Расчёт колонны

 

;     ;

 

Значения гибкостей  элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400. Проверяем прочность стержня:

 

кН/см²    .

 

Стержень 3-5:

 

см²;

 

Принимаем сечение стержня 3-5 из 2-х уголков  63х6 (А = 2∙7,28 = 14,56см², i_x = 1,93см,     i_y = 2,98см при t₁ = 10мм). Определяем гибкости стержня:

 

;     ;

 

Значения гибкостей  элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400. Проверяем прочность стержня:

 

кН/см²   .

 

Стержень 5-6:

 

см²;

 

Принимаем сечение стержня 5-6 из 2-х уголков 75х8 (А = 2∙11,5 = 23,0см², i_x = 2,28см,

i_y = 3,49см при t₁ = 10мм). Определяем гибкости стержня:

 

;   ;

 

Значения гибкостей  элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 150. По максимальной гибкости l_max = l_x = 128 находим коэффициент φ_min = 0,375. Проверяем напряжения в самом нагруженном стержне 5-6:

 

кН/см² ;

 

Увеличиваем сечение  стержня. Принимаем из 2-х уголков 100х12 (А = 2∙22,8 = 45,6см²,                 i_x = 3,03см, i_y = 4,56см при t₁ = 10мм). Определяем гибкости стержня:

 

;   ;

 

Значения гибкостей  элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 150. По максимальной гибкости l_max = l_x = 97 находим коэффициент φ_min = 0,563. Проверяем напряжения в самом нагруженном стержне 5-6:

 

кН/см² ;

 

 

Стержень 6-8:

 

см²;

 

Принимаем сечение стержня 6-8 из 2-х уголков  50х5 (А = 2 ∙ 4,8 = 9,6см², i_x = 1,53см,   i_y = 2,45см при t₁ = 10мм). Определяем гибкости стержня:

 

;     ;

 

Значения гибкостей  элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400. Проверяем прочность стержня:

кН/см² .

 

Определив необходимые  сечения всех стержней фермы, нужно проследить, чтобы уголков различных типоразмеров в ферме пролетом 24м было не более 7-8. В нашем случае это условие не соблюдается. Поэтому у стержней 3-5, 5-4, 8-7, 5-6 принимаем одинаковым для уменьшения количества типоразмеров профилей. Их сечение принимаем по наибольшему из сечений принятых по расчету - из 2-х уголков 63х6 (стержень 3-5 и 5-6).

При конструировании  стержней следует обратить внимание на размещение соединительных прокладок, обеспечивающих совместную работу двух уголков, составляющих стержень (рис. 6.5).

 

 

Рис. 6.5. Размещение соединительных прокладок.

 

Соединительные прокладки  в сжатых стержнях ставятся на расстояниях l_п ≤ 40∙i_yо и не менее двух прокладок на стержне, а в растянутых ставятся на расстояниях l_п ≤ 80∙i_yо и не менее одной прокладки на стержне (i_yо – радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной плоскости прокладки).

 

5. Расчет и конструирование узлов стропильных ферм

 

Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий:

– провести осевые линии элементов так, чтобы они сходились в центре узла;

– к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер Z_o от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм, получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах следует принимать равным a = 6∙t - 20 мм, но не более 80 мм (здесь t - толщина фасонки, мм);

– рассчитать прикрепление стержней решетки к фасонкам угловыми швами. Усилие N, действующее в прикрепленном стержне, распределяется между швами по перу и обушку уголка 
(рис. 6.6).

 

 

 

Рис. 6.6. К расчету сварных швов.

 

Усилия, действующие на сварные швы по обушку и по перу, определяются по формуле:

 

  ,

 

где: N – расчетное усилие в стержне;

 α – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый приближенно: для равнополочных уголков α = 0,3; для неравнополочных уголков, прикрепляемых узкой полкой, α = 0,25; для неравнополочных уголков, прикрепляемых широкой полкой, α = 0,35.

Требуемая длина сварных  швов определяется по формулам:

– для шва по перу:

 

;

– для шва по обушку:

 

,

 

где: N_об – расчетное усилие на шов по обушку;

 N_п – расчетное усилие на шов по перу;

 β_f – коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 8мм β_f = 0,9;

  – катет углового шва по обушку, принимаемый равным: для опорного раскоса 0,8 см; для следующего раскоса 0,6см; для третьего раскоса 0,6см, для остальных раскосов и стоек 0,4см;

  – катет углового шва по перу, принимаемый равным: для опорного раскоса 0,6см; для следующего и остальных раскосов и стоек 0,4см;

 R_wf – расчетное сопротивление углового шва, определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 R_wf = 18кН/см².

 

Расчет сварных швов в узлах фермы для удобства выполним в табличной форме (табл. 6.2). Размеры фасонок зависят от длины швов крепления к ней стержней решетки.

 

Таблица 6.2.

Элемент	Обозначение стержня	Расчетные усилия N, кН	Шов по обушку			Шов по перу
			, кН	, см	, см	кН	см	, см
Раскосы	1-3	377,6	264,3	0,8	11,2 (12)	133,3	0,6	7,9 (8)
	3-5	314,7	220,3	0,6	12,3 (13)	94,4	0,4	8,3 (9)
	5-6	251,7	176,2	0,6	10,1 (11)	75,5	0,4	6,8 (7)
	6-8	188,8	132,2	0,4	11,2 (12)	56,6	0,4	5,4 (6)
Стойки	4-5	36,5	25,6	0,4	3,0 (4)	11	0,4	1,8 (4)
	7-8	36,5	25,6	0,4	3,0 (4)	11	0,4	1,8 (4)

 

Должны соблюдаться  следующие условия: l_w ≤ 85∙ β_f ∙ K_f ; l_w ≥ 4∙K_f ; l_w ≥ 40мм. Первое условие выполняется во всех случаях. Где не выполняется второе и третье условия, длину швов принимаем l_w = 40мм. Полученные значения длин швов округляются в большую сторону до целого числа.

 

Конструирование и расчет нижнего узла стыка полуферм.

 

Нижний узел стыка  полуферм принимаем с листовыми  накладками (рис.6.7). Стык перекрывается  с помощью двух горизонтальных накладок, соединяющих горизонтальные полки  уголков, и двух вертикальных накладок, соединяющих фасонки отправочных элементов.

 

 

Рис. 6.7. Стык нижнего пояса  с листовыми накладками.

 

Принцип расчета нижнего узла стыка следующий:

- в нижнем узле нет раскосов, следовательно, усилия в швах накладки будут возникать только от стержней нижнего пояса.

Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине  полки перекрываемого уголка: t_г.н. = t_уг = 10мм = 1,0см.

Ширины горизонтальной накладки принимается шире полки  перекрываемого уголка на 15-20мм: b_г.н. = b_уг + (15…20мм) =125 + 15 = 100мм = 14см.

Определяем предельное усилие, воспринимаемое накладкой по следующей формуле:

 

,

 

где: R_y – расчетное сопротивление стали; R_у = 24кН/см²;

 

кН.

 

Определяем требуемую суммарную длину шва по следующей формуле:

 

,

 

где: β_f – коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 9-12мм       β_f = 0,8;

  K_f – катет углового шва; K_f = 1,0см;

  R_wf – расчетное сопротивление углового шва, определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 R_wf = 18кН/см²;

 

см.

 

Определяем длину прямого  участка шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком. Длина шва определяется по формуле:

 

,

см;

 

Определяем длину горизонтальной накладки. Длину горизонтальной накладки определяем по формуле:

,

см.

 

Ширину вертикальной накладки также задаем равной b_в.н. = 200мм = 20см.

Толщина вертикальной накладки задается равной толщине фасонки t_в.н. = t_ф = 10мм = 1,0см.

Высота вертикальной накладки h_в.н. определяется прочностью сварных швов, передающих усилие в стыке. Т.к. в узле отсутствуют раскосы, то величина усилия в стыке будет определяться по формуле:

,

 

где: α – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый для неравнополочных уголков, прикрепляемых узкой полкой,α = 0,25;

   N₁ – усилие в элементе нижнего пояса; N₁ =N_6-7= 764 кН;

 

кН.

 

Определяем высоту вертикальной накладки. Высота вертикальной накладки определяется по формуле:

,

 

где: 1,2 – коэффициент, учитывающий возможность передачи усилия с эксцентриситетом;

 N_ст – усилие в стыке; N_ст = 191кН;

 β_f – коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 9-12мм       β_f = 0,8;

 K_f – катет углового шва; K_f = 1,0см;

 R_wf – расчетное сопротивление углового шва, определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 R_wf = 18кН/см²;

 

см.

 

Принимаем высоту вертикальной накладки h_в.н. = 10см.

 

 

Конструирование и расчет верхнего узла стыка полуферм.

 

Верхний узел стыка полуферм принимаем также как и нижний с листовыми накладками (рис.6.8). Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накладок, соединяющих  горизонтальные полки уголков, и двух вертикальных накладок, соединяющих фасонки отправочных элементов.

 

Рис. 6.8. Стык верхнего пояса с листовыми накладками.

 

При конструировании  и расчете этого узла сначала  рассчитываем швы крепления раскосов и стоек к фасонке, по длине которых определяется размер фасонки по высоте. Причем длина фасонок должна быть не менее длины стыковых горизонтальных накладок.

Горизонтальные накладки изгибаются, чтобы придать уклон фермы 1,5% и обеспечить строительный подъем фермы.

Размеры накладок подбираются из условия равнопрочности стыка основным стержням с перекрываемыми элементами.

Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине  полки перекрываемого уголка: t_г.н. = t_уг = 12мм = 1,2см.

Ширины горизонтальной накладки принимается шире полки перекрываемого уголка на 15-20мм: b_г.н. = b_уг + (15…20мм) =140 + 20 = 160мм = 16см.

Длину горизонтальной накладки определяем по формуле:

 

,

где: – длина прямого участка шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком. Длина шва определяется по формуле: