стальной каркас. КП МК Стальной каркас одноэтажного производственного здания ПЗ. Стальной каркас одноэтажного производственного здания

• Название: Стальной каркас одноэтажного производственного здания
• Анкор: стальной каркас
• Дата: 13.06.2022
• Размер: 6.69 Mb.
• Имя файла: КП МК Стальной каркас одноэтажного производственного здания ПЗ .doc
• Тип: Пояснительная записка; #587882
• страница: 6 из 9

3.5. Расчет и конструирование узлов фермы

3.5.1. Прикрепление раскосов и стоек к узловым фасонкам

С тержни решетки из парных уголков прикрепляются к узловым фасонкам угловыми швами по обушку и по перу (рисунок 15).

Величина усилий N_n и N_об определяется по формуле:

N_n=*N/2;

N_об=(1-)*N/2,

где: =z₀/b (для равнобоких уголков приближенно можно принять =0,3) ;

N - расчетное усилие.

Рисунок 15. Узел крепления уголка к фасонке

Требуемую длину сварных швов определяем из условия прочности угловых швов на условный срез по металлу шва:

,

,

где: R_wf=180 МПа - расчетное сопротивление углового шва из стали С245;

_f - коэффициент глубины проплавления. (для автоматической и полуавтоматической сварки электродной проволокой диаметром 1,4…2 мм: _f=0,9 при k_f=3…8 мм; _f=0,8 при k_f=9…12 мм; _f=0,7 при k_f=14…16 мм),

k_f^об, k_f^п - катеты швов соответственно по обушку и по перу:

k_f^об1,2*t^min,

k_f^пt_уг-,

где t^min – толщина фасонки или полки уголка;

t_уг – толщина полки уголка,

=1 мм для уголков с размерам до ∟90х7 включительно, =2 мм для уголков большего размера.

Минимальная длина швов:

l _w^мин=4*k_f,

l_w^мин=40 мм.

Расчет угловых сварных швов произведен в таблице 6.

Таблица 6

Расчет угловых сварных швов

№ стержня	Сечение, мм		Расчетное усилие, кН	Шов по обушку					Шов по перу
	b	t		kfоб max, мм	kfоб, мм	Nоб, кН	fоб	lwоб, мм	, мм	kfп max, мм	kfп, мм	Nn, кН	fп	lwп, мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
В-1	125	9	245.07	10.8	8	85.77	0.9	76.2	2	7	6	36.76	0.9	47.8
Г-3, Д-4	125	9	-460.43	10.8	8	-161.15	0.9	134.3	2	7	6	69.06	0.9	81.1
Е-6	125	9	-620.07	10.8	8	-217.02	0.9	177.5	2	7	6	93.01	0.9	105.7
А-2	100	7	258.78	8.4	6	90.57	0.9	103.2	2	5	4	38.82	0.9	69.9
А-5	100	7	582.26	8.4	8	203.79	0.9	167.2	2	5	5	87.34	0.9	117.8
1-2	110	8	-406.03	9.6	8	-142.11	0.9	119.7	2	6	6	60.90	0.9	72.7
2-3	63	6	311.68	7.2	6	109.09	0.9	122.2	1	5	5	46.75	0.9	67.7
4-5	100	7	-199.23	8.4	8	-69.73	0.9	63.8	2	5	5	29.88	0.9	46.9
5-6	50	5	85.33	6.0	6	29.87	0.9	40.7	1	4	4	12.80	0.9	40.0
3-4	63	6	-84.02	7.2	6	-29.41	0.9	40.3	1	5	5	12.60	0.9	40.0
6-7	63	6	-84.02	7.2	6	-29.41	0.9	40.3	1	5	5	12.60	0.9	40.0

Для уменьшения сварочных напряжений в фасонках принимают минимальное расстояние (см. рисунок 15):

a=6*t_ф-20,

где t_ф=12 мм – толщина фасонки.

a=6*12-20=52 мм, принимаем кратно 5 мм в большую сторону, а=55 мм.

Для плавной передачи усилий от стержня к фасонке угол между краями фасонки и уголка принят не менее 15.

3.5.2. Расчет и конструирование опорных узлов

Верхний опорный узел (рисунок 16).

В опорном сечении фермы возникает отрицательный момент (-M_max). Для расчета узла опорный момент заменяем парой сил H:

H=I-M_maxI/h_0,

где: h₀=3.1 м - плечо для двускатных ферм.

H=765.8526/3.1=247.05 кН.

Требуемую площадь болтов нормальной точности определяем по формуле:

ΣA_b=H/R_bt,

где: R_bt - расчетное сопротивление болта на растяжение, принимаемое в зависимости от класса болта. Принимаем класс болтов 5.6 (R_bt=210 МПа).

ΣA_b=247.05/210=1176.4 мм².

Минимальное количество болтов:

n=ΣA_b/A,

где А=303 мм² - площадь сечения одного болта по нарезке резьбы болта с наружным диаметром d_нар=22 мм.

n=1176.4/303=3.9, принимаем n=4.

Болты устанавливают симметрично относительно центра узла с соблюдением конструктивных требований, в результате определяется длина фланца. Толщину фланца определяем из условия прочности на изгиб, рассматривая его как балку с защемленными опорами пролетом b (а – длина фланца):

,

t_фл=(3*247.05*90*1000/(4*280*240))^0,5=15.8 мм < t_фл^min=16 мм, принимаем t_фл=16 мм.

Швы, прикрепляющие фасонку к фланцу, работают на срез. Так как длина швов известна, то при заданной толщине шва k_f можно проверить прочность:

,

или из условия прочности определить k_f:

,

k_f≥247.05*10³/(0.9*180*2*(280-10)=2.8 мм, принимаем k_f=5 мм.

Требуемая длина сварных швов из условия прочности угловых швов на условный срез по металлу шва определена в таблице 6 для стержня В-1.

Рисунок 16. Верхний опорный узел

Нижний опорный узел (рисунок 17).

Толщину фланца нижнего опорного узла принимаем равной толщине фланца верхнего опорного узла: t_фл=16 мм. Ширину фланца принимаем конструктивно: b_фл=180 мм.

Проверяем условие прочности торцевой поверхности на смятие:

,

где R_р – расчетное сопротивление на смятие торцевой поверхности с пригонкой по ГОСТ 27772-88, R_р=360 МПа;

V=V_s+V_g=336.10 кН – опорная реакция фермы.

σ=336.10*10³/(180*16)=116.7 МПа < R_р=360 МПа.

В швах, прикрепляющих фасонку к фланцу, возникают срезающие напряжения:

– от опорной реакции вдоль шва:

,

τ_w^v=336.10*10³/[2*(450-10)*0.9*6]=70.7 МПа;

– от распора Н перпендикулярно шву:

,

τ_w^H=247.05*10³/[2*(450-10)*0.9*6]=52.0 МПа;

– от изгибающего момента вследствие эксцентричного действия силы H, создающей момент M=e*H:

,

τ_w^M=6*150*247.05*10³/[2*(450-10)²*0.9*6]=106.3 МПа.

Прочность швов при условном срезе проверяют по формуле:

,

τ_ef=[70.7²+(52.0+106.3)²]^0.5=173.4 МПа < R_wf=180 МПа - условие прочности выполняется.

Для крепления фермы к колонне предусматривают болты нормальной точности, которые работают на растяжение. С целью унификации наружный диаметр болтов нижнего узла принимают, как и для верхнего - d_нар=22 мм.

Опорный столик передает опорную реакцию V на колонну. Из условия прочности сварных швов на срез при известном значении катета шва определяем длину столика:

мм,

где 2/3 - учитывает возможный эксцентриситет приложения опорной реакции.

l_ст=2/3*336.10*10³/(0.9*10*180)+10=148.3 мм. Принимаем l_ст=160 мм.

Ширину столика принимаем конструктивно:

b_s=b_фл+(50…100) мм,

b_s=180+40=220 мм.

Рисунок 17. Нижний опорный узел

3.5.3. Расчет и конструирование узлов укрупнительного стыка

Для фермы пролетом 24 м рассчитывают два узла укрупнительного стыка – верхний и нижний. Стык поясов осуществляем с помощью листовых накладок. Размеры сечения горизонтальных накладок и фасонки подбираем из условия их равнопрочности с перекрываемыми вертикальными и горизонтальными полками пояса.

Верхний стык (рисунок 18).

Площадь сечения горизонтальной листовой накладки:

A_г.н=b_г.н*t_г.нb_уг*t_уг.

Из конструктивных соображений имеем:

b_г.н=b_уг-40+(20…30),

b_г.н=125-40+30=115 мм.

Толщина накладки:

t_г.н≥b_уг*t_уг/b_г.н,

t_г.н≥125*9/115=9.8 мм, по ГОСТ 82-70* принимаем t_г.н=10 мм, тогда

A_г.н=115*10=1150 мм².

Длину сварных швов, прикрепляющих накладки к полкам уголков по одну сторону от узла, определяем по формуле:

,

где: N_г.н=A_г.н*R_у=1150*240/10³=276 кН,

R_wf=180 МПа для сварки Св-08А.

l_w^тр=276*10³/(0,9*6*180)+20=304.0 мм.

Полученный шов распределяем вдоль пера и по скосу (приблизительно 3:2).

Усилие вертикальных полок уголков передается через сварной шов на фасонку, затем на вертикальную накладку. Расчет сварных швов прикрепления полок уголков к фасонке приведен в таблице 6.

Высоту фасонки определим из условия ее равнопрочности с вертикальными полками уголков:

А_ф=h_ф^факт*t_ф≥2*А_в.п=2*b_уг*t_уг,

откуда высота фасонки:

h_ф^факт≥2*b_уг*t_уг/t_ф.

h_ф^факт≥2*125*9/12=187.5 мм, примем h_ф^факт=272 мм, тогда А_ф^факт=272*12=3264 мм².

Проверим условие прочности фасонки:

,

σ=-620.07/(2*1150+3264)=111.4 МПа < 240 МПа.

Длину и толщину одной вертикальной накладки определяем из условия равнопрочности фасонки и накладки:

l_{в н}≥0,5*h_ф^факт,

t_{в н}≥0.5*t_ф,

l_{в н}≥0,5*272=186.0 мм, примем l_{в н}=200 мм,

t_{в н}≥0,5*12=6.0 мм, примем, для унификации t_{в н}=6 мм.

Катет шва прикрепления вертикальной накладки и фасонки определим из условия равнопрочности:

2*β_f*k_f*R_wf≥t_н*R_y,

откуда требуемый катет шва:

β_f*k_f=t_н*R_y/(2*R_wf),

β_f*k_f=6*240/(2*180)=4 мм, примем k_f=5 мм.

Рисунок 18. Верхний укрупнительный стык

Нижний стык (рисунок 19).

Из конструктивных соображений имеем:

b_г.н=100-40+30=90 мм.

Толщина накладки:

t_г.н≥100*7/90=7.8 мм, по ГОСТ 82-70* принимаем t_г.н=8 мм, тогда A_г.н=90*8=720 мм².

N_г.н=720*240/10³=173 МПа.

l_w^тр=173*10³/(0,9*6*180)+20=233.3 мм.

Расчет швов прикрепление вертикальных полок к фасонке см. таблицу 6.

Высота фасонки:

h_ф^факт≥2*100*7/12=116.7 мм, примем h_ф^факт=272 мм, тогда А_ф^факт=272*12=3264 мм².

Проверим условие прочности фасонки:

,

σ=582.26/(2*720+3264)=123.8 МПа < 240 МПа.

Определяем длину и толщину одной вертикальной накладки из условия равнопрочности фасонки и накладки:

l_{в н}≥0,5*h_ф^факт=0,5*272=186.0 мм, примем l_{в н}=200 мм,

t_{в н}≥0,5*t_ф=0,5*12=6.0 мм, примем t_{в н}=6 мм.

Требуемый катет шва:

β_f*k_f=6*240/(2*180)=4 мм, примем k_f=5 мм.

Рисунок 19. Нижний укрупнительный стык