Подбор сечения стальных элементов фермы

Опорная панель А-Д

Опорную панель нижнего пояса А-Д принимаем из двух стержней арматурной стали класса А300 (А-II). Растягивающее усилие в этой панели И₁= 241890 Н.

Требуемая площадь двух стержней с учётом коэффициента m=0,85, учитывающего неравномерность распределения усилий между стержнями:

принимаем два стержня диаметром 28 мм с F=12,32

12,32·10^-4 м² >10,53·10^-4 м²

Панель нижнего пояса Д-Д¢

Панель нижнего пояса Д-Д¢ принимаем из трёх стержней арматурной стали класса А300 (А-II), между которыми вварены концевые стержни из арматурной стали с нарезкой на концах (рисунок 2.8).

 

 

Рисунок 2.11 Стальные элементы фермы

а - панель Д – Д; б - панель Д – Б.

Растягивающее усилие в панели Д-Д¢ ‑ И₂ =160800 Н. Требуемая площадь трёх стержней:

принимаем 3 стержня диаметром 18 мм с

Требуемая площадь нетто концевых стержней:

Принимаем диаметр стержня 22 мм с F = 3,8 см² > 3,57 см².

Раскос Д – Б

Раскос Д-Б принимаем из двух стержней арматурной стали класса А300 (А-II) с вваренным с одной стороны концевым стержнем из арматурной стали класса А300 (А-II) с нарезкой на конце (рисунок 2.11 б)

Растягивающее усилие в раскосе Д₁ =94830 Н. Требуемая площадь 2-х стержней:

принимаем два стержня диаметром 18 мм,

Требуемая площадь нетто концевого стержня:

принимаем диаметр стержня 18 мм с F = 2,545 см² > 2,1см².

Расчет узлов фермы

Опорный узел

Опирание фермы на колонну и соединение верхнего пояса с нижним в опорных узлах производится при помощи стальных сварных башмаков (рисунок 2.9.1).

Верхний пояс фермы упирается в плиту, которая приваривается к вертикальным фасонкам и диафрагме. Фасонки и диафрагма свариваются с горизонтальной опорной плитой. Ветви нижнего пояса привариваются к фасонкам.

Требуемая площадь опорной плиты из условия передачи ею реакции опоры фермы на клееные деревянные колонны:

где R_см =2,7 МПа - расчётное сопротивление дерева смятию.

С учётом отверстий для анкеров конструктивно принимаем ширину опорной плиты 170 мм и длину её 350 мм.

При этом площадь опорной плиты:

F_оп.ф=0,17∙0,35=0,06 м² > 0,051 м²

Толщину опорной плиты определим из условия прочности на изгиб по сечению 1-1 консольного участка.

Изгибающий момент в полосе плиты единичной ширины в сечении 1-1 определится:

где

Момент сопротивления полосы плиты:

Из условия прочности требуемый момент сопротивления площади плиты:

Приравняв W_тр=W_пл получим:

Принимаем толщину плиты 16 мм.

 

 

 

 

Рисунок 2.9.1 – Опорный узел фермы

Толщина плиты (рисунок 2.9.1) определяется из условия прочности на изгиб, рассматривая плиту единичной ширины.

Изгибающий момент в плите:

где:

Толщина плиты определится по формуле:

Принимаем толщину плиты 10 мм.

Круглые стержни панели АД привариваются к фасонкам (рисунок 2.9.1) четырьмя угловыми швами, которые должны воспринимать растягивающее усилие в нижнем поясе И₁= 241890 Н

Расчетная длина сварного шва определяется из условия на срез согласно п.14.1.16 [3] по одному из двум сечений - по металлу шва или металлу границы сплавления.

Расчет ведем по металлу шва потому, что выше полученная величина меньше единицы.

Минимальный катет шва при сварке листа и круглого стержня:

к_f=1,2∙d=1,2∙12=14,4 мм.

Учитывая что угловой шов накладывается на закругленную поверхность катет шва не должен превышать 0,9 толщины круглого профиля к_f≤0,9∙28=25,2 мм.

Принимаем k_f=16 мм.

Расчётная длина шва по металлу шва определится по формуле 176 [3]:

где g_с=1,0 - коэффициент условий работы узла конструкции принимаемый по таблице 1[3].

Принимаем длину каждого шва конструктивно 120 мм.

Промежуточный узел нижнего пояса

В этом узле соединяются четыре элемента фермы: опорная и центральная панель нижнего пояса, стойка и раскос.

Сжатая стойка из клееной древесины опирается на упорный столик, расположенный между двумя стальными фасонками, приваренными к ветвям опорной панели. На концах опорной панели и на фасонках выполнены упоры и, в отверстия которых пропускаются концевые стержни (имеющие резьбу) раскоса и центральной панели нижнего пояса и закрепляются гайками и контргайками.

Предварительно принимаем толщину плиты 10мм.

 

 

 

Рисунок 2.9.2 – Промежуточный узел нижнего пояса

Сварные швы, прикрепляющие ребро опорного столика к фасонкам, должны воспринять усилие V₁=63910 Н расчётная длина сварного шва определяется из условия на срез - по металлу шва:

где к_f = 6 мм - катет швов.

R_wf = 200 МПа - расчетное сопротивление угловых швов по металлу шва для стали С245 и электродах Э46А.

Принимаем длину каждого шва 50 мм;

Высоту опорного ребра принимаем 60 мм.

Определяем геометрические характеристики принятого сечения:

Изгибающий момент:

М = =719 Н·м

Напряжение в столике:

Упорная плита столика приваривается к ребру и фасонкам согласно рисунку 2.9.2

Сварные швы прикрепляющие упор к ветвям нижнего пояса рассчитываются на срез по усилию И₂ = 166810 Н.

При k_f=6 мм расчётная длина шва по металлу шва определится по формуле:

Принимаем длину швов 60 мм.

Сварные швы прикрепляющие фасонки к ветвям нижнего пояса воспринимают усилие равное равнодействующей усилий в нижнем поясе:

DИ = И₁‑И₂ =241890-160800 = 81090 Н.

Принимаем, с запасом прочности, длину нижнего шва как и в опорном узле 120 мм, при k_f=6 мм.

Концевой стержень центральной панели нижнего пояса фермы Д-Д¢ приваривается к трём ветвям шестью швами.

При к_f=6 мм расчётная длина шва по металлу шва:

Принимаем длину шва 50 мм.

Концевой стержень раскоса Д-Б приваривается к двум ветвям четырьмя швами. При к_f=6 мм расчётная длина шва по металлу шва:

Принимаем длину шва 40 мм.

Промежуточный узел верхнего пояса

Глубина прорези от верхней кромки равна 2∙е=2∙125 =250 мм. Соединение смежных клееных блоков пояса осуществляется при помощи деревянных накладок сечением 75´150 мм, располагаемых с двух сторон и связанных конструктивно болтами Æ 14 мм.

Подбалка, поддерживающая верхний пояс в месте стыка, нижней гранью опирается на стойку, сжимающее усилие в которой V₁= 63910 H.

Площадь смятия равнаF_см = 0,135∙0,260= 0,0351 м²

Напряжение смятия:

=

 

 

Рисунок 2.9.3 – Промежуточный узел верхнего пояса

Коньковый узел фермы

Конструкция конькового узла (рисунок 2.9.4) предусматривает укрупненную сборку фермы перед ее монтажом из двух шпренгелей.

Стальные опорные элементы приняты конструктивно из листовой стали С245 толщиной 8 мм.

Каждая ветвь раскоса приваривается двумя швами длиной по 60 мм при k_f= 6 мм.

 

Рисунок 2.9.4 – Коньковый узел фермы.