Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.
При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). При таком решении возможно опирание ферм как на металлическую, так и на железобетонную колонну. Аналогично решается и узел опирания стропильной фермы на подстропильную.
Опорное давление фермы F ф передается с опорного фланца фермы через строганые или фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны или опорный столик подстропильной фермы. Опорный фланец для четкости опирания выступает на 10-20 мм ниже фасовки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия (при наличии пригонки).
Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нормальной точности прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отверстия в фасовках делают на 5-6 мм больше диаметра болта.
Узел опирания фермы на колонну сверху(шарнирное сопряжение)
При жестком сопряжении стропильная ферма примыкает обычно к колонне сбоку.
Опорное давление F ф передается на опорный столик. Опорный столик делают из листа t=30...40 мм при небольшом опорном давлении (F ф < ф. Опорный фланец крепят к полке колонны на болтах грубой или нормальной точности, которые ставят в отверстия на 3-4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринять опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик.
Горизонтальные усилия от опорного момента H1>=M 1 /h ОП воспринимаются узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Последний дополнительно воспринимает усилие от распора рамы H Р. В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, и сила H 1 как и H Р, прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения по поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Если сила H=H 1 +H P отрывает фланец от колонны (при положительном знаке момента), то болты крепления фланца к колонне работают на растяжение и их прочность следует проверить с учетом внецентренного относительно центра болтового поля приложения усилия.
Швы крепления фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы F ф и внецентренно приложенную силу H (центр шва не совпадает с осью нижнего пояса). Под действием этих усилий угловые швы работают на срез в двух направлениях.
Если линия действия силы H1, не проходит через центр фланца, то швы и болты рассчитывают с учетом эксцентриситета.
В случае действия больших опорных моментов и при необходимости повышения жесткости узла сопряжения ригеля с колонной целесообразно выполнить соединение верхнего пояса с колонной на сварке.
При жестком сопряжении стропильных ферм с колоннами (опирание сбоку) для удобства монтажа целесообразно применить подстропильные фермы с нисходящим опорным раскосом (при другом решении ферму трудно завести между полками колонны). Опорное давление подстропильной фермы передается через строганый терец из столик, приваренный к стенке колонны. Фланец опорного узла прикрепляют к стенке колонны болтами нормальной точности. Нижний пояс подстропильной фермы делают укороченным (чтобы его не нужно было заводить внутрь колонны) и крепят накладкой к pебpy колонны.
Опирание стропильных ферм на подстропильные выполнятся в большинстве случаев по шарнирной схеме. При неразрезных стропильных фермах для обеспечения жесткости узла необходимо перекрыть верхние пояса стропильных ферм накладкой, рассчитанной на восприятие усилия от опорного момента. В узле нижнего пояса это усилие прижимает фланец фермы к стойке, и дополнительные элементы для его восприятия не требуются.
Геометрические схемы основных типов стальных ферм, размеры перекрываемых ими пролетов и применение(в т.ч. уметь определять на рисунке); элементы фермы.
Стальные фермы могут быть различной формы и очертания, выбор типа ферм зависит он назначения и объемно-планировочного решения промышленного здания. Применяют фермы с параллельными поясами, полигональные, треугольные, с параллельными поясами с затяжкой, сегментные, параболические и др.
Фермы с параллельными поясами - для зданий с плоским покрытием, а также для устройства подстропильных конструкций. Их пролет до 60 м и более. Полигональные фермы устраивают при покрытиях с рулонной кровлей при пролетах до 36 м. Треугольные фермы дают возможность осуществить покрытия с крутыми кровлями из асбесто-цементных или стальных листов, вследствие чего высота ферм в середине пролета достигает значительных размеров, а это ограничивает их пролеты величиной 36-48 м. В массовом пром. строительстве применяют унифицированные полигональные фермы пролетом 24, 30 и 36 м с уклоном верхнего пояса 1:8 (рис. 25.8, а) и плоские с параллельными поясами (рис. 25.8, б), по которым устраивают рулонные кровли. В отдельных случаях такие фермы устраивают для перекрытия 18-метровых пролетов.
Фермы с крутыми скатами (рис. 25.8, в) используют для пролетов 18, 24, 30 и 36 м при кровлях из листовых материалов. Размеры панелей ферм унифицированы и соответствуют укрупненным модулям, т. е. 1,5 м. Высота полигональных ферм на опорах для всех пролетов принята одинаковой - 2,2 и 0,45 м при крутых скатных кровлях.
Большепролетные фермы (рис. 25.9) могут перекрывать пролеты до 90 м и иметь различные схемы решеток: треугольную, раскосную, крестовую и др. Выбор схемы решетки зависит от характера приложения нагрузки, очертания и высоты ферм.
Опирание ферм на стальные колонны может быть шарнирным и жестким. При шарнирном соединении (рис. 25.11, а) ферму опирают на оголовок колонны выступающим краем опорной фасонки, соблюдая центрирование элементов фермы и колонны. Для восприятия нагрузки верхнюю часть оголовка усиливают одним или двумя вертикальными ребрами. Опорный узел фермы соединяют, с колонной анкерными болтами, для чего оголовок заканчивают горизонтальной диафрагмой.
При жестком соединении нижний опорный узел фермы устанавливают на монтажный столик (рис. 25.11, б), представляющий собой обрезок крупного прокатного уголка, который прикрепляют к колонне болтами и сваркой. На рис. 25.11, в показано жесткое рамное соединение двух ферм смежных пролетов между собой и между фермой и колонной каркаса.
48. Обеспечение пространственной жесткости и устойчивости стального каркаса одноэтажного промышленного здания: виды связей и где устраиваются.
1-портальна вертикальна (шаг колонн 12м), крестовая (шаг 6м). Установка по каждому ряду только в середине температурного блока, чтобы температурные деформации наружных стен не приводили к местным разрушениям связей стеновых панелей.
Портальная связь шаг 12м. Связи выполняются из стальных прокатных элементов. Связи устанавливаются в подкрановых частях колонны или по всей высоте. В безкрановых зданиях или при высоте до 6м связи не устраиваются. Над крановой части связи устраиваются при тяжелой работе кранов.
2-Чтобы повысить жесткость диска покрытия в торцах температурного блока в крайних шагах устанавливаются вертикальные связи в покрытии. Верхний пояс связевой фермы крепится к верхнему поясу стропил. Нижний пояс к верху колонн.
Для кранов тяжелого режима работы тоже самое (вертикальные связи в покрытии). В центре температурного блока.
3-Вертикальные связи в покрытии не устанавливаются при скатной кровле и при высоте стропильных конструкций на опоре менее 0,9 м, а так же при наличие подстропильных конструкций.
4-Ж/б или стальные балки распорки опираются на сварные стойки а верхнем уровне колонн. Устанавливают по всем рядам колонн свободных от вертикальных связей. При использовании подстропильной конструкции, распорки устанавливаются только в крайних рядах.
Вследствие ограниченности длин проката, а также по транспортным условиям фермы больших пролетов (l > 18 м) приходится разбивать на отдельные отправочные элементы, назначая монтажные стыки, как правило, в середине пролета.
При конструировании стыков необходимо соблюдать основное правило стыкования: площадь сечения стыковых элементов должна быть не меньше площади сечения стыкуемых элементов. Стыки поясов ферм могут располагаться как в узлах, так и в панели. Расположение стыка пояса в узле более удобно, так как при этом часть фасонки используется в качестве стыкового элемента.
Простейшей конструкцией стыка является перекрытие поясных уголков стыковыми уголками того же профиля. На фигуре а показан сварной стык, а на фигуре б — клепаный стык нижнего пояса фермы. В сварном стыке полки стыкового уголка подрезают в целях избежания концентрации швов у перьев, а также для более равномерной передачи усилия.
Стык верхнего пояса, обычно устраиваемый в коньке фермы, можно осуществлять аналогично стыку нижнего пояса, перекрывая его гнутыми стыковыми уголками. На фигуре а показан такой стык, причем фасонка выпущена кверху для прикрепления фонарной конструкции. Этот стык, в котором по существу повторяется идея клепаных стыков, получил также и другое решение, показанное на фигуре б.
Здесь тавровое сечение фасонки полностью компенсирует сечение двух уголков. Желательно только размер h назначать с таким расчетом, чтобы центр тяжести тавровой фасонкй совпадал с осью поясных уголков; в случае несовпадения необходимо проверить фасонку не только на сжатие, но и на изгиб от момента, равного осевому усилию в поясе, умноженному на эксцентриситет е усилия относительно центра тяжести фасонки.
Для удобства наложения швов у обушков уголков пояса ширина горизонтальной планки не должна превышать 2h. Конструкция стыка по фигуре б удобна при монтаже благодаря наличию горизонтального столика, на который устанавливается конструкция фонаря.
Опорные узлы
Стропильные фермы могут опираться на кирпичные стены, железобетонные колонны или элементы стального каркаса промышленного здания — стальные колонны или подстропильные фермы. Конструкция прикрепления ферм к стальным колоннам и подстропильным фермам детально рассмотрена в гл. IX.
Опирание стропильных ферм на железобетонные колонны.
Пример опирания стропильной фермы на железобетонную колонну показан на фигуре. Опорная плита, обычно толщиной 16 — 20 мм, прикрепляется к колонне анкерными болтами диаметром 22 — 24 мм; размеры плиты определяют, исходя из расчетного сопротивления сжатию материала опоры. Отверстия в опорной плите делают в 2 — 3 раза больше диаметра анкерных болтов, учитывая возможные неточности в закладке последних.
Для ферм пролетом до 36 м требование подвижности опорных закреплений обычно не предъявляется.
Детали
Как уже указывалось, сжатые элементы ферм, состоящие из двух уголков, необходимо в промежутках между фасонками соединять друг с другом небольшими соединительными планками.
В противном случае под влиянием продольной сжимающей силы N каждый уголок, воспринимающий усилие N/2, может выгнуться независимо один от другого, так как у одиночного уголка минимальный радиус инерции относительно оси ξ значительно меньше, чем радиус инерции
При конструировании опорных узлов фермы должны быть соблюдены условия:
· направление реакции должно проходить через центр опорного узла;
· сжатый пояс должен проходить над опорой не прерываясь;
· узел должен обладать достаточной жёсткостью.
Опирание фермы на железобетонную колонну
Толщина опорной плиты принимается обычно равной. Расстояние от горизонтальной полки нижнего пояса до опорной плиты принимается не менее ширины полки для удобства сварки. Центрирование узла и опорной плиты производится на ось ребра жёсткости, толщина ребра жёсткости принимается равной толщине прокладки.
В опорной плите просверливают два отверстия, под анкерные болты М 24…М 27.
Ширина опорной плиты принимается.
Длина - определяется из условия прочности бетона при смятии.
Принимаем.
Проверка прочности при срезе сварных швов, прикрепляющих фасонке и рёбра жёсткости к опорной плите, приняв катет швов.
Расчётная длина сварных швов с учётом не провара:
Рабочее напряжение в швах.
Опирание фермы на металлическую колонну (сбоку)
Для обеспечения жёсткости к колонне крепят опорные узлы нижнего и верхнего пояса.
Опорный узел верхнего пояса состоит из фасонки фермы и опорного листа. Опорный узел нижнего и верхнего пояса центрируется на ось опорного листа. Опорный узел нижнего пояса состоит из фасонки фермы, опорного листа и опорного столика.
Зазор между стержнями фермы и опорным листом принимается не менее 50 мм.
Толщина опорного листа принимается не менее 20 мм, ширина - из условия расположения болтов, крепящих опорный лист к колонне, высота - из условия прочности сварных швов, крепящих фасонку фермы к опорному листу.
Опорный столик изготовляется в виде планки из листа или уголка с обрезной полкой. Ширина опорного столика больше ширины опорного листа на 10…20 мм, высота определяется из условия прочности сварных швов, крепящих опорный столик к колонне.
Нижний опорный узел.
Толщину опорного листа принимаем, ширину с отверстиями под болты М 24. Высоту принимаем на 50 мм больше высоты опорной фасонки.
Проверяем прочность сварных швов, прикрепляющих опорную фасонке к опорному листу, приняв катет шва, расчётную длину шва
Вывод: принятые размеры сварных швов удовлетворяют условию прочности при срезе.
Проверяем прочность опорного листа при смятии. Расчётное сопротивление при смятии определяем по таблице 8.2. с учётом коэффициента условия работы
Вывод: принятые размеры опорного листа удовлетворяют условию прочности при смятии. Ширину опорного столика принимаем:
Определяем высоту опорного столика из условия прочности сварных швов, крепящих опорный столик к колонне. Толщину опорного столика принимаем. Сварные швы, крепящие опорный столик принимаем с катетом.
Учитывая некоторый эксцентриситет в передаче нагрузки, расчёт ведём на опорную реакцию увеличенную на 25%, тогда требуемая расчётная длина одного сварного шва будет равна:
Рисунок 3.3
Рабочая длина сварного шва.
Принимаем высоту опорного столика.
Верхний опорный узел.
Размеры опорной фасонки принимаем конструктивно, из условия размещения сварных швов, крепящих верхний пояс, т.к. усилие в верхнем поясе равно нулю, то длину швов принимаем не менее ширины полки уголка.
Зазор между опорным листом и стержнем верхнего пояса не менее 50 мм. Высота фасонки определяется из условия наложения шва у обушка уголка, т.е. выпуск фасонки за обушок = 20 мм и развитие высоты фасонки в направлении узловой нагрузки (. Толщину опорного листа принимаем 20 мм, высоту - 270 мм, ширину 200 мм.
Проверяем прочность сварных швов, крепящих опорный лист к фасонке,приняв катет шва, расчётную длину шва
Вывод: принятые размеры сварного шва удовлетворяют условию прочности при срезе.
Конструирование ферм начинают с вычерчивания осевых линий, образующих геометрическую схему фермы.
Затем наносят контуры стержней так, чтобы осевые линии совпадали с центрами тяжести сечений. Для несимметричных сечений (тавров, уголков) привязки осей округляют до 5 мм.
Когда сечение пояса по длине фермы меняется, в геометрической схеме принимают одну осевую линию поясов и к ней привязывают элементы пояса. Для удобства опирания примыкающих элементов (для ферм перекрытий - настила или прогонов) верхнюю грань пояса сохраняют на одном уровне. Места изменения сечения поясов выносят от центра узла в сторону меньшего усилия. Резку стержней решетки производят нормально к оси стержня; для крупных стержней можно допустить косую резку для уменьшения размеров фасонок. Для снижения сварочных напряжений в фасонках, стержни решетки не доводят до поясов на расстояние равному » шести толщин фасонок, но не более 80 мм. Между торцами стыкуемых элементов поясов ферм, перекладываемых накладками, оставляют зазор не менее 50 мм.
Толщину фасонок выбирают в зависимости от действующих усилий (табл. 7.2). При значительной разнице усилий в стержнях решетки можно принимать две толщины в пределах отправочного элемента. Допустимая разница толщин фасонок в смежных узлах - 2 мм.
Размеры фасонок определяют по необходимой длине швов крепления элементов. Необходимо стремиться к простейшим очертаниям фасонок, чтобы упростить их изготовление и уменьшить количество обрезков.
Целесообразно унифицировать размеры фасонок и иметь на ферму не более одного-двух типоразмеров. Фермы пролетом 18 – 36 м разбивают на два отправочных элемента с укрупнительными стыками в средних узлах. Целесообразно для удобства укрупнительной сборки и изготовления проектировать так, чтобы правая и левая полуфермы были взаимозаменяемы.
Фермы из парных уголков
В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами (рис. а).
Усилие в элементе распределяется между швами по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня:
где b- ширина полки уголка;
z 0 - расстояние от центра тяжести уголка до его обушка.
а – крепление раскоса к фасонке; б – промежуточный узел;
в, г – опирание прогонов и плит
Рисунок – Узлы ферм из парных уголков
Для прокатных уголков в практических расчетах значения коэффициентов a 1 и a 2 можно принять по таблице.
Концы фланговых швов для снижения концентрации напряжений выводят на торцы стержня на 20 мм (рис. а). К поясу фасонки рекомендуется прикреплять сплошными швами минимальной толщины. Фасонки выпускают за обушки поясных уголков на 10...15 мм (рис.б). Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, при отсутствии узловых нагрузок рассчитывают на разность усилий в смежных панелях пояса (рис.б) N = N 2 – N 1 . В месте опирания на верхний пояс прогонов или кровельных плит (рис.в) фасонки не доводят до обушков поясных уголков на 10...15 мм.
Таблица – Распределение усилий между швами по обушку и перу
Чтобы прикрепить прогоны, к верхнему поясу фермы приваривают уголок с отверстиями для болтов. В местах опирания крупнопанельных плит, если толщина поясных уголков менее 10 мм при шаге ферм 6 м и менее 14 мм при шаге ферм 12 м, верхний пояс ферм для предотвращения отгиба полок усиливают накладками t = 12мм. Во избежание ослабления сечения верхнего пояса не следует приваривать накладки поперечными швами.
Если к узлу приложена сосредоточенная нагрузка (рис. в),то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на совместное действие продольного усилия (от разницы усилий в поясах) и сосредоточенной нагрузки. Условно усилие F передается на участки швов l 1 и l 2 . Напряжения в швах от этого усилия
; (1)
от продольного усилия
,
где Sl w - суммарная длина швов крепления пояса к фасонке.
Прочность шва проверяют на совместное действие усилий по формуле
При расчете узлов обычно задаются k f и определяют требуемую длину шва.
Фасонки ферм с треугольной решеткой следует конструировать прямоугольного очертания, а с раскосной решеткой – в виде прямоугольной трапеции.
Для обеспечения плавной передачи усилия и снижения концентрации напряжений угол между краем фасонки и элементом решетки должен быть не менее 15°. Стыки поясов необходимо перекрывать накладками, выполненными из уголков (рис.а) (при одинаковой толщине поясов) или листов (рис.б). Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют прокладками. Расстояние между прокладками должно быть не более 40 i для сжатых элементов и 80 i для растянутых, где i - радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной прокладке. При этом в сжатых элементах ставится не менее двух прокладок.
о - с уголковыми накладками, б - с листовыми накладками
Рис. - Узлы ферм с изменением сечения пояса:
Если уголки не соединены прокладками, то при расчете каждый уголок рассматривают отдельно, а его гибкость определяют, исходя из минимального для одного уголка радиуса инерции i min .
Конструкция опорных узлов ферм зависит от вида опор (металлические или железобетонные колонны, кирпичные стены и т.д.) и способа сопряжения (жесткое или шарнирное).
При свободном опирании ферм на нижележащую конструкцию опорный узел показан на рис. Давление фермы F R через плиту передается на опору. Площадь А пл определяют по несущей способности материала опоры:
где R оп - расчетное сопротивление материала опоры на сжатие.
Плита работает на изгиб от отпора материала опоры аналогично плите базы колонны.
Опорную плиту прикрепляют к опоре на анкерных болтах. Аналогично конструируют опорный узел при опирании фермы в уровне верхнего пояса (рис. б).
При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколенника) (см. рис.).
Опорное давление фермы передается с опорного фланца фермы через фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны. Опорный фланец для четкости опирания выступает на 10... 20 мм ниже фасонки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия: А³F R / R p ,
где R p - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки).
Рисунок – Свободное опирание фермы
Рис. – Опирание фермы на колонну сверху
Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нормальной точности (класс точности С или В) прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отверстия в фасонках делают на 5...6 мм больше диаметра болтов.
Для проектирования жесткого узла сопряжения фермы с колонной необходимо прикрепить ферму к колонне сбоку (рис.). При жестком сопряжении в узле возникает помимо опорного давления F R момент М. Передача этих усилий производится раздельно.
Опорное давление F R передается на опорный столик. Опорный столик делают из листа t=30...40 мм или при небольшом опорном давлении (F R ≤200...250 кН) из уголков со срезанной полкой. Опорный фланец прикрепляют к полке колонны на болтах грубой или нормальной точности, которые ставят в отверстия на 3...4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринять опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик.
Рис. - Примыкание фермы к колонне сбоку
Момент раскладывается на пару сил Н = М / h оп, которые передаются на верхний и нижний пояса фермы. В большинстве случаев опорный момент имеет знак минус, т.е. направлен против часовой стрелки. В этом случае усилие Н прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения на поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Болты ставят конструктивно (обычно б... 8 болтов диаметром 20...24 мм). Если в опорном узле возникает положительный момент, то усилие Нотрывает фланец от колонны и болты следует проверить на растяжение.
Загрузка...
