Обушок и перо уголка определение. Конструирование ферм. Детали узлов. Центрирование стержней. Очертание и прикрепление фасонок

Конструирование ферм. Детали узлов

Центрирование стержней. Очертание и прикрепление фасонок

Конструирование фермы начинают с вычерчивания осевых линий, образующих геометрическую схему конструкции. При этом следует строго следить за тем, чтобы сходящиеся в узлах осевые линии элементов пересекались в центре узла; только в этом случае сходящиеся в узле силы могут уравновеситься.

Далее на чертеж наносят контурные линии стержней так, чтобы осевые линии по возможности совпадали с центром тяжести сечения или были как можно ближе к нему. При этом в сварных фермах расстояние от центра тяжести до обушка z округляется в большую сторону до ближайшего целого числа, кратного 5 мм; в клепаных фермах уголки центрируют по заклепочным рискам.

Обрезку уголков решетки, как правило, следует производить перпендикулярно оси, не доводя концов стержней до пояса на 10 — 20 мм. Очертание фасонок в узлах определяется условиями размещения сварных швов или заклепок, прикрепляющих элементы решетки, и должно быть по возможности простым.

Поскольку фасонка передает усилие с одного стержня на другой, каждое ее сечение должно быть прочным и способным воспринять соответствующий силовой поток.

На фигуре а показана неправильная конструкция фасонки, которая по сечению I — I имеет меньшую площадь, чем площадь сечения присоединяемого раскоса из двух уголков, и потому может разорваться. Кроме, того, шов k, расположенный у обушка, уголков стойки и воспринимающий большую часть усилия стойки, не может передать его на фасонку вследствие отсутствия места для нормального силового потока.

На этом участке фасонка будет испытывать большое перенапряжение. На фигуре б показана правильно сконструированная фасонка, имеющая угол α между краем фасонки и стержнем около 20° (от 15 до 25°).

Прикреплять фасонки к поясным уголкам лучше с двух сторон — со стороны обушка и пера, так как в противном случае поясные уголки легко могут отогнуться в результате случайных причин (например, при транспортировке).

Однако не всегда конструктивно удобно выпускать фасонку за грань пояса, например, при установке по верхнему поясу прогонов, прикрепляемых к уголковым коротышам. В этом случае фасонку не доводят до обушка уголков на 5 мм и прикрепляют только швами у пера.

Желательно при этом производить заварку щели, образующейся между обушками уголков и фасонкой, однако этот шов нельзя рассматривать как расчетный, так как трудно обеспечить его хороший провар (шов наплавляется, а не проваривается). Таким образом, основными рабочими расчетными швами в этом случае являются швы, наложенные у пера.

Усилие, на которое рассчитывается прикрепление фасонки и которое стремится сдвинуть ее относительно пояса, представляет собой равнодействующую усилий в элементах решетки, сходящихся в данном узле.

В частном случае, при отсутствии в узле внешней нагрузки, это усилие равно разности усилий в смежных панелях пояса:

где N ф — усилие, сдвигающее фасонку вдоль пояса;

N 2 и N 1 — усилия в смежньих панелях пояса.

Усилие N ф приложено в центре узла по направлению оси пояса. В случае, если фасонка не выпущена за грань пояса, это усилие будет вызывать в швах, расположенных у пера поясных уголков, не только срез по их длине, но также и изгиб, вызванный моментом M = N ф е.

Обычно нормальные напряжения от изгиба невелики, и потому проверку шва производят только на срез при уменьшенном расчетном сопротивлении шва (примерно на 15 — 20%).

Принципы конструирования клепаных узлов по существу остаются теми же, только вместо сварных швов ставятся заклепки.

Размеры, определяющие фасонку, диктуются, так же как и в сварных фермах, условиями прикрепления раскосов; при этом особо мощные раскосы можно прикреплять при помощи дополнительного коротыша (фигуре Прикрепление уголков и швеллеров к фасонкам). В этом случае количество заклепок на одной из полок коротыша увеличивается на 50% против расчетного.

Расчетное усилие в сечении из парных равнополочных уголков распределяется следующим образом: 70 % приходится на обушок (т.е. N об = 0,7N ) и 30 % - на перо (т.е. N п = 0,3N ).

При расчете сварных швов задаются значениями катетов швов по обушку ( ) и по перу () и определяют требуемые длины швов по обушку (
) и по перу (
).

При назначении катета шва необходимо учитывать следующие рекомендации:

(уголка или фасонки). Толщина фасонок назначается по табл. 13 прил. 2.

Требуемая длина сварного шва по обушку принимается по наибольшему значению, найденному по формулам:

при расчёте по металлу шва

; (4.4)

, (4.5)

где γ wf = γ wz = 1 (п. 11.2* ) – коэффициенты условий работы сварного шва;

 f = 0,7,  z = 1 (табл. 34* ) – коэффициенты глубины проплавления, соответствующие полуавтоматической сварке в нижнем положении;

(табл. 6* ) – коэффициент условий работы конструкции;

R wf и R w z (см. п. 2) – расчётные сопротивление соединения с угловыми швами срезу.

Требуемая длина сварного шва по перу принимается по наибольшему значению, найденному по формулам:

при расчёте по металлу шва

; (4.6)

при расчёте по металлу границы сплавления

. (4.7)

При назначении длин сварных швов по обушку () и по перу () следует руководствоваться следующим:

1. - целое число сантиметров;

2. ≥ 4 см;

3.
;

4.
;

5. значения и принимать возможно меньшими.

Рис. 2. К расчету сварных швов

ной в масштабе 1:20.

Резку стержней решетки производят, как правило, нормально к оси стержня. Для крупных стержней допускается косая резка с целью уменьшения размеров фасонок. Стержни решетки не доводятся до поясов на расстояние a = 6 t ф – 20 мм (где t ф – толщина фасонки в мм ), но не более 80 мм (рис. 2).

В ферме со стержнями из парных уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. К поясу фермы фасонки рекомендуется прикреплять сплошными швами минимального катета. Фасонки выпускают за обушки поясных уголков на 10…15 мм (рис. 2).

Основой конструирования узлов фермы является пересечение осей всех сходящихся в узле стержней в центре узла. Основными размерами узла являются расстояния от центра узла до торцов прикрепляемых стержней решетки и до края фасонки. По этим расстояниям определяются требуемая длина стержней решетки, которая назначается кратной 10 мм , и размеры фасонок. Размеры фасонок определяются необходимой длиной швов крепления элементов. Необходимо стремиться к простейшим очертаниям фасонок, чтобы упростить их изготовление и уменьшить количество обрезков.

Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют прокладками. Расстояние в свету между прокладками должно быть не более 40i x для сжатых элементов и 80i x для растянутых, где i x – радиус инерции одного уголка относительно оси x - x . Толщина прокладок назначается равной толщине узловых фасонок. Прокладки принимаются шириной 60 мм и выпускаются за габариты уголков на 10…15 мм в каждую сторону.

На фасаде фермы указываются размеры (катет и длина) сварных швов.

Опорную плиту принять толщиной 20 мм и размерами в плане 300x 300 мм .

На чертеже размещается спецификация деталей (по установленной форме) на ферму и даются примечания.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица 1

Исходные данные для студентов специальности 270301 "Архитектура"

Таблица 2

Исходные данные для студентов специальности 270302 "Дизайн архитектурной среды"

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Таблица 3

Нормативные и расчётные сопротивления при растяжении,

сжатии и изгибе проката по ГОСТ 27772-88 для стальных

конструкций зданий и сооружений (выборка из табл. 51* 2)

Таблица 4

Материалы для сварки и расчётные сопротивления

(выборка из табл. 55* и 56 )

Таблица 5

Двутавры стальные горячекатаные с уклоном внутренних граней полок (ГОСТ 8239-89)

Таблица 6

Швеллеры стальные горячекатаные с уклоном внутренних граней полок (ГОСТ 8240-89)

Т
аблица 7

Уголки стальные горячекатаные равнополочные (ГОСТ 8509-86)

О б о з н а ч е н и я: b – ширина полки; t – толщина полки; R – радиус внутреннего закругления; r – радиус закругления полки; I – момент инерции; i – радиус инерции; z 0 – расстояние от центра тяжести до наружной грани полки

Продолжение таблицы 7

Окончание таблицы 7

Рис. 3. Определение усилий в элементах фермы графическим способом (диаграмма Максвелла-Кремоны)

Таблица 8

Коэффициент устойчивости 

Примечание.

Для промежуточных значений  величину  следует определять линейной интерполяцией.

Таблица 9

Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций

(выборка из табл. 19 )

Примечание.

Для промежуточных значений l в поз. 2, а величину n 0 следует определять линейной интерполяцией.

Таблица 10

Подбор сечений стержней фермы

Таблица 11

Расчет сварных швов

Таблица 12

Минимальные катеты швов (табл. 38* )

Таблица 14

Расчетные длины стержней

(выборка из табл. 11 )

Обозначение: l – расстояние между центрами узлов

Таблица 15

Предельные гибкости стержней

(выборка из табл. 19* и 20* )

Таблица 16

Коэффициент условий работы

(выборка из табл. 6* )

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. СП 53-102-2004. Общие правила проектирования стальных конструкций. Госстрой России.- М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 2005.

2. СНиП II-23-81 * . Стальные конструкции. Нормы проектирования / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 2000. - 96 с.

3. СНиП 2.01.07-85 * . Нагрузки и воздействия / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004.-44 с

4. Файбишенко В.К. Металлические конструкции: Учеб. пособие для вузов. – М.: Стройиздат, 1984. - 336 с.

Диалоговое окно будет выглядеть так.

Диалоговое окно предлагает девять типов наиболее часто используемых составных сечений (сечения можно выбрать в поле Тип сечения в верхней части диалогового окна справа):

– два швеллера, поставленные лицом к лицу или спиной к спине;

Два двутавра;

Швеллер и двутавр (швеллер поставлен лицом или спиной);

Два уголка и двутавр;

Четыре уголка пером к перу;

Четыре уголка обушок к обушку;

Два уголка, соединенные в форме T обушком к обушку короткими или длинными сторонами;

Два уголка, соединенные в форме C перо к перу короткими или длинными сторонами;

Два уголка, соединенные в форме креста.

Для некоторых типов составных сечений доступна опция Составные сечения - сварные; если опция активна, то пояса составного сечения предполагаются приваренными по длине сечения.

Определение семейства составных сечений .

Для того, чтобы определить семейство (группу) составных сечений, пользователь должен:

• в поле Имя назначить имя сечения (программа автоматически предлагает имя составного сечения);
• в поле Сечение пояса определить начальное сечение, которое положит начало генерации семейства составных сечений; после выбора в этом поле программа автоматически открывает диалоговое окно Выбор сечения, в котором можно из базы данных сечений выбрать необходимое сечение пояса;
• определить начальное расположение поясов, из которых составляется составное сечение, то есть шаг (расстояние между поясами)- в поле редактирования d и приращение шага - в поле редактирования dd; для определения максимального шага поясов, пользователь должен ввести значение в поле редактирования dmax.

Примечание Некоторые типы сечений (например, 4 уголка) требуют определения двух различных сечений поясов и двух различных расстояний между поясами в зависимости от плана решетки (b,d).

Метод создания составного сечения .

Программа автоматически создает семейство составных сечений на базе начальных данных, определенных пользователем. Первое составное сечение в семействе составных сечений составляется из двух начальных сечений, расположенных на расстоянии d. Последовательные составные сечения образуются без изменения размеров сечения поясов путем увеличения расстояния d на величину приращения dd, пока не будет достигнута величина dmax. После этого программа автоматически увеличивает сечение пояса на один размер и образует новые составные сечения, начиная снова с шага d и продолжая увеличивать шаг, пока не будет достигнута величина dmax. Программа выполняет генерацию сечений, пока не дойдет до конца базы данных, то есть пока не будет исчерпана возможность выбора новых сечений.

Составное сечение .

Сечение пояса (начальное сечение) - C240

Расстояние между поясами - d=25 см

Приращение шага dd = 5 см

Максимальный шаг dmax = 30 см

Программа создаст семейство сечений с именем, например, 2CF, содержащее 9 сечений. Когда генерация сечений будет закончена, последним сечением семейства C-сечений будет сечение C300. Ниже представлены полученные сечения.

Таблица - Количество типов уголков

Расчет узлов фермы

Стержни фермы в узлах связываются листовыми фасонками, к которым они прикрепляются с помощью электросварки.

Определяется по формуле

длина шва по перу определяется по формуле

где α- коэффициент, учитывающий долю усилия, приходящегося на обушок

N- усилие в стержне, кН

βf-коэффициент провара (при ручной сварке βf=0,7)

Kf1, Kf2- толщины швов соответственно по обушку и по перу, см

Rwf- расчетное сопротивление угловых швов среза по металлу шва,

равное при использовании электродов типа Э50: Rwf= 21 кН/см2

γwf- коэффициент условий работы шва; γwf=1

Коэффициент α принимаем равным: для равнополочных уголков α=0,7.

Толщина шва по перу уголка принимается на 2 мм меньше толщины полки уголка, но не менее 4 мм. Максимальная толщина шва по обушку уголка не должна превышать 1,2t min, где tmin-толщина более тонкого элемента (фасонки или полки уголка).

Минимальная длина шва должна составлять 4 Кf или 40 мм. Максимальная расчетная длина шва не должна превышать 85βf Кf .

Определим длины швов поясов «6» и «7» (δ=6мм) :

Конструктивная длина шва по обушку

Принимаем lw1 = 22 см.

Длина шва по перу

Кf1 = 8мм = 0,8см. Kf2 = 6 мм = 0,6 см.

Определим длины швов пояса «30» и «26» (δ=6мм) :

Конструктивная длина шва по обушку

Принимаем lw1 =4 см.

Длина шва по перу

Кf1 = 8 мм = 0,8 см. Kf2 = 6 мм = 0,6 см.

Определим длины швов пояса «22» (δ=6мм) :

Конструктивная длина шва по обушку

Принимаем lw1 =4 см.

длина шва по перу

Кf1 = 8 мм = 0,8 см. Kf2 = 8 мм = 0,8 см.

Рассчитанные длины швов наносятся на схему узла, после чего выявляются размеры фасонки и ее очертание. Принимаемое очертание фасонки должно быть простым, желательно прямоугольным.

Узел Е должен иметь опорное ребро 16…25мм. Минимальная ширина ребра 180 мм.

Таблица сварных швов в узлах фермы

Общая расчетная длина сварных швов (см), прикрепляющих горизонтальную накладку к полкам уголков по одну сторону стыка:

где N- усилие в стержне нижнего пояса, помыкающем к монтажному узлу,кН.

Более подробно с конструкциями узлов стропильных ферм и особенностями их расчета следует ознакомиться по рекомендуемой литературе (1);(5);(7).

Итогом проектирования стропильной фермы является составление спецификации металла на отправочный элемент, форму которой следует принять по учебнику (1).

5.Расчет поперечной рамы каркаса

Определение нагрузок на раму.

На раму действуют нагрузки

а) постоянная – от собственного веса конструкций

б)кратковременные: снеговая; крановая – вертикальная от давления колес мостового крана и горизонтальная от торможения тележки; ветровая.

Рис. Рама

А) Постоянная нагрузка на раму. На стойку рамы будет действовать опорная реакция ригеля (кН) Vg=g1L/2, где L- пролет ригеля (фермы); g1 – погонная расчетная нагрузка, кН/м2

Vg=23,88·24/2=286,56 кН

б) Снеговая нагрузка на раму. На стойку рамы будет действовать соответствующая опорная реакция ригеля (кН) Vр=S1L/2, где S1 – погонная расчетная снеговая нагрузка, кН/м2

Vр=4,2·24/2=50,4 кН

Вертикальные крановые нагрузки. Крановая нагрузка на поперечную раму определяется от двух сближенных кранов, расположенных таким образом, чтобы нагрузка была наибольшей.

Расчетная вертикальная сила (кН), действующая на стойку (колонну), к которой приближены тележки кранов

Dmax=γf·nc·Fn max·Σyi+G,

где Fn max- наибольшее давление колеса

γf- коэффициент надежности по нагрузке, γf=1,1

Σyi- сумма ординат влияния для опорного давления на колонну

nc – коэффициент сочетания: nc=0,85

G- вес подкрановой балки, кН

Ординаты линий влияния y1=0,267, y2=1; y3=0,8; y3=0,066.

Dmax=1,1·0,85·315·(0,267+1+0,8+0,066)+10,5 =717,36 кН

Расчетная вертикальная сила, действующая на другую стойку рамы

Dmin=γf·nc·Fn min·Σyi+G,

где Fn min- наименьшее давление колеса на кран (кН)

Fn min=(P+Gc)/n0- Fn max

P- грузоподъемность крана

Gc- общий вес крана с тележкой

n0- число колес на одной стороне крана n0=2

Fn min=(300+520)/2- 315=95 кН

Dmin=1,1·0,85·95·2,4+10,5=223,68 кН

Горизонтальные крановые нагрузки.

Расчетная горизонтальная сила (кН)

Tc= γf·nc·Tn·Σyi,

где Tn- нормативная горизонтальная сила при торможении тележки,

приходящаяся на одно колесо крана.

Горизонтальная сила Tc может действовать на левую или правую стойку рамы, причем как в одну, так и в другую сторону.