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

На деталировочном (рабочем) чертеже показывают фасад фермы, планы верхнего и нижнего поясов, вид сбоку. Узлы изображают на фасаде, причем для ясности чертежа узлы и сечения стержней вычерчивают в масштабе 1:10 на схеме осей фермы, вычерчен-

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"

Две последние цифры шифра	Длина стропильной фермы L (м)	Шаг стропильных ферм	Высота стропильной фермы h (м)	Марка стали

Таблица 2

Исходные данные для студентов специальности 270302 "Дизайн архитектурной среды"

Две последние цифры шифра	Длина стропильной фермы L (м)	Шаг стропильных ферм	Высота стропильной фермы h (м)	Марка стали

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)

	проката, мм	Нормативное сопротивление фасонногопроката, МПа		Расчетное сопротивление фасонного проката, МПа
		R уn	R un	R у	R u
	Св. 20 до 40
	Св. 20 до 30
	Св. 10 до 20 Св. 20 до 40
	Св. 10 до 20
	Св. 10 до 20
	Св. 10 до 20 Св. 20 до 40
	Св. 10 до 20 Св. 20 до 40

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)

Размеры, мм

сечения, см 2

Ось х – х

Ось у - у

Масса 1 м, кг

I x , см 4

W x , см 3

i x , см

S x , см 3

I y , см 4

W y , см 3

i y , см

Таблица 6

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

Размеры, мм

сечения, см 2

Ось х – х

Ось у - у

z 0 ,

Масса 1 м, кг

I x , см 4

W x , см 3

i x , см

S x , см 3

I y , см 4

W y , см 3

i y , см

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

Размеры, мм

сечения, см 2

Справочные величины для осей

Масса 1 м, кг

х – х

х 0 – х 0

у 0 – у 0

х 1 – х 1

z 0

I x , см 4

i x , см

I x 0 , см 4

i x 0 , см

I y 0 , см 4

i y 0 , см

I x 1 , см 4

Продолжение таблицы 7

Окончание таблицы 7

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

Таблица 8

Коэффициент устойчивости 

Условная гибкость	Коэффициент устойчивости		Условная гибкость	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

№ стержня

Расчетное усилие N , кН

Площадь сеченияA , см 2

Расчетная длина l x , см

Радиус инерции i x , см

Гибкость λ

Предельная гибкость [λ ]

Условная гибкость  

Коэффициент устойчивости 

Коэффициент условий работ γ с

Проверка сечения,

растяжение

прочность

устойчивость

Верх-ний пояс

} ┘└ 12512

21,51 < 23,75

Ниж-ний пояс

23,66 < 23,75

конструктивно

15,68 < 23,75

23,748< 23,75

┘└ 10010

Таблица 11

Расчет сварных швов

№ стержня		Усилие N , кН	Шов по обушку			Шов по перу
			N об , кН	, см	, см	N п , кН	, см	, см
	┘└ 10010

Таблица 12

Минимальные катеты швов (табл. 38* )

Вид соединения	Вид сварки	Предел текучести, МПа	Миним. катеты k f , мм, при толщине более толстого из свариваемых элементов t , мм
Тавровое с двусторонними угловыми швами; нахлёсточное и угловое
		Св. 430 до 530
	Автоматическая и полуавтоматическая
		Св. 430 до 530
Тавровое с односторонними угловыми швами
	Автоматическая и полуавтоматическая

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.

Общие сведения………………………………………..……………………
1. Исходные данные…………………………………………………………
2. Выбор основных расчетных характеристик……………………………
3. Расчет прогона покрытия…………………………………………………
4. Проектирование стропильной фермы…………………………………….
4.1. Определение нагрузок на ферму………………………………………..
4.2. Определение расчётных усилий в стержнях фермы…………………...
4.3. Подбор сечений стержней фермы………………………………………
4.4. Расчет сварных швов прикрепления раскоса и стоек к фасонкам……
Приложения…………………………………………………………………...
Литература…………………………………………………………………….

Страница 6

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

Расчет и конструирование узлов фермы производится в соответствии с требованиями, предъявляемые СНиП ll-23-81(91)*. Прикрепление элементов решетки из уголков к фаскам рекомендуется выполнять двумя фланговыми швами. При этом требуемые площади швов должны распределятся по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстоянию до оси стержня. Концы фланговых швов выводятся на торцы элементов на длину 20 мм. В расчетах долю усилия N, приходящуюся на фланговые швы обушка и пера, принимают в зависимости от типа уголка по таблице 6.1.

Таблица 6

Доля усилия N на сварные швы обушка и пера

Длины фланговых швов при расчете на условный срез по металлу шва с последующей проверкой по металлу границы сплавления рассчитываются по формулам

К поясам ферм фасонки крепятся сплошными швами. Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитываются на разность усилий в смежных панелях пояса

Nф = N2 - N1 ,(6.3)

Швы прикрепляющие фасонку к поясу, где приложена внешняя сосредоточенная сила (нагрузка), рассчитываются на усилие, определяемое по формуле

При опирании на верхний пояс строительных ферм крупнопанельных железобетонных плит, когда толщина полок уголков при шаге ферм 6 м составляет менее 10 мм, и при шаге ферм 12 м - менее 14 мм, целесообразно усиливать поясные уголки в местах опирания приваркой сверху опорных листов толщиной 10 - 12 мм.

Если уголки пояса прерываются в узле, они должны быть перекрыты накладками. Уголок с большим усилием заводится на 300-500 мм за центр узла, между соединяемыми поясами оставляется зазор 60-50 мм. Толщина накладки принимается не менее толщины фасонки, а площадь ее должна быть не менее площади выступающего пера меньшего пояса.

Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясам, рассчитываются на усилие в накладке

,(6.5), а, (6.6)

где у - напряжение в накладке, - условная расчетная площадь, равная сумме площадей накладок и части площади фасонки высотой 2в (в - ширина полки прикрепляемого уголка), Nр - расчетное усилие в элементе, равное 1,2N.

А швы, прикрепляющие уголки к фасонкам, - на расчетные усилия в поясах за вычетом усилия, передаваемого уголка на уголок накладкой: 1,2N1,2 - N1,2, но не менее чем 1,2N1,2/2.

При конструировании опорных узлов фермы приопирании на стойку сверху принимают толщину опорной плиты 16-25 мм, опорных ребер 10-14 мм. При опирании строительной фермы сбоку колонны принимают толщину опорного фланца фермы 16-20 мм, опорного столика 30-40 мм. Для четкости опирания опорный фланец выступает на 10-20 мм ниже фасонки опорного узла. Опорный фланец к полке колонны крепится на болтах грубой или нормальной точности, которые ставят в отверстие на 3 мм больше диаметра болтов.

При шарнирном опирании фермы на колонну длину сварных швов, прикрепляющих опорный фланец к фасонке, определяют по формуле

При опирании фермы сверху на колонну предварительно определяется реактивное давление под плитой

где Rb - расчетное сопротивление материала колонны;

Aоп - площадь опорной плиты.

Изгибающие моменты в опорной плите определяются как для пластинки, опертой на две стороны по формуле

где в - коэффициент, зависящий от соотношения в/а. Определяется по таблице 6.2.

Таблица 6.2.

Коэффициент в для расчета пластин, опертых на три или две стороны

Требуемая толщина плиты

Верхний узел крепления фермы обычно стремятся запроектировать так, чтобы линия действия силы проходила через центр фланца.

Расчет сварных швов.

Коэффициенты и расчетные сопротивления, принимаемые при расчете по металлу шва:

f = 0,9; wf = 1; Rwf = 240 МПа

f wfRwf = 0,91240 = 216 МПа,

где: Rwf - расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва, принимается по табл. 56 (СНиП II-23-81, Приложение 2)

f - коэффициенты для расчета углового шва по металлу шва, принимается по табл. 34 (СНиП II-23-81, Расчет соединений стальных конструкций)

При расчете по металлу границы сплавления

z = 1,05; wz = 1; Rwz = 0,45Run = 0,45490 = 220,5 МПа,

z wzRwz = 1,051220,5 = 231,5 МПа;

где: Run = 490 МПа - временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению по государственным стандартам и техническим условиям на сталь;

z - коэффициенты для расчета углового шва по металлу границы сплавления табл 56; Rwz - расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления;

f wfRwf = 216 МПа z wzRwz = 231,5 МПа,

Расчет ведем по металлу шва. Несущая способность сварных швов определяется прочностью металла сварного шва и вычисляется по формуле

где Nоб(п) - усилие, действующее на обушок (перо) уголков;

n - количество швов (n = 2); a - длина шва на непровар (а = 1-2 см); kf - катет сварного шва. kf, min kf kf, max,

где kf, min - минимальный катет шва, определяемый по табл. 38(СНиП II-23-81, 12. Общие требования по проектированию стальных конструкций)

kf, max - максимальный катет шва, равный: для шва по обушку 1,2 tуг; для шва по перу

kf, max = tуг - 1мм, при tуг 6мм; kf, max = tуг - 2мм, при tуг = 7 - 16мм; здесь tуг - толщина прикрепляемого уголка.

N=0,5*0,7*N - у обушка N=0,5*0,3*Ni - у пера

Результаты расчета размеров сварных швов сводим в табл. 6.3.

ферма сварной покрытие стержень

Таблица 6.3

Таблица расчета швов

Номер стержня			Шов по обушку	Шов по перу

Сварку не напряженного стержня 1 - 3 выполняем конструктивно соответственно с катетами швов по обушку 9 мм длиной 12 см, катетами швов по перу 6мм длиной 8см.

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.

г9 - высота катета шва (см. рис. 8.7). Минимальные катеты швов - см. табл. 38* СНиП П-23-81*. 3. Особенности расчета угловых швов при прикреплении уголков При расчете прикрепления уголков угловыми сварными швами учитывают, что усилие, действующее на уголок, прикладывается к его центру тяжести и при приварке уголка к фасонке распределяется между швами, выполненными по обушку и по перу уголка (рис. 8.8). Распределение усилия происходит пропорционально площадям, отсеченным у уголка на разрезе линией центра тяжести. В равнополочных уголках на швы по обушку приходится 70% усилия, на швы по перу 30%. Соответственно, при одинаковых по высоте катетах шва длина шва по обушку составит 70%, а по перу 30% от общей длины шва. Общая длина шва определяется по формулам расчета угловых сварных швов.

Шов по перу уголка

Рис. В.В. ГГрикраплвнив угловыми сварными швами уголка

Высота катета шва «гпо перу уголка обычно принимается меньше на 2 мм толщины уголка г, по обушку уголка высота катета назначается не более 1,2а Высоты катетов швов по перу уголка и по обушку могут назначаться одинаковыми с учетом требований п.12.8 СНиП П-23-81". Расчетная длина углового сварного шва принимается не менее 41 ли не менее 40 мм. - 4. Расчет сварных соединений на действие изпгбанвнего момента

В случае воздействия изгибающего момента на сварное соединение расчет производится в зависимости от вида сварных швов. При воздействии на стыковые швы момента Мв плоскости, перпендикулярной плоскости шва (рис. 8.9, о), расчет выполняется по формуле о =М/Иl

(8.4) где И"„- момент сопротивления расчетного сечения шва;