Стальной каркас одноэтажного производственного здания (стр. 4 из 7)
Nn=g*N/2;
Nоб=(1-g)*N/2,
где: g=z0/b (для равнобоких уголков приближенно можно принять g=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: Rwf=180 МПа - расчетное сопротивление углового шва из стали С245;
bf - коэффициент глубины проплавления. (для автоматической и полуавтоматической сварки электродной проволокой диаметром 1,4…2 мм: bf=0,9 при kf=3…8 мм; bf=0,8 при kf=9…12 мм; bf=0,7 при kf=14…16 мм),
kfоб, kfп - катеты швов соответственно по обушку и по перу:
kfоб£1,2*tmin,
kfп£tуг-d,
где tmin – толщина фасонки или полки уголка;
tуг – толщина полки уголка,
d=1 мм для уголков с размерам до ∟90х7 включительно, d=2 мм для уголков большего размера.
Минимальная длина швов:
lwмин=4*kf,lwмин=40 мм.
Расчет угловых сварных швов произведен в таблице 6.
Для уменьшения сварочных напряжений в фасонках принимают минимальное расстояние (см. рисунок 15):
a=6*tф-20,
где tф=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 (-Mmax). Для расчета узла опорный момент заменяем парой сил H:
H=I-MmaxI/h0,
где: h0=3.1 м - плечо для двускатных ферм.
H=765.8526/3.1=247.05 кН.
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 | bfоб | lwоб, мм | , мм | kfп max, мм | kfп, мм | Nn, кН | bfп | 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 |
Требуемую площадь болтов нормальной точности определяем по формуле:
ΣAb=H/Rbt,
где: Rbt - расчетное сопротивление болта на растяжение, принимаемое в зависимости от класса болта. Принимаем класс болтов 5.6 (Rbt=210 МПа).
ΣAb=247.05/210=1176.4 мм2.
Минимальное количество болтов:
n=ΣAb/A,
где А=303 мм2 - площадь сечения одного болта по нарезке резьбы болта с наружным диаметром dнар=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):
,tфл=(3*247.05*90*1000/(4*280*240))0,5=15.8 мм < tфлmin=16 мм, принимаем tфл=16 мм.
Швы, прикрепляющие фасонку к фланцу, работают на срез. Так как длина швов известна, то при заданной толщине шва kf можно проверить прочность:
,или из условия прочности определить kf:
,kf≥247.05*103/(0.9*180*2*(280-10)=2.8 мм, принимаем kf=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: tфл=16 мм. Ширину фланца принимаем конструктивно: bфл=180 мм.
Проверяем условие прочности торцевой поверхности на смятие:
,где Rр – расчетное сопротивление на смятие торцевой поверхности с пригонкой по ГОСТ 27772-88, Rр=360 МПа;
V=Vs+Vg=336.10 кН – опорная реакция фермы.
σ=336.10*103/(180*16)=116.7 МПа < Rр=360 МПа.
В швах, прикрепляющих фасонку к фланцу, возникают срезающие напряжения:
– от опорной реакции вдоль шва:
,τwv=336.10*103/[2*(450-10)*0.9*6]=70.7 МПа;
– от распора Н перпендикулярно шву:
,τwH=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:
,τwM=6*150*247.05*103/[2*(450-10)2*0.9*6]=106.3 МПа.
Прочность швов при условном срезе проверяют по формуле:
,τef=[70.72+(52.0+106.3)2]0.5=173.4 МПа < Rwf=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 - dнар=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.
lст=2/3*336.10*103/(0.9*10*180)+10=148.3 мм. Принимаем lст=160 мм.
Ширину столика принимаем конструктивно:
bs=bфл+(50…100) мм,
bs=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:
Aг.н=bг.н*tг.н³bуг*tуг.
Из конструктивных соображений имеем:
bг.н=bуг-40+(20…30),
bг.н=125-40+30=115 мм.
Толщина накладки:
tг.н≥bуг*tуг/bг.н,
tг.н≥125*9/115=9.8 мм, по ГОСТ 82-70* принимаем tг.н=10 мм, тогда
Aг.н=115*10=1150 мм2.
Длину сварных швов, прикрепляющих накладки к полкам уголков по одну сторону от узла, определяем по формуле:
,где: Nг.н=Aг.н*Rу=1150*240/103=276 кН,
Rwf=180 МПа для сварки Св-08А.
lwтр=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:
Аф=hффакт*tф≥2*Ав.п=2*bуг*tуг,
откуда высота фасонки:
hффакт≥2*bуг*tуг/tф.
hффакт≥2*125*9/12=187.5 мм, примем hффакт=272 мм, тогда Аффакт=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:
lв н≥0,5*hффакт,
tв н≥0.5*tф,
lв н≥0,5*272=186.0 мм, примем lв н=200 мм,