Расчет стропильной фермы. Узлы

12. Расчет стропильной фермы. Узлы

Для соединения элементов опорного и промежуточных узлов принимаем полуавтоматическую сварку сварочной проволокой СВ-08А диаметром d=2 мм, для укрупнительного узла – ручную сварку электродом Э42. Сталь опорного столика, фасонок, накладок и фланцев – С255, сталь уголков – С245. Расчёт сварных швов выполним в табличной форме (табл. 12.1)

Действующее в элементе усилие распределяется между швами по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня:

N_об = α_об N; N_п = α_п N ,

где b – ширина полки уголка; z_о – расстояние от центра тяжести уголка до его обушка.

Для равнополочных уголков принимаем α_об = 0,7 и α_п = 0,3

Длины сварных швов, прикрепляющих уголки к фасонкам, определяем по формулам (расчет по металлу шва):

на обушке

l_w^об =  ;

на пере

l_w^п =  ,

где n – количество уголков (швов); β_f – коэффициент проплавления по металлу шва /2, табл. 34/; k_f – катет сварного шва; R_wf – расчетное сопротивление углового шва по металлу шва 2, табл. 56/; γ_wf – коэффициент условий работы сварного шва 2, п.11.2*/; 1 … 2 см – дается на непровар.

Минимальное значение катета шва k_f ^min принимается по /2, табл. 38/, максимальное значение катета шва по обушку уголка k_f ^max = 1,2 · t , где t – наименьшая из толщин полки уголка или фасонки; по перу уголка k_f ^max назначают не больше толщины фасонки и в соответствии со следующими требованиями:

k_f ^max = t – 1 мм при t ≤ 6 мм,

k_f ^max = t – 2 мм при t ≤ 7 - 16 мм,

k_f ^max = t – 4 мм при t > 16 мм,

где t – толщина полки уголка.

Таблица 12.1 Результаты расчета сварных швов

Узел	Номер стержня	Сечение	Расчетное усилие N, кН	Шов по обушку			Шов по перу
				Nоб, кН	kf, мм	lw, см	Nп, кН	kf, мм	lw, см
1	1	2∟90х9	450,15	315,11	7	15	135,04	6	8
	18	2∟125х10	-652,92	-457,04	8	19	-195,88	6	11
2	1	2∟90х9	450,15	315,11	7	15	135,04	6	8
	2	2∟125х9	965,19	675,63	7	30	289,56	6	16
	14	2∟70х6	-135,18	-94,63	6	6	-40,55	6	4
	19	2∟70х8	466,37	326,46	6	18	139,91	6	8
	20	2∟100х8	-279,82	-195,87	6	11	-83,94	6	6
3	2	2∟125х9	965,19	675,63	7	30	289,56	6	16
	15	2∟70х6	-135,18	-94,63	6	6	-40,55	6	4
	21	2∟70х8	172,77	120,94	6	8	51,83	6	4
6	5	2∟110х8	0	0	6	6	0	6	6
	26	2∟70х6	0	0	6		0	6
7	5	2∟110х8	0	0	6	6	0	6	6
	6	2∟125х14	-771,88	-540,32	8	22	-231,56	6	13
	18	2∟125х10	-652,92	-457,04	8	19	-195,88	6	11
	19	2∟70х8	466,37	326,46	6	18	139,91	6	8
8	6-7	2∟125х14	-771,88	-540,32	8	22	-231,56	6	13
	14	2∟70х6	-135,18	-94,63	6	6	-40,55	6	4
9	7	2∟125х14	-771,88	-540,32	8	22	-231,56	6	13
	8	2∟125х14	-1030,07	-721,05	8	28	-309,02	6	17
	20	2∟100х8	-279,82	-195,87	6	11	-83,94	6	6
	21	2∟70х8	172,77	120,94	6	8	51,83	6	4
10	8	2∟125х14	-1030,07	-721,05	8	22	-309,02	6	17
	15	2∟70х6	-135,18	-94,63	6	6	-40,55	6	4

Рис. 12.1 Нумерация узлов и элементов для отправочного элемента

Расчет нижнего опорного узла

По требуемым длинам сварных швов (табл.12.1) для крепления уголков к фасонке определяем габариты фасонки.

Для крепления опорного столика к колонне используем полуавтоматическую сварку сварочной проволокой СВ-08А диаметром d=2 мм в среде углекислого газа. Толщину опорного столика принимаем t_ст=40 мм.

По табл. 38* СНиП II-23-81* назначаем катет шва

По табл. 56 СНиП II-23-81*:

где – нормативное сопротивление стали опорного столика по временному сопротивлению, по табл. 51 СНиП II-23-81* для стали С255 при толщине листового проката свыше 20 до 40 мм

По табл. 34* СНиП II-23-81*:

расчет ведем по металлу шва.

Требуемая высота опорного столика из условия прочности сварного шва на срез:

где  – опорная реакция фермы, принимаем равной нормальному усилию N в сечении 1-1 колонны (табл. 6.2).

В соответствии с ГОСТ 82-70* назначаем:

Принимаем ширину опорного столика

Принимаем опорный фланец шириной  и толщиной

Проверяем напряжение смятия торца фланца от опорной реакции:

прочность обеспечена;

здесь  – расчетное сопротивление стали фланца смятию, принимается равным расчетному сопротивлению стали фланца по временному сопротивлению, по табл. 51 СНиП II-23-81* для стали С255 при толщине листового проката свыше 10 до 20 мм

Выполним проверку сварного шва, прикрепляющего фасонку к опорному фланцу на срез от опорной реакции . По принятым габаритам фасонки принимаем длину шва

Используем полуавтоматическую сварку сварочной проволокой СВ-08А диаметром d=2 мм в среде углекислого газа.

По табл. 38* СНиП II-23-81* назначаем катет шва

По табл. 56 СНиП II-23-81*:

где – нормативное сопротивление стали фасонки по временному сопротивлению, по табл. 51 СНиП II-23-81* для стали С255 при толщине листового проката свыше 10 до 20 мм

По табл. 34* СНиП II-23-81*:

расчет ведем по металлу шва.

Напряжение в шве:

прочность шва обеспечена.

Проверяем опорное сечение фасонки на срез:

прочность обеспечена;

здесь

 – расчетное сопротивление стали фасонки срезу, где по табл. 51 СНиП II-23-81* для стали С255 при толщине листового проката свыше 10 до 20 мм

Для крепления опорного фланца к колонне принимаем 8 болтов нормальной точности М20 класса прочности 5.6, диаметр отверстий под болты d_отв=23 мм.

Расчет верхнего опорного узла

По требуемым длинам сварных швов (табл.12.1) для крепления уголков к фасонке определяем габариты фасонки.

Толщину и ширину фланца принимаем такими же, как в нижнем опорном узле.

Для крепления фланца к колонне принимаем 6 болтов нормальной точности М20 класса прочности 5.6, диаметр отверстий под болты d_отв=23 мм.

Рис. 12.2 Примыкание фермы к колонне

Определяем усилие, действующее в стыке:

.

Ширина накладки

.

Тогда толщина накладки

.

Принимаем толщину накладки

 (не меньше толщины фасонки).

Максимальное сжимающее напряжение:

,

Прочность обеспечена.

Монтажный стык двух отправочных элементов фермы выполняется с помощью ручной сварки электродом Э50.

Так как

то расчет ведем по металлу шва.

Вертикальные накладки соединяем 4 болтами М20 класса прочности 5.6, диаметры отверстий . Расстояния от центров отверстий до краев накладки вдоль усилия принимаем минимальными

(),

расстояния между центрами болтов: вдоль усилия - минимальными

();

поперек усилия – максимальными

().

Получаем накладку длиной .

Требуемый катет угловых швов для присоединения вертикальных накладок к фасонке:

.

Принимаем катет шва .

Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясам, рассчитываем на усилие в накладке:

.

Требуемая длина швов прикрепления накладки к полкам поясных уголков:

.

Принимаем два шва по  и два шва по .

Определяем длину швов прикрепления уголка верхнего пояса к фасонке. Сварка полуавтоматическая в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С.

Так как

,

то расчет ведем по металлу шва.

Расчетное усилие определяется как максимальное из двух усилий:

;

.

Расчет ведем по .

.

Принимаем .

Рис. 12.3 Монтажный узел верхнего пояса

Расчёт нижнего монтажного узла

Определяем усилие, действующее в стыке:

.

Ширина накладки .

Тогда толщина накладки .

Принимаем толщину накладки .

Проверяем прочность узла нижнего пояса фермы: нормальная сила в сечении 1-1:

.

Максимальное растягивающее напряжение:

.

Прочность обеспечена.

Монтажный стык двух отправочных элементов фермы выполняется с помощью ручной сварки электродом Э50, катет шва . Вертикальные накладки принимаем аналогично верхнему монтажному узлу: соединяем 4 болтами М20 класса прочности 5.6, диаметры отверстий . Расстояния от центров отверстий до краев накладки вдоль усилия принимаем минимальными (), расстояния между центрами болтов: вдоль усилия - минимальными (); поперек усилия – максимальными (). Принимаем накладку длиной .

Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясам, рассчитываем на усилие в накладке:

.

Требуемая длина швов прикрепления накладки к полкам поясных уголков:

.

Принимаем два шва по  и два шва по .

Определяем длину швов прикрепления уголка нижнего пояса к фасонке. Сварка полуавтоматическая в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С.

Так как , то расчет ведем по металлу шва.

Расчетное усилие определяется как максимальное из двух усилий:

;

.

Расчет ведем по .

Длина швов

;

.

Принимаем  исходя из габаритов фасонки.

Расчет узла с изменением сечения верхнего пояса (узел 7)

По требуемым длинам сварных швов (табл. 12.1) для крепления уголков к фасонке определяем габариты фасонки.

Размеры накладок принимаем конструктивно толщиной  и шириной b=130 мм.

Швы крепления накладок к поясам принимаем:  с катетом шва .

Расчет узла с изменением сечения нижнего пояса (узел 2)

По требуемым длинам сварных швов (табл. 12.1) для крепления уголков к фасонке определяем габариты фасонки.

Усилие, действующее в стыке:

Требуемая площадь стыковых накладок:

где – расчетное сопротивление стали накладок по пределу текучести, принимаемое по [1, табл. 51] для стали С255 при толщине листового проката свыше 10 до 20 мм.

Ширину каждой накладки принимаем b=120 мм.

Требуемая толщина накладок:

Принимаем толщину накладок . Определим геометрические характеристики ослабленного сечения

Положение центра тяжести:

где  - статический момент всего сечения относительно оси 0-0;

А - площадь всего сечения.

Момент инерции всего сечения:

Момент сопротивления нижней части сечения:

где а - расстояние от центра тяжести сечения до его крайней нижней точки.

Эксцентриситет приложения силы:

Проверим прочность ослабленного сечения:

прочность обеспечена.

Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясу, рассчитаем на усилие в накладке:

Используем полуавтоматическую сварку сварочной проволокой

СВ-08Г2С диаметром d=2 мм в среде углекислого газа.

расчет ведем по металлу шва.

Требуемая длина шва крепления накладки к поясу:

Принимаем

Рис. 12.5 Узел с изменением сечения нижнего пояса фермы

Список литературы

1. СниП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. – М.:ГУПЦПП, 2000. – 96 с.

2. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / под общ. ред. Е.И. Беленя. 6-е изд., перераб. и доп.– М.: Стройиздат, 1991.–431 с.

3. Статический расчет металлического каркаса одноэтажного производственного здания: учеб. пособие к курсовому и дипломному проектированию / И.И. Зуева, Б.И. Десятов. – Пермь: изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 136 с.:ил.

4. Проектирование и расчет стальных ступенчатых колонн: учеб. пособие / Л.П. Абашева, М.Н. Кочепанова. – Пермь: изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 76 с.

5. Проектирование и расчет стальных ферм покрытий из парных уголков: метод. Указания / Л.П. Абашева, И.И. Зуева; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2008. – 46 с.