Расчет и конструирование металлической фермы и колонны

колонна и ферма.dwg

Связи по нижним поясам ферм
схемы поперечной рамы
производственного здания
Стальной каркас одноэтажного
Связи по верним поясам ферм
Стальные прогоны из непрофилированных двутавров
Профилированный настил Н57-750-0
Пароизоляция из фольгоизола
Жесткие минераловатные плиты
материала на мастике с грунтовкой основания
Рулонная кровля из двух слоев битумно-полимерного
Схема поперечной рамы
Схема вертикальных связей
Анкерные болты для базы наружной ветви d=64мм
подкрановой ветви d=90мм
Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа (ГОСТ 8050-76) сварочной
Болты нормальной точности М20 класса 5.6 по ГОСТ 7798-70*
Бетон класса С1215 по СНБ 5.03.01-02
из стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73*
Отверстия под болты d=21мм
Материал конструкций по ГОСТ27772-88: колонн С375.
проволокой СВ-08Г2С по ГОСТ 2246-70*
N1: ГОСТ14771-76-Т1- 8
N2: ГОСТ14771-76-C15
N3: ГОСТ14771-76-Т3- 6
N4: ГОСТ14771-76-Т3- 8
N5: ГОСТ14771-76-Т1- 6
N6: ГОСТ14771-76-Т1- 4
N7: ГОСТ14771-76-Т1- 8
Спецификация металла С255
Таблица отправочных марок
Материал конструкций ферм С255 (по ГОСТ27772-88).
Крепление накладок к поясу осуществляем высокопрочными болтами М20.
Газопламенная обработка контактных поверхностей без консервации.
Контроль натяжения болтов по моменту закручивания.
из стали 30Х3МФ по ГОСТ 22356-77*.
схемы: расчетных длин
N1:ГОСТ 14771-76 Т1-УП- 8
N2:ГОСТ 14771-76 Т1-УП- 6
N3:ГОСТ 14771-76 Т1-УП- 5
N4:ГОСТ 14771-76 Т1-УП- 4
N5:ГОСТ 14771-76 -C15

поясняк.doc

5. Расчёт и конструирование ступенчатой колонны.
1.Расчётные усилия в колонне.
По результатам статического расчёта для верхней части колонны из двух расчётных сечений (3-3 и 4-4) выбирается сочетание нагрузок с максимальными абсолютными значениями изгибающего момента и продольной силы . Для нижней части колонны из расчётных сечений (1-1 и 2-2) выбирается два сочетания нагрузок с максимальными абсолютными значениями изгибающего момента и продольной силы при этом одно сочетание – с отрицательным изгибающим моментом (момент догружает подкрановую часть колонны) второе сочетание – с положительным изгибающим моментом (момент догружает наружную ветвь колонны).
Если абсолютное значение больше в одном сочетании а абсолютное значение больше в другом сочетании то для выявления расчётного сочетания рекомендуется определить величину где высота сечения верхней или нижней части колонны. За расчётное следует принять то сочетание в котором будет наибольшим.
Расчётные комбинации усилий в колонне:
Для верхней части колонны в сечении 4-4:
в сечении 3-3 при том же сочетании нагрузок получим:
Для нижней части колонны
(сечение 2–2)(1 3 6);
(сечение 1–1)(1 2 3 5 8);
максимальная поперечная сила
В дальнейших расчётах знаки усилий можно опустить.
2.Расчётные длины колонны.
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определяем по формулам и где .
Коэффициенты и определяются в зависимости от параметров и по таблице 68 [1].
Соотношение погонных жесткостей верхней и нижней частей колонны
где соотношение усилий в нижней и верхней части колонны.
Для однопролётной рамы с жёстким сопряжением ригеля с колонной (верхний конец колонны закреплён только от поворота) по таблице 68 [1] . Принимаем .
Таким образом для нижней части колонны
для верхней части колонны
Расчётные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны равны соответственно:
3.Подбор сечения верхней части колонны.
Верхнюю часть колонны принимаем из сварного двутавра высотой . Из условия устойчивости определяем требуемую площадь сечения. Для симметричного двутавра:
Условная гибкость стержня
где для листового проката толщиной 10 – 20 мм из стали класса С375.
Относительный эксцентриситет .
Примем приближённо тогда коэффициент влияния формы сечения (табл. 73 [1]) . Приведенный относительный эксцентриситет .
По таблице 74 [1] при и коэффициент .
Коэффициент условий работы для колонны .
Предварительно толщину полки принимаем .
Тогда высота стенки .
Определяем требуемую толщину стенки из условия её местной устойчивости при изгибе колонны в плоскости действия момента . Предельная условная гибкость стенки при и (табл. 27* [1]) .
Требуемая толщина стенки .
Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично то стенку назначаем наименьшей толщины исключая из расчета ее неустойчивую часть. При этом из условия местной устойчивости стенки при изгибе из плоскости действия момента приближенно .
Принимаем . Расчетная (редуцированная) высота стенки включающая два участка стенки примыкающих к полкам.
Требуемая площадь и ширина полки
Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ; .
Из условия местной устойчивости полки где
Рис. 5. Сечение колонны.
Вычисляем геометрические характеристики сечения.
Полная площадь сечения .
Расчётная площадь сечения с учётом только устойчивой части стенки равна
Проверяем устойчивость верхней части колонны в плоскости действия момента. Гибкость колонны ; Т.к. почти не отличается от предварительно принятой то расчётную высоту стенки не уточняем.
Так как то коэффициент (табл. 73 [1]) (табл. 74 [1]).
Гибкость колонны в плоскости рамы не превышает допустимой где .
Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента. Гибкость колонны . Коэффициент продольного изгиба (табл. 72 [1]).
Максимальный момент в средней трети расчётной длины стержня
Рис. 6. К определению расчётного момента .
Так как то коэффициент определяем по формуле 57 [1] :
При (табл. 10 [1]) .
Гибкость колонны из плоскости рамы не превышает предельно допустимой где .
Проверяем местную устойчивость полки колонны. Свес полки .
то местная устойчивость полки обеспечена.
Проверяем местную устойчивость стенки при изгибе колонны из плоскости действия момента. Наибольшие сжимающие напряжения на краю стенки:
Напряжения на противоположном краю стенки:
Средние касательные напряжения в стенке:
Коэффициент (с учётом знаков и ).
При наибольшее отношение определяем по формуле
Так как то местная устойчивость обеспечена.
При стенку требуется укреплять поперечными рёбрами жёсткости расположенными на расстоянии но не менее двух ребер в пределах верхней части колонны.
Ширина парных симметричных ребер . Принимаем ширину рёбер bh=80 мм толщина принимаем ts=4 мм.
Принимаем проход в верхней части колонны равным p=400мм. Рассчитаем прочность ослабленного сечения.
(по прил. 5 [2]) cx= 10986
Прочность обеспечена.
4.Подбор сечения нижней части колонны.
Сечение нижней части колонны проектируем сквозным состоящим из двух ветвей соединённых раскосной решёткой с дополнительными стойками. Высота сечения . Принимаем сечение подкрановой ветви из прокатного двутавра сечение наружной ветви – из двух уголков соединённых листом (рис. 7). Раскосы и стойки решётки колонны проектируем из одиночных уголков.
Подкрановую ветвь колонны рассчитываем по усилиям
Наружную ветвь колонны рассчитываем по усилиям
Определим ориентировочное положение центра тяжести колонны. Принимаем .
Усилие в подкрановой ветви
Усилие в наружной ветви
Определяем требуемую площадь ветвей и компонуем их сечение. Для фасонного проката толщиной из стали класса С375 . Предварительно задаёмся .
Для подкрановой ветви
Из условия обеспечения общей устойчивости колонны из плоскости действия момента (из плоскости рамы) высоту сечения нижней части колонны назначают в пределах (120 – 130) НН что соответствует гибкости l = 60 100. При НН =1118 см высота сечения будет от 111820 =559 см до 111830 = 373 см. Назначаем высоту сечения нижней части колонны 492 см.
Принимаем для подкрановой ветви двутавр 50Б1 (ГОСТ 26020-83) площадь сечения АВ1=9298 см2 моменты инерции и радиусы инерции сечения
Сечение наружной ветви принимаем из двух уголков соединённых вертикальным листом (рис. 7). Учитывая условия размещения сварных швов и удобства сварки назначаем лист сечением . Требуемая площадь уголка Принимаем два уголка ГОСТ 8509-93 с площадью сечения 2472 см2.
Площадь сечения наружной ветви .
Расстояние от наружной грани до центра тяжести ветви
Моменты инерции сечения наружной ветви:
Радиусы инерции сечения наружной ветви:
Общая площадь сечения колонны
Расстояние между осями ветвей
Расстояние от центра тяжести сечения до центральных осей ветвей:
Уточняем усилия в стержнях колонны с учётом фактических y1 и у2:
Проверяем устойчивость ветвей колонны из плоскости рамы (относительно оси у-у) при расчётной длине .
Подкрановая ветвь: гибкость ветви коэффициент продольного изгиба ;
Наружная ветвь: гибкость ветви коэффициент продольного изгиба ;
Максимальная гибкость колонны из плоскости рамы не превышает предельно допустимой: где .
Из устойчивости равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решётки:
Угол наклона раскосов к горизонтали принимается в пределах .
Назначаем расстояние между узлами решётки (рис. 5) разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей и приняв высоту траверсы в узле сопряжения верхней и нижней частей колонны что в пределах рекомендуемых значений .
Проверяем устойчивость ветвей колонны в плоскости рамы (относительно осей 1–1 и 2–2) при их расчётной длине равной расстоянию между узлами решётки.
Устойчивость нижней части колонны обеспечена.
В составных стержнях с решётками гибкость отдельных ветвей между узлами должна быть не более 80 что в нашем случае выполняется.
Рассчитываем элементы решётки подкрановой части колонны. Раскосы решётки рассчитываем на большую из поперечных сил: фактическую Qmax=2587кН или условную Qfic = которая может быть определена после проверки устойчивости колонны в целом как единого стержня. Приближённо при Ry=200 МПа Qfic=0.2A при Ry = 440 МПа Qfic=0.6А. Для Ry = 365 МПа Qfic=0475×А=0475·18742=8902 кН.
Усилие сжатия в раскосе
Для сжатых элементов решётки из одиночных уголков прикреплённых к ветви одной полкой коэффициент условий работы .
Задаёмся гибкостью раскоса
Требуемая площадь раскоса
Принимаем уголок ГОСТ 8509–93 Ар = 172 см2
Расчётная дина раскоса lef = lp =20932 см. Гибкость раскоса lmax = lef imin =
=20932 218 = 9602 j = 04331. Напряжение в раскосе
Рис. 7. Конструктивная схема и сечение колонны.
Стойки решётки колонны рассчитываем на условную поперечную силу в наиболее нагруженной ветви колонны:
Конструктивно стойки принимаем из уголков ГОСТ 8509–93 Ас=878см2
Гибкость раскоса lmax = lef imin = 150 148 = 101351 j = 03337. Напряжение в стойке:
Проверяем устойчивость нижней части колонны в плоскости действия момента как единого стержня. Геометрические характеристики всего сечения:
Гибкость колонны в плоскости рамы lx = lх1 iх = 2077 738 = 28144.
Приведенная гибкость:
Условная приведённая гибкость:
Для расчётной комбинации усилий догружающих подкрановую ветвь
(по таблице 75 [1]) ;
Для расчётной комбинации усилий догружающих наружную ветвь
(по таблице 75 [1]);
Условная поперечная сила в нижней части колонны:
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
5.Сопряжение надкрановой и подкрановой частей колонны.
Прикрепление верхней части колонны к нижней проектируем при помощи траверсы. Высота траверсы предварительно принята . Для обеспечения общей жёсткости узла ставим рёбра жёсткости и горизонтальные пояса. Вертикальные рёбра назначаем толщиной равной толщине полки надкрановой части колонны. Ширину рёбер принимаем 155 мм с общей шириной равной ширине полки надкрановой части колонны. Нижний пояс назначаем сечением . Верхний пояс располагаем ниже на 200 мм от верха траверсы и назначаем из двух листов сечением . Принимаем толщину плиты на уступе . Конструкция узла сопряжения верхней и нижней частей колонны показана на рис. 8.
Расчётные комбинации усилий в сечении 3–3 над уступом:
Расчётное давление кранов
Стыковые сварные швы №1 проверяем на прочность по нормальным напряжениям. Контроль качества стыковых швов принимаем физическим методом. В этом случае расчётное сопротивление швов .
Напряжения во внутренней полке надкрановой части колонны определяем для первой комбинации усилий
Напряжения в наружной полке для второй комбинации усилий
Толщину стенки траверсы и вертикального ребра подкрановой ветви определяем из условия смятия от воздействия
ширина опорного ребра подкрановой балки;
Рис. 8. Конструкция узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.
Проверяем прочность сварных швов №2 которые передают с внутренней полки колонны на траверсу усилие
Сварку выполняем механизированным способом (полуавтоматом) в лодочку сварной проволокой марки Св-08Г2С диаметром 1.42 мм. Вертикальные рёбра траверсы привариваем швами катетом .
Расчёт прочности шва проводим по металлу сварного шва так как
Расчётная длина фланговых швов должна быть не более
Для расчёта сварных швов №3 прикрепляющих траверсу к подкрановой ветви колонны составляем комбинацию усилий дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией является сочетание 1 2 3 6(-) 7 включающее загружение 3 силой:
где k = 1.2 – учитывает неравномерную передачу усилия ;
y = 0.9 – коэффициент сочетания учитывающий что усилия M и N приняты для второго основного сочетания.
Принимаем катет шва .
Прочность швов прикрепляющих вертикальное ребро к стенке подкрановой ветви обеспечивается при так как
Стенку подкрановой ветви колонны проверяем на срез по усилию вычисленному для сочетания 1 2 3 6(-) 7 при полной передаче усилия
Для двутавра 50Б1 толщина стенки . Расчётная высота среза равная высоте стенки траверсы где толщина нижнего пояса траверсы.
Траверса работает как балка пролётом загруженная усилиями M и N в сечении 3-3 надкрановой части колонны над траверсой. Определяющей является та комбинация M и N которой соответствует наибольшая реакция на правой опоре .
Для первого сочетания усилий
Для второго сочетания усилий
Изгибающий момент у грани внутренней полки верхней части колонны
Геометрические характеристики сечения траверсы:
Положение центра тяжести
Напряжения в верхних волокнах траверсы от изгибающего момента
Расчётная поперечная сила в траверсе с учётом части опорного давления подкрановых балок при сочетании 1 2 3 6(-) 7 . Проверяем стенку траверсы на срез
Ширина нижней части колонны превышает 1м поэтому проектируем базу раздельного типа. Конструкция базы колонны показана на рис. 9. Базу каждой ветви колонны конструируем и рассчитываем как базу центрально сжатой колонны. Для исключения дополнительных моментов центр тяжести плиты совмещаем с центром тяжести ветвей. Базу под каждую ветвь рассчитываем на отдельную комбинацию усилий M и N которая даёт наибольшее сжимающее усилие в ветви в нижнем сечении колонны.
Расчётные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 1–1):
) – для подкрановой ветви (1 3 5 7);
) – для наружной ветви (1 2 3 5 8).
Расчетные усилия в ветвях колонны:
Принимаем фундамент из бетона класса .
fck=12 МПа — нормативное сопротивление бетона осевому сжатию ([5] табл.6.1);
gс=15 — частный коэффициент безопасности бетона ([5] стр. 22 п.6.1.2.11);
— расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;
a=10 — коэффициент учитывающий длительное действие нагрузки ([5] п.6.1.5.4);
wu — коэффициент учитывающий повышение прочности бетона при смятии;
Расчетное сопротивление бетона на местное сжатие:
База наружной ветви:
Требуемая площадь плиты из условия прочности бетона под плитой
По конструктивным соображениям свес плиты принимаем не менее 4 см. Тогда ширина плиты .
Длина плиты . Принимаем .
Фактическая площадь плиты .
Среднее напряжение в бетоне под плитой
Принимаем толщину траверсы .
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету :
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты.
Участок 1. Защемленный консольный свес с вылетом
Участок 2. Для плиты опертой на три канта при отношении сторон участка изгибающий момент равен:
где – коэффициент для расчёта на изгиб прямоугольных пластинок опёртых на три канта равный 00266(табл. 2.15[ ]).
Участок 3. Плита опертая на четыре стороны при отношении сторон участка рассматривается как шарнирно опертая балочная пластинка с пролётным моментом:
Участок 4. Плита опертая на четыре стороны имеет меньшие размеры сторон и ее пролетный момент не является расчетным.
Принимаем для расчета: .
Требуемая толщина плиты:
где для стали С375 толщиной 21..40 мм для опорных плит толщиной до 40 мм из стали с . Принимаем .
Высота траверсы определяется прочностью сварных швов прикрепляющих траверсу к стержню колонны и прочностью самой траверсы работающей как балка на двух опорах.
Ширина грузовой площади с которой собирается реактивное давление фундамента на одну траверсу (рис. 9):
Нагрузка на более нагруженную внутреннюю траверсу
Рис. 9. Конструкция базы колонны.
Сварные швы прикрепляющие траверсы к ветви колонны выполняем механизированной сваркой проволокой СВ-08Г2С. Расчет швов проводим по металлу сварного шва. Катет швов принимаем .
Требуемая длина сварных швов:
Принимаем высоту траверс .
Интенсивность погонной нагрузки на траверсу :
Определяем в траверсе усилия Q и M:
Момент сопротивления траверсы:
Проверка траверсы на срез:
Проверка траверсы на прочность по нормальным напряжениям:
Рис. 10. Грузовая площадь расчётная схема и эпюры усилий для расчёта усилий для расчёта траверсы базы колонны
Проверка траверсы на прочность по приведенным напряжениям в опорном сечении при
Расчетная комбинация усилий в нижнем сечении колонны для расчета анкерных болтов:
Усилие в анкерных болтах:
Анкерные болты проектируем из марки стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73* с расчётным сопротивлением растяжению . Требуемая площадь болтов . Принимаем 2 болта &=24 мм с Аbn=648 см2.
В связи с большим усилием крепление анкерных болтов осуществляем к анкерной балочке из двух швеллеров. Анкерную балочку с пролетом рассматриваем свободно лежащей на траверсах и нагруженной силой от анкерного болта.
Усилие одного болта:
Требуемый момент сопротивления:
Принимаем сечение балочки из двух швеллеров №5 c W=91 см3.
База подкрановой ветви:
Требуемая площадь плиты .
Ширину плиты принимаем такой же как и в базе наружной ветви тогда консольный свес плиты .
Фактическая площадь плиты: .
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
Консольный свес плиты .
Участок 2. Консольный свес с вылетом не является расчетным.
Участок 3. Плита опертая на четыре стороны при отношении сторон участка рассматривается как шарнирно опертая балочная пластинка с пролётным моментом ;
Принимаем для расчета .
Требуемая толщина плиты .
Принимаем такой же как и в базе наружной ветви.
Нагрузка на траверсу:
Так как нагрузка на траверсу базы подкрановой ветви меньше нагрузки на траверсу базы наружной ветви то высоту траверсы принимаем такой же как и в базе наружной ветви . В этом случае прочность заведомо обеспечена.
Расчетная комбинация усилий в нижнем сечении колонны для расчета анкерных болтов .
Усилие в анкерных болтах:
Анкерные болты проектируем из марки стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73* с расчётным сопротивлением растяжению . Требуемая площадь болтов . Принимаем 2 болта &=72 мм с Аbn=646 см2.
Усилие одного болта .
Требуемый момент сопротивления .
Принимаем сечение балочки из двух швеллеров №12 c W=50.6 см3.
Расчет и конструирование стропильной фермы.
Проектируем ферму с параллельными поясами и уклоном . Пролет фермы шаг ферм . Высота фермы по обушкам уголков . Привязка опорного узла фермы к разбивочной оси колонны . Высота фермы в осях предварительно принята . Данная высота и геометрические длины элементов фермы уточнены после подбора сечений стержней фермы. Материал фермы – сталь С255. Пояса и решетка приняты таврового сечения из парных уголков.
Расчетные усилия в стержнях фермы получены при статическом расчете рамы и приведены в распечатке с ЭВМ. Узловая постоянная нагрузка на ферму узловая снеговая нагрузка – .
Разработана схема связей по верхним и нижним поясам ферм покрытия которая приведена на рис. 11. Распорки в плоскости верхних поясов установлены из условия обеспечения предельной гибкости верхних поясов ферм из их плоскости в стадии монтажа. Проверка указанного условия приводится после подбора сечения поясов фермы.
Схема фермы с нумерацией узлов и стержней и геометрические длины стержней приведены на рис. 12.
Рис. 11. Схема связей по покрытию
Рис. 12. Геометрическая схема фермы.
2. Расчетные длины стержней фермы.
Расчетные длины стержней в плоскости фермы и из плоскости фермы где - геометрическая длина стержня равная расстоянию между центрами узлов (рис. 12) примыкающих к данному стержню.
Коэффициенты расчетной длины принимают значения:
– для верхнего пояса так как точками верхнего пояса закрепленными от смещения из плоскости фермы являются узлы опирания железобетонных плит покрытия;
– для опорного раскоса ;
– для промежуточных элементов решетки ;
– для нижнего пояса расчетная длина определяется расстоянием между узлами закрепленными от смещения из плоскости фермы (рис. 11).
Расчетные длины стержней приведены в табл. 4.
3. Подбор сечений стержней фермы.
Для фасонного проката из стали С255 Ry=250 МПа при толщине проката 4 10 мм Ry=240 МПа при толщине проката 11 20 мм. По усилию в опорном раскосе N7=336.38 кН принял толщину фасонок tf=10 мм (таблица 2.13 [ ]).
Стержни в которых усилия отсутствуют проектирую из одного уголка. В рассчитываемой ферме исключение составляет центральная стойка у которой сечение принял крестовым из двух равнополочных уголков. Эти стержни подбираются по предельной гибкости λu=200.
Рассмотрим стержень 15. Расчёт выполняю по минимальному радиусу инерции относительно оси у0. Расчётная длина l0=189.7 см. Требуемый радиус инерции:
iy0=l0 λu=189.7200=0.9485 см.
По сортаменту подбираем сечение из равнополочного уголка 56x5 ГОСТ 8509-93: А=541 см2 iy0=11 см.
Рассмотрим стержень 14. Расчёт выполняю по минимальному радиусу инерции относительно оси у0. Расчётная длина l0=289 см. Требуемый радиус инерции:
iy0=l0 λu=289200=1.445 см.
По сортаменту подбираем сечение из равнополочного уголка 80x6 ГОСТ 8509-93: А=938 см2 iy0=158 см.
Нижний пояс фермы принят из одних и тех же уголков по всей длине но так как его длина превышает предельную длину уголкового проката (≤12 м) то в стержне 4 следует предусмотреть соединение этих уголков встык без накладок заводской сваркой. Поскольку в этом стержне максимальное усилие сжимающее то сварное соединение будет равнопрочно основному металлу.
Проверяем гибкость верхнего пояса фермы из ее плоскости на стадии монтажа. На участке между узлами 6 и 11 закрепленными от смещения распорками расчетная длина пояса составляет ly=900 см средний радиус инерции iy.ср=(4876·30+5486·60)90=528 см.
4. Расчет и конструирование узлов фермы.
Предварительно выполняем расчет сварных швов прикрепляющих раскосы и стойки решетки к фасонкам фермы. Для сварки узлов принимаем механизированную сварку в нижнем положении проволокой Св-08Г2С диаметром в углекислом газе.
Коэффициенты глубины проплавления . Расчетные сопротивления металла шва и зоны сплавления . Коэффициенты условий работы шва .
Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления т.к. .
Прикреплять элементы решетки из уголков к фасонкам рекомендуется двумя фланговыми швами. Значения коэффициентов учитывающих распределение усилия в элементе между швами по обушку и перу уголка принимаются по таблице 5.
Таблица 5. Распределение усилий между швами по обушку и перу уголков.
Требуемые расчетные длины швов:
– по обушку – по перу
Таблица 6. Расчет сварных швов.
Конструирование узлов фермы выполняем путем вычерчивания их в масштабе. По полученным длинам швов крепления раскосов и стоек определяем размеры фасонки. Стержни решетки не доводим до поясов на расстояние но не более 80мм. принимаем а=40 мм.
Конструктивно принимаем ширину опорного фланца мм (из условия размещения болтов для крепления фермы к колонне).
Тогда требуемая толщина фланца из условия смятия.
- опорная реакция фермы.
Принимаем толщину фланца t=10 мм. Выпускаем фланец за пределы фасонки на 10 мм. 1.5tf=15 мм. Крепление нижнего пояса к фасонке выполняем швами .
Требуемая конструктивная длина швов:
Конструируем узел принимаем конфигурацию фасонок с минимальным числом резов. Фактическая длина швов будет больше чем нужно по расчету.
Длина шва крепления фасонки к фланцу определяется конструкцией узла и составляет h=44 см. Проверяем опорную фасонку на срез.
Сварные швы прикрепляющие фасонку проверяем на срез от опорной реакции и силы . Эксцентриситет .
Расчетная длина швов
Прочность металла по границе сплавления проверяем в наиболее напряженной точке А на действие результирующих напряжений:
– определено при сочетании загружений рамы (12468).
Опорный столик принимаем из листа толщиной 25 мм. шириной 240 мм. Его высота определяется длиной вертикальных швов (Кf=6 мм.) прикрепляющих столик к колонне.
где коэффициент 12 учитывает возможный эксцентриситет передачи нагрузки на столик.
Требуемая высота столика см. Принимаем h=16 см.
В узле 1 отрыв фланца от колонны не возможен так как при максимальном растяжении в стержне 4 (N4=1858 кН сочетание 17) усилие в опорном раскосе
N7 = -17741+932=-16809 кН
Nр=N4+N7cosα = 1858 - 16809250385= - 90.6 кН
Принимаем конструктивно болты М20 в количестве 6 штук.
Рис. 13. Узел фермы 1.
Принимаем катет швов прикрепляющий верхний пояс к фасонке . Требуемые конструктивные длины швов:
Для крепления верхнего пояса фермы к колонне принимаем болты нормальной точности из стали класса 5.6 с расчетным сопротивлением на растяжение . Из условия прочности болтов суммарная их площадь
Принимаем 4 болта М24 с
Ширину фланца принимаем такой же как и в узле 1 — 200 мм. Расстояние между болтами из условия их размещения назначаем b=100 мм конструктивно высота фланца а=260 мм.
Усилие N1 стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб. Момент определяется как в защемленной балке пролетом b=10 см.
Напряжение во фланце откуда требуемая толщина фланца . Принимаем
Катет швов прикрепляющих фланец к фасонке
Рис. 14. Узел фермы 2.
Швы крепления пояса к фасонке рассчитываем на совместное действие продольных усилий в смежных панелях пояса N1 и N2 и узловой нагрузки F.
Рассмотрим сочетание загружений рамы дающие максимальные усилия в этих панелях:
– сочетание 12468 —N1=2809 кН при этом же сочетании
N2= -13193-9953+3851+2041+206= -15194 кН
Разница усилий N1-N2 =2809-(-15194)=43284 кН.
– сочетание 12367 —N2= -27975 кН
N1= 9413+7101-2078-2884-349= 8062 кН
Разница усилий N1-N2=8062-(-27975)=36037 кН
Расчетным является сочетание (12468) где N1-N2 =43284 кН
По полученным при конструировании узла фасонки длина швов крепления пояса составляет l=45 см. Принимаем
Расчетная длина швов .
Поэтому в расчет включаем lw=3825 см.
Напряжение в наиболее нагруженных швах по обушкам
Дополнительные напряжения в узловых нагрузках F
где — суммарная протяженность участков швов передающих силу F.
l1=20 см — ширина опирания плит.
l2=l1+2bуг=20+211=42 см.
Результирующее напряжение:
Рис. 15. Узел фермы 4.
Длина швов крепления пояса к фасонке составляет по обушку 20 см по перу 14 см. Принимаем .
Их прочность не проверяем так как эти швы передают то же усилие что и швы крепления стойки 12 к фасонке длина которых меньше.
Рис. 16. Узел фермы 6.
Длина сварных швов крепления пояса к фасонке . Принимаем . Расчетная длина швов в расчет включаем .
Сварные швы крепления пояса рассчитываем на совместное действие усилий .
Расчетное сочетание 12 46(-)8
Расчетное сочетание 12
Расчетное сочетание 17
Расчётным является первое сочетание (12468) где .
Напряжения в наиболее загруженных швах по обушкам уголков:
Рис. 17. Узел фермы 7.
В этом узле меняется сечение верхнего пояса. Ввиду различной толщины уголков перекрываем их листовыми накладками и стык смещаем на 300 мм в сторону панели с меньшим усилием . Ширину каждой накладки назначаем исходя ширины полки поясного уголка 125 мм зазор между кромкой накладки и фасонкой 40 мм свес накладки 15 мм: .
Площадь сечения накладки должна быть не меньше площади сечения выступающей полки меньшего уголка. Из этого условия находим толщину накладок принимаем .
Проверяем прочность ослабленного сечения по линии а-а:
где сумма площадей сечений накладок;
ширина прикрепляемой к фасонке полки уголка.
Длину швов прикрепляющих накладку к верхним поясам рассчитываем на усилие в накладке
Принимаем тогда их требуемая расчетная длина:
Конструктивная длина .
Расчетным усилием для швов прикрепляющих левые уголки пояса к фасонке является большее из :
Требуемая конструктивная длина сварного шва со стороны обушка уголков при :
со стороны пера при
Для швов прикрепляющих правые уголки:
где — вычислено при том же сочетании загружений (12367) что и усилие .
Расчетная длина швов поэтому в расчет включаем .
Напряжения в наиболее нагруженных швах по обушкам
Дополнительные напряжения от узловой нагрузки F:
Результирующее напряжение:
Рис. 18. Узел фермы 8.
Сварные швы крепления пояса рассчитываем на совместное действие усилий разность которых имеет максимальное значение при сочетании загружений 12468:
Расчётным является первое соч0етание (12468) где .
Рис. 19. Узел фермы 10.
Усилие в стыке передается через накладки прикрепленные к полкам. Размеры сечения накладок подбираем из условия их равнопрочности с перекрываемыми полками уголков пояса (125х9). Принимаем сечение горизонтальных и вертикальных накладок в этом случае площади сечений накладок будут не менее площади полок уголков пояса.
Прочность стыка проверяем по усилию:
где - определено при том же сочетании (12) что и усилие N3.
Площадь сечения стыка определяем с учетом ослабления поперечного сечения каждой накладки одним отверстием диаметром тогда площадь нетто горизонтальной и вертикальной накладок:
Средние напряжения в накладках
Крепление накладок к поясу осуществляем высокопрочными болтами М20 () из стали 40Х «селект» с (табл. 61 [1]). Расчетное сопротивление болтов растяжению . Для газопламенной обработки контактных поверхностей без консервации и контроля натяжения болтов по моменту закручивания по таблице 36* [1] принимаем коэффициент трения коэффициент надежности . Коэффициент условий работы при количестве болтов в стыке с одной стороны . Тогда несущая способность одной плоскости трения одного высокопрочного болта: .
Требуемое число высокопрочных болтов определяем по предельному усилию воспринимаемому накладкой:
Для прикрепления одной горизонтальной накладки при одной плоскости трения число болтов по одну сторону от оси стыка:
Для прикрепления вертикальных накладок при
Ширина полки уголка позволяет принять шахматное расположение болтов. Чтобы исключить возможность разрушения накладки “по зигзагу” с ослаблением двумя отверстиями шаг болтов назначаем не менее где - расстояние между рядами болтов поперек усилия.
Так как площадь ослабленного сечения накладки
где — расчетная площадь сечения;
— количество болтов в рассматриваемом сечении;
— общее число болтов на накладке по одну сторону от оси стыка.
Сварные швы крепления фасонки к поясу принимаем конструктивно минимальной толщины
Рис. 20. Узел фермы 11.
Сечение накладок принимаем .
Площадь сечения одной накладки с учётом ослабления одним отверстием:
Принимаем такие же болты как и в узле 11. Усилие воспринимаемое накладкой:
Требуемое число высокопрочных болтов для прикрепления одной горизонтальной накладки по одну сторону от оси стыка:
- принимаем 3 болта.
Для прикрепления вертикальных накладок в узле требуется такое же количество болтов.
Болты располагаем в один ряд. Необходима проверка прочности ослабленног сечения так как .
Рис. 21. Узел фермы 12.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1990.-96с.
Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Металлические конструкции» «Стальной каркас одноэтажного производственного здания» Брест: БПИ 2000г.-36с
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия Госстрой СССР- М.: ЦИТП Госстроя СССР 1982г.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов Е.И. Беленя т др. –М.: Стройиздат 1985г.-560с.
Расчет стальных конструкций: Справочное пособие Я.М. Лихтарников Д.В. Ладыженский В.М. Клыков –К.: Будiвельник 1984г.-386с.