Расчёт промежуточных узлов верхнего пояса

В узлах ставим сварные вкладыши, предназначенные для передачи усилий и крепления раскосов.

Площадь поверхностей плит вкладыша, соприкасающихся с торцами блоков верхнего пояса:

Толщина плит вкладыша:

Проверка торцов блоков верхнего пояса на сжатие и смятие.

Рисунок 32. Сварной вкладыш промежуточного узла верхнего пояса

Проверка прочности на изгиб плиты вкладыша. Рассматриваем полосу плиты вкладыша шириной 1 см как однопролётную балку с

Расчёт узлового болта в узлах В и Г.

Узловой болт рассчитываем на изгиб от равнодействующей усилий в раскосах.

Расчётное усилие в раскосе ЖВ:

Расчётное усилие в раскосе ЗВ:

Равнодействующая усилий:

α – угол между раскосами;

Изгибающий момент в узловом болте:

Принимаем диаметр болта

Проверка прочности на растяжение стальных пластин-наконечников, ослабленных узловым болтом.

Расчёт промежуточных узлов нижнего пояса

В промежуточных узлах нижнего пояса швеллеры соединяются вертикальными и горизонтальными парными накладками. Размеры боковых накладок составляют 10×120×350 мм, а верхней и нижней накладок - 10×70×350 мм. Разрыв между торцами швеллеров равен 50 мм. Накладки привариваются угловыми швами толщиной

Расчёт узлового болта в узлах Ж и И. Узловой болт рассчитываем на изгиб от равнодействующей усилий в раскосах.

Расчётное усилие в раскосе ЖВ:

Расчётное усилие в раскосе БЖ:

Равнодействующая усилий:

α – угол между раскосами;

Изгибающий момент в узловом болте:

Принимаем диаметр болта

Определение интервалов между планками, соединяющими между собой швеллеры нижнего пояса.

Принимаем, что по длине панели расположены 5 планок.

Расчёт сварных соединений ферм осуществляется согласно указаниям СНиП II-23-81 «Стальные конструкции».

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРЕУГОЛЬНОЙ ФЕРМА НА ЛОБОВЫХ ВРУБКАХ

Спроектировать фермы покрытия промышленного здания.

Ветровой район I.Снеговой район I.

Пролет фермы L=18 м, шаг В=6,1 м.

Температурно-влажностные условия эксплуатации по группе БI. Кровля клеефанерные плиты покрытия, состоящие из досок древесины сосны II сорта, обшивки – из плоских листов фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ. В качестве утеплителя принимаем теплоизоляционные плиты ФРП. Утеплитель подвесного перекрытия - полужесткие минераловатные плиты γ=150 кг/м³ (ГОСТ 10140-80).

Материал конструкций: сосновые брусья (ГОСТ 24454-80) влажностью до 20 %, сталь класса С 38/23 ВСт3 пс6 (ГОСТ 380-71).

Класс ответственности здания I.

1. Определение геометрических размеров фермы:

Высота фермы:

;

.

Уклон кровли:

.

Длина панели по нижнему поясу:

;

(см. рис.33.).

Рисунок 33. Геометрические размеры фермы

Подсчет нагрузок, действующих на ферму

Таблица 11 - Нагрузки на покрытие

Вид нагрузки	Коэффициент надежности по нагрузке	Нагрузки
Единичные, кгс/м²	На 1м фермы, кгс/м
Норма-тивная	Расчет-ная	Норма-тивная	Расчет-ная
Постоянная нагрузка: 1. от крыши
утепленная клеефанерная плита	-	44,00	50,69	268,4	309,21
2. от перекрытия
минераловатные полужесткие плиты	1,3		19,5	91,5	118,95
сухая штукатурка δ=10мм	1,1		8,8	48,8	53,68
прогон и распределительные бруски	1,1		4,4	24,4	26,84
Временная нагрузка:
временная нагрузка на перекрытии	1,3				555,1
снеговая нагрузка т.к. п. 5.7. СНиП [2.01.07-85]; п. 5.1. СНиП [2.01.07-85]; где п. 5.2. СНиП [2.01.07-85]; m = 1 при a £ 25° прил. 3 п. 5.3. [СНиП 2.01.07-85].	1,4	57,14		348,55	1-ый вар-т*
2-ой вар-т*
Полная нагрузка	198,14	254,39	1208,65	1551,78(1673,78)

Снеговая нагрузка.

Схемы распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента μ следует принимать в соответствии с обязательным приложением 3 п. 5.3. [СНиП 2.01.07-85] .

m = 1 при a £ 25°.

Рисунок 34. Профиль покрытия и схемы снеговых нагрузок

Ветровая нагрузка.

Ветровая нагрузка в расчете не учитывается, т. к. аэродинамический коэффициент с < 0 ( ; ) [прил. 4 СНиП 2.01.07-85], т. е. на поверхности фермы наблюдается отрицательное ветровое давление.

Рисунок 35. Схема здания и ветровых нагрузок

Статический расчет фермы

Статический расчет выполняем в программе Structure CAD.

Тип схемы – плоская шарнирно-стержневая система.

Тип элементов – стержень плоской фермы.

Предварительно задаемся сечениями поясов, раскосов и стоек фермы:

1 – сечение верхнего пояса 25×25 см;

2 – сечение нижнего пояса 25×25 см;

3 – сечение раскосов 10×25 см;

4 – сечение стоек d=4 см.

Модуль упругости древесины равен E=1·10⁷ кН/м², стали (стоек) Е=2,1·10⁸ кН/м².

Заделку опор принимаем: в правой опоре – шарнирно-подвижную, в левой - шарнирно-неподвижную.

Собственный вес конструкций – постоянная нагрузка, снеговая и временная нагрузка на перекрытии – кратковременные.

Снеговые нагрузки взаимоисключающие, поэтому в первом столбце Взаимоисключающие специальных исходных данных каждому загружению из группы взаимоисключающих загружений присваивается номер от 1 до 9 (второй столбец не используется).

Рисунок 36. Расчетная схема фермы

Предварительный подбор размеров брусьев и тяжей фермы.

Рисунок 37. Усилия в стержнях фермы [т]

Максимальное расчетное сочетание усилий по выведенным результатам программы SCAD составляет:

-для верхнего пояса N_16-9=-35,5913 т=-355,913 кН,

(от собственного веса фермы, нагрузки от крыши, перекрытия, временной нагрузки на перекрытии и 2-ого варианта снеговой нагрузки);

-нижнего пояса N_8-9= 32,6715 т=326,715 кН,

(от собственного веса фермы, нагрузки от крыши, перекрытия, временной нагрузки на перекрытии и 2-ого варианта снеговой нагрузки);

-раскосов N_5-14=-7,6134 т=-76,134 кН,

(от собственного веса фермы, нагрузки от крыши, перекрытия, временной нагрузки на перекрытии и 2-ого варианта снеговой нагрузки);

-стоек N_5-13=12,6137 т=126,137 кН,

(от собственного веса фермы, нагрузки от крыши, перекрытия, временной нагрузки на перекрытии и 1-ого варианта снеговой нагрузки).

Принимаем предварительно сечение верхнего и нижнего поясов фермы 25×25 см; F_бр=625 см².

-раскосы:

раскосы проектируем одинакового сечения шириной, равной ширине пояса и проверяем по наиболее нагруженному раскосу 5-14,

N_5-14 = -76,134 кН.

Высоту сечения определяем по предельной гибкости:

,

где ;

- расчетная длина элемента,

- геометрическая длина элемента;

- коэффициент приведения, μ=1– при шарнирных закреплениях обоих концов стержня,

- предельная гибкость, п. 4.22 [СНиП II-25-80].

.

Принимаем раскос из брусьев 25×12,5 см;

.

Сечение раскоса проверяем на устойчивость:

где при

- стойки:

для наиболее нагруженной стойки 5-13, N_5-13 = 126,137 кН.

где R_p=235 МПа = 23,5 кН/см².

Принимаем тяжи диаметром d = 36 мм, F = 7,44 см² > 5,37 см².

Для стоек 2-10, 3-11, 4-12, 6-14, 7-15, 8-16 аналогично получаем значение площадей поперечного сечения.

Принимаем тяжи диаметром d=24 мм для стоек 4-12 и 6-14

d = 20 мм для стоек 3-11 и 7-15

d = 16 мм для стоек 2-10 и 8-16.

Опорный узел (узел А).

Рисунок 38. Схема фермы

Опорный узел проектируем на стальных хомутах исходя из того, что на лобовой врубке он решен быть не может, т. к. глубина врубки по формуле:

,

где ;

- высота нижнего пояса,

.

Проверяем вкладыш на смятие верхним поясом:

Определяем сечение стальных хомутов:

,

где - коэффициент условий работы при наличии нарезки;

- коэффициент условий работы, учитывающий неравномерность распределения усилия между четырьмя тяжами;

R_y=235 МПа=23,5 кН/см².

По прил.4 таб.1 [1], принимаем тяж d=36 мм; F=7,44 см².

Нагели принимаем .

Определяем количество нагелей для крепления накладок к нижнему поясу:

Толщина накладки .

Несущую способность нагеля (болта) на один срез определяем по табл. 17 СНиП II-25-80:

Количество нагелей:

,

Принимаем 17 нагелей, из них 9 болтов и 8 штырей из круглой стали d=20 мм, размещая их в два ряда с шагом вдоль волокон:

см,

расстояние между осями нагелей поперек волокон:

см,

расстояние от кромки до оси крайнего ряда

см (т.3.2.[1]).

Для крепления тяжей у торца вкладыша устанавливаем траверсу из двух вертикальных стальных уголков, к которым приварены горизонтальные профили.

Рассчитываем горизонтальные уголки, которые работают на изгиб при пролете и нагрузке

- расстояние между тяжами;

Рисунок 39. Расчетная схема траверсы опорного узла на тяжах

Изгибающий момент

Требуемый момент сопротивления одного уголка

Рисунок 40. Опорный узел

Принимаем 2∟140×90×8, , ,

–момент инерции относительно оси х-х,

–расстояние до центра тяжести,

–ширина большей полки уголка,

Вертикальные уголки принимаем того же сечения, так как нагрузка та же.

Ширина подушки из условия смятия:

где

;

.

Для подушки используем два бруса сечением 20×20 см и длиной 80 см.

Коньковый узел (Узел В)

В узле В соединяются 12, 13 и 20 элементы. Крепление растянутой стойки к коньковому узлу производим при помощи шайбы.

Боковая жесткость узла обеспечивается постановкой парных накладок.

Толщина накладки: .

Сечение накладки 130×190 мм на болтах d=20мм.

Количество нагелей:

,

- минимальная несущая способность болта диаметром 20 мм.

Принимаем 10 нагелей.

Определяем размеры шайбы в конце стойки-тяжа 5-13:

Длину шайбы назначаем по ширине нижнего пояса

Шайбу проектируем в виде швеллера №22 с W_y= 25,1 см³, который проверяем как консольную балку.

Шайбы под остальные стойки проектируем из полосовой стали δ= 10 ммсечением 120×10 мм.

Рисунок 41. Коньковый узел

Узел примыкания раскоса к верхнему поясу (узел Б)

Угол примыкания раскоса к поясу ;

Глубина врубки:

Принимаем

Количество нагелей:

,

Принимаем 13 нагелей диаметром 20 мм.

Рисунок 42. Узел Б

Узел примыкания раскоса к нижнему поясу (узел Г).

,

Глубина врубки

Принимаем

Стык нижнего пояса располагаем в панели 5-6. Нагели принимаем такими же как в опорном узле.

Необходимое количество:

Принимаем 14 шт., из них 8 болтов и 6 стальных стержней.

Рисунок 43. Узел Г

Расчет среднего узла нижнего пояса (узел Д)

Глубину врезки в нижний пояс определяем при несимметричном загружении фермы временной нагрузкой по разности усилий в стержнях нижнего пояса 4-5 и 5-6:

Глубина врубки:

Принимаем

Необходимое количество:

Принимаем 12 нагелей.

Рисунок 44. Узел Д