Розрахунок і конструювання монтажного стика ферми

Укрупнювальний монтажний стик проектується з метою розділення ферми на відправні марки для полегшення транспортування. Перед установкою ферми в проектне положення безпосередньо на будівельному майданчику відправні марки об’єднуються в завершену конструкцію ферми. Виходячи з такої технології виготовлення і монтажу, конструкція укрупнювального стика повинна забезпечувати ідентичність обох відправних марок, достатню міцність і можливість якісного збирання вузлів в умовах будівельного майданчика.

Приклади можливих конструкцій укрупнювальних монтажних вузлів ферм наведені в підручниках [5, 6, 7]. Монтажні стики ферм з парних кутників звичайно виконуються на вертикальних і горизонтальних накладках, які з’єднують фасонки та пояси ферми. Ці накладки можуть кріпитися за допомогою монтажного зварювання, або утворювати фрикційне з’єднання на високоміцних болтах. Якщо пояси ферми виконані з прокатних таврів, монтажні вузли можна також виконувати у вигляді фланцевих стиків. Монтажні стики ферм із гнутозварних замкнутих профілів завджди виконуються на фланцях та високоміцних болтах. У фланцевому з’єднанні нижнього пояса зусилля передається високоміцними болтами, що працюють на розтяг. З’єднання верхнього пояса також виконується на високоміцних болтах, які призначаються конструктивно та забезпечують обтиск стика з метою захисту від щілинної корозії. Стискаюче зусилля у монтажному вузлі верхнього поясу передається за рахунок безпосереднього контакту фланців.

При виконанні курсової роботи достатньо розрахувати фланцевий стик нижнього пояса, або більш навантажений стик (верхнього чи нижнього пояса) при передачі зусиль через накладки. Розрахункове зусилля, яке передається через стик, дорівнює геометричній сумі проекцій на горизонтальну ось зусиль у поясі N_П та в розкосі N_Р , що примикає до укрупнювального вузла. Розрахункові зусилля в елементах ферми визначені в таблиці 3.1.

Монтажний стик на приварених накладках у фермах з парних кутників та в фермах з поясами із прокатних таврів проектують згідно зі схемою, що наведена на рисунку 3.3 (з метою ілюстрації шляху передачі зусилля в стику на рисунку зображена лише ліва половина вузла), у такому порядку:

1. Зусилля N, що передається через стик, розподіляють між горизонтальними та вертикальними накладками із 10% запасом:

; . (3.11)

Рис. 3.3. Розрахункова схема монтажного стика на приварених накладках

 

2. Загальну ширину горизонтальних накладок (однієї чи двох, окремих для кожного кутника пояса) b_Г визначають конструктивно за шириною пояса, а їх товщину обчислюють з умови міцності

(3.12)

3. Сумарну довжину швів, необхідних для приварювання горизонтальної накладки (по одну сторону стика) визначають шляхом ділення зусилля N_Г на несучу здатність одного сантиметра зварного шва, яка була визначена в підрозділі 3.3. Ці шви розподіляють по накладках з урахуванням контурів накладок, визначених у процесі конструювання вузла.

4. Висоту вертикальних накладок b_В, які ставляться з обох боків фасонки, визначають конструктивно з урахуванням загальної компоновки вузла, розміщення стержнів та монтажних болтів на вертикальних накладках для тимчасового збирання вузла. Товщину вертикальних накладок обчислюють з умови міцності

(3.13)

і також приймають не меншою за товщину фасонок. До вертикальних накладок додатково приварюють вертикальні поперечні ребра з отворами для кріплення вертикальних в’язей по фермах.

5. Катет зварних швів, якими вертикальні накладки приварюються до фасонок ферми, визначають за зусиллям N_В , довжиною двох швів, рівною висоті накладок b_В, та несучими здатностями одного сантиметра зварних швів, які були визначені в підрозділі 3.3.

6. Тимчасові болти, призначені для збирання вузла перед зварюванням, встановлюють діаметром 16 чи 20 мм (у легких конструкціях можна ставити болти діаметром 10–12 мм), класу точності В або С та мінімального класу міцності. Ці болти ставлять на максимальних відстанях за таблицею 1.12.3 ДБН [3] з урахуванням рисок кутників за таблицею В.6 та місця під ключ за таблицею В.7 додатка В.

Фрикційний монтажний стик на накладках і високоміцних болтах проектують таким же чином, як і попередній варіант стика на зварюванні, але замість розрахунку монтажного зварювання в пунктах 3 і 5 виконують розрахунок фрикційних з’єднань на високоміцних болтах згідно з вимогами пункту 1.12.3.2 – 1.12.3.4 ДБН [3]. У прикріпленні горизонтальних накладок звичайно наявна одна площина тертя, а вертикальних – дві площини тертя. При необхідності зменшення кількості високоміцних болтів можна встановити горизонтальні накладки не лише зверху, але й знизу пояса, що забезпечить наявність двох площин тертя. Оскільки укрупнювальні вузли складаються в умовах будівельного майданчика, коефіцієнт тертя у фрикційному з’єднанні вибирають за таблицею 1.12.5 ДБН [3] для одного з технологічно доступних способів обробки поверхонь (можливо, навіть без обробки). Високоміцні болти ставлять на мінімальних відстанях за таблицею 1.12.3 ДБН [3] з урахуванням загальних габаритів вузла, рисок кутників за таблицею В.6 та місця під ключ за таблицею В.7 додатка В.

Фланцевий монтажний стик у фермах із гнутозварних замкнутих профілів та у фермах із поясами з прокатних таврів проектують з урахуванням вимог пункту 1.13.12 ДБН [3] у такому порядку:

1. Розраховують вузол з’єднання розтягнутого нижнього поясу на зусилля N, визначене за описаним вище правилом (сума проекцій на горизонтальну ось зусиль у поясі N_П та розкосі N_Р, що примикає до вузла). Стик верхнього поясу виконується конструктивно, при чому зазвичай використовують фланці тієї ж товщини та мінімально можливу кількість високоміцних болтів того ж діаметра, що й у нижньому вузлі.

2. Креслять ескіз вузла в крупному масштабі, за яким можна визначити форму та розміри вузлової фасонки й розмістити високоміцні болти. Розрахункова схема фланцевого монтажного стика ферми із поясами з прокатних таврів (зображена лише ліва половина вузла) наведена на рисунку 3.4.

 

Рис. 3.4. Розрахункова схема фланцевого монтажного вузла ферми

 

3. Розраховують зварні шви прикріплення фланця на зусилля N з пункту 1. Для ферми з гнутозварних замкнутих профілів цей розрахунок вже був виконаний в таблиці 3.7. Для ферми із поясами з прокатних таврів за діючим зусиллям N, сумарною довжиною шва, обчисленою за формулою , або виміряною на кресленні вузла по контуру прикріплення фланця, та несучими здатностями одного сантиметра зварних швів, які були визначені в підрозділі 3.3, вибирають необхідний катет кутового зварного шва. Недостача несучої здатності компенсується додатковими ребрами жорсткості, які підсилюють фланець при роботі на згин і передають на нього частину діючого зусилля N.

4. За таблицями Ж.7 і Ж.8 ДБН [3] вибирають діаметр високоміцних болтів, визначають площу болта нетто A_bn та його розрахунковий опір при розтягу R_bt. У випадку використання в легких конструкціях звичайних болтів високого класу міцності їх розрахунковий опір при розтягу визначають за таблицею Ж.4 ДБН [3].

5. Згідно з формулами пункту 1.12.2.9 ДБН [3] обчислюють необхідну кількість болтів для сприйняття зусилля в стику N при розтягу:

. (3.14)

6. На ескізі стика здійснюють розміщення болтів таким чином, щоб відстані між болтами відповідали вимогам таблиці 1.12.3 ДБН [3] та розмірам місця під ключ з у таблиці В.7, а самі болти розміщувалися симетрично відносно осі пояса. Розвинута нижня частина фланця (нижче пояса) на рисунку 3.4 забезпечує можливість симетричного розміщення болтів відносно осі пояса. При неможливості правильного розміщення болтів слід змінити діаметр болта й повторити розрахунки за пунктами 3 та 4.

7. Товщина фланця визначається з умов роботи на згин. У запас міцності товщину фланця можна розрахувати за схемою консольної балки при дії зусилля в болті N_b = N / n_b:

, (3.15)

у якій R_y розрахунковий опір сталі, визначений за таблицею Е.2 з урахуванням товщини фланця; розміри a і c позначені на рисунку 3.4. Згідно з вимогами пункту 1.13.12.1 ДБН [3], сталь для фланців слід обирати з урахуванням гарантії властивостей у напрямку поперек прокату.

Креслення монтажних стиків ферм виконують та оформляють за зразком ДСТУ Б А.2.4-43:2009 [4] та підручників [5, 6, 7], де наведені приклади конструктивних рішень вузлів ферм різних типів.