ферми може сприймати опорний столик; при цьому реакція передається через струганий чи фрезований торець опорної планки (фланця). У цьому випадку болти, що кріплять ферму до колони, не розраховуються та встановлюються у кількості від двох до чотирьох. Можлива також передача опорної реакції від ферми на колону через болти, які є розрахунковими, а опорний столик не розраховується і влаштовується лише для зручності монтажу.

Розрахунок опорного вузла ферми

Приймаємо шарнірний опорний вузол ферми (рис. 7) з передачею опорної реакції від ферми на колону через болти.

Для розрахунку кількості болтів використаємо формулу міцності болтового з’єднання на зсув

n > шт.,

де R_bs=160 МПа для класу міцності 4.8, таблиця 58 [1] (приймається попередньо);

А=3.14 см² – площа болта (таблиця 62 [1]) діаметром 20 мм (діаметр приймається);

γ_b =0,9 – коефіцієнт умов роботи для класу точності “В”, таблиця 35 [1];

n_s = 1 – кількість площин зрізання для одного болта.

З’єднання має більшу несучу здатність на зминання.

Приймаємо 6 болтів класу 4.6, d=20 мм.

При конструюванні болтового з’єднання необхідно виконати такі вимоги – мінімальна відстань вздовж зусилля між отворами 2,5 діаметра, від краю до центра отвору 2 діаметри (діаметри отворів).

Розрахунок зварних швів (Ш1), що кріплять верхній пояс ферми до опорної планки (фланця)

Товщину опорного фланця ферми приймаємо t = 16 мм. Визначимо необхідну довжину зварних швів, які кріплять верхній пояс ферми до опорної планки (фланця). Попередньо приймаємо висоту катета шва мм.

см .

Переріз верхнього поясу ферми прийнятий із труби Гн. 160х120х5 мм із периметром 2(160+120)=560 мм, що значно більше необхідної довжини швів ℓ_w = 149 мм. Міцність зварного з’єднання забезпечена.

Також для зручності монтажу ферми передбачаємо опорний столик, розміри якого приймаємо, виходячи з конструктивних міркувань. Приймаємо столик із металевого листа –150х300х25мм; висота катета зварного шва, що кріпить столик до колони, мм.

4.4.3. Розрахунок і конструювання монтажного стику сталевої ферми

Монтажні стики сталевих ферм із труб та гнутих замкнених профілів конструюють на болтах високої міцності з торцевими фланцями або поздовжніми ребрами (див. рис. 8). Верхній монтажний стик при цьому не розраховують, оскільки він працює на стиск, усі перерізи елементів приймають конструктивно.

Нижній монтажний стик для сталевих ферм із труб і гнутих замкнених профілів розраховують на розтяг. Дане зусилля повністю сприймається болтами високої міцності. Кількість болтів встановлюється парна, щоб забезпечити симетричність з’єднання. Добір перерізу болтів проводять згідно з нормами [1, п. 11.13*] та [8].

Розрахунок міцності болтів фланцевого з’єднання центрально-розтягнутих елементів нижнього поясу виконуємо за формулою

,

де n – кількість болтів у з’єднанні;

K₂ – коефіцієнт, що визначається за табл. 4.3;

R_bh =0,7R_bun– розрахунковий опір розтягу високоміцного болта;

R_bun – найменший тимчасовий опір болтів високої міцності [1, табл. 61*];

A_bn – площа перерізу болта нетто [1, табл. 62*] або за табл. 5.

Табл. 5.

Діаметр болта, мм	Площа перерізу, Abn, см2	Товщина фланця, мм	К2
М20	2,45	t20	0,85
М24	3,52	20  t < 25 t  25	0,8 0,85
М27	4,59	25  t < 30 t  30	0,8 0,85

Приймаємо високоміцні болти діаметром М24 зі сталі 40Х «селект» (ГОСТ 22356-77*) із тимчасовим опором R_bun = 110 кН/см² ; товщину фланців встановлюємо 30 мм.

Розраховуємо необхідну кількість болтів

= .

Приймаємо найближчу більшу парну кількість болтів – 4 шт.

Кількість ребер жорсткості приймаємо 4 шт. Довжину ребер жорсткості визначаємо за формулою

.

Рис. 8. Монтажний стик сталевої ферми із замкнених гнутих профілів