Розрахунок і конструювання сталевої стропильної ферми покриття промислового будинку (стр. 5 из 6)
Розглянемо для прикладу підбір перерізу нижнього поясу ферми при таких вихідних даних:
1) тип (вид) поперечного перерізу – парні кутики
2) поздовжня сила, що розтягує – N=550кН
3) lef,x=l=600cм i lef,у=l1=600см
4) Ry=240МПа=24кН/см2
5) δ=12мм
6) γn=1.
У відповідності з наведеними вище вказівками приймаємо для розтягнутого стержня нижнього поясу - λlim=120, γc=0,95.
За формулою(4.6):
,де (10-1) – переведення Ry з МПа в кН/см2.
За формулами (4.4):
, 
.За сортаментом приймаємо 2L 90×7, для яких:
A=2·12,3=24,6см2> Aпотр =24,12см2
іx=2,77см>іx,min=1,5см
іу=4,13см>іу,min=1,5см.
Перелік розтягнутих стержнів, які треба підібрати, наведений вище.
Після підбору перерізів елементів ферми необхідно зробити уніфікацію, тобто зменшення кількості різних калібрів профілів на одну ферму. Наприклад, якщо один стержень ферми прийнятий за розрахунком з 2L 63×4, а другий - з 2L 70×5, то обидва стержня можна прийняти з більшого профілю, тобто з 2L 70×5. При виконанні уніфікації бажано дотримуватись таких правил:
1) у фермах з труб і ГЗП, якщо різні стержні однієї ферми мають однаковий генеральний розмір d або h, (див.рис.4.1б,в), то їх товщини стінок t повинні бути однаковими або відрізнятись не менше, ніж на 2мм
2) у фермах з кутиків, якщо різні стержні однієї ферми мають однакову ширину полиці b (див.рис.4.1а), то їх товщини полиць t повинні бути однаковими.
Наприклад, якщо один стержень ферми прийнятий за розрахунком з 2L 100×7, а другий - з 2L 100×8, то обидва стержня можна прийняти з 2L 100×8.
Після виконання уніфікації кількість різних калібрів профілю на одну ферму повинно бути від чотирьох до восьми.
5. Проектування вузлів ферми
При виконанні курсового проекту треба спроектувати один вузол ферми.
5.1 Розрахунок і конструювання вузлів ферми з парних кутиків
Як було вказано раніше, вузли ферм з парних кутиків проектують за допомогою фасонок. Вони являють собою стальні пластини, що розташовані у межах вузла (див. рис.5.2в). До фасонки приварюються стержні, які сходяться у вузлі, кутовими фланговими швами. Найменування елементів кутика наведене на рис.5.1.
Рис.5.1 Елементи кутику
Розглянемо розрахунок і конструювання другого зліва вузла верхнього поясу, у якому сходяться стержні В1, В2, Р1 і Р2 (див. рис 3.1). Спочатку необхідно на кресленні зобразити осьові штрих-пунктирні лінії (рис.5.2а). Вони співпадають з центрами ваги перерізу, які знаходяться у точці перетинання осей Х-Х І У-У (див рис.4.1). Осьові лінії повинні перетинатися в однієї точці – центрі вузла. Їх взаємне розташування (кути φ1 і φ2) треба взяти з геометричної схеми ферми.
Потім на креслення наносять контурні лінії стержнів. Для цього необхідно:
1) за сортаментом знайти відстань від центру ваги перерізу до обушка zo (див. рис. 4.1а) для усіх стержнів, що сходяться у вузлі
2) округлити ці відстані кратно 5мм
3) паралельно осьовим лініям на відстанях zo з верхньої сторони провести контурні лінії №1, що позначають зовнішні грані стержнів по обушку (див. рис. 5.4б)
4) паралельно лініям №1 знизу на відстанях t і b (див. рис. 4.1а і 5.1) провести контурні лінії №2 і №3, що позначають відповідно внутрішню грань полиці кутика і крайню точку пера (див. рис 5.2б).
Рис.5.2 Послідовність побудови вузла ферми з парних кутиків
Кінці кутиків розкосів Р1 і Р2 повинні бути обрізані перпендикулярно до осьової лінії. При цьому, відстань між краями розкосів і верхнього поясу у світлі а (див. рис.5.2б) повинна бути не менше (6·δ – 20)мм та не більше 80мм. Тут δ, мм – товщина фасонки (див. рис.4.1), знайдена за таблицею 4.3.
При проектуванні вузла необхідно визначити розміри зварних швів, які кріплять до фасонки стержні, що сходяться у вузлі. Розкоси кріпляться до фасонки фланговими кутовими швами, які починаються у торця стержня (у точках А, В, С і D) і розташовуються паралельно осьовим лініям біля обушка і пера (див. рис 5.2в).
Потрібна довжина зварного шва на один кутик розкосу Р1 або Р2
- біля обушка (шов1 і шов3 на рис.5.2в)
(5.1)- біля пера (шов2 і шов4 на рис.5.2в)
(5.2)де N – поздовжня сила у розкосі від повного розрахункового навантаження за табл.3.2 (по абсолютній величині)
к – доля сили N, що приходиться на зварні шви біля обушка; для рівно поличних кутиків к=0,7
kfоб і kfп – катети кутових зварних швів відповідно біля обушка і пера
(β·Rω)min – менше із значень: βf·Rωf і βz·Rωz
βf і βz – коефіцієнти глибини проплавлення шва відповідно при зрізі по металу шва і металу межі сплавлення
Rωf і Rωz – розрахункові опори кутових швів на зріз відповідно по металу шва і металу межі сплавлення
γс=1 – коефіцієнт умов роботи конструкції
2 (у знаменнику) – кількість кутиків у стержні.
Значення kfоб і kfп повинні задовольняти вимогам п.12.8а,б [2]. Як правило, катет шва біля обушка kfоб приймають не більше товщини полиці (t) кутика, що приварюється. При виконанні курсового проекту можна прийняти kfоб=t. Катет шва біля пера kfп=t-(1...2)мм. У будь якому випадку kfоб≥4мм, kfп≥4мм.Шви, що кріплять кутики до фасонки, виконуються ручним зварюванням. Тоді, згідно з таблицею 34* [2] βf=0,7; βz=1.
Розрахунковий опір Rωf у відповідності з таблицею 56 [2] складає для електрода типа
Э42 – 180МПа
Э46 – 200МПа
Э50 – 215МПа.
При виконанні курсового проекту тип електрода прийняти самостійно.
Розрахунковий опір Rωz у відповідності з таблицею 3 [2] знаходиться за формулою:
, (5.3)де Run - нормативний тимчасовий опір сталі.
Якщо ферма виготовляється із сталі марки ВСт3пс6-1 за ТУ 14-1-3023-80, то за табл.51* [2] Run=370МПа=37кН/см2.
При використанні електрода типа Э42
βf·Rωf=0,7·180=126МПа
βz·Rωz=1·0,45·370=167МПа
(β·Rω)min=βf·Rωf=126МПа=12,6кН/см2.
Довжини зварних швів, що розраховані за формулами (5.1) і (5.2), треба округлити у більшу сторону кратно 1см. Вони повинні бути не менше 6см.
Знайдені значення lfоб і lfп для кожного розкосу треба відкласти від торця кутиків паралельно осьовій лінії стержня, тобто від точок А, В, С і D (див. рис 5.2б). Точки А1, В1, С1 і D1, що відповідають кінцям зварних швів, дозволяють визначити контур фасонки. Її необхідно проектувати таким чином, щоб на ній розмістились зварні шви, довжини яких розраховані за формулами (5.1) і (5.2). При цьому, форма фасонки повинна бути простою, наприклад у вигляді прямокутника. Щоб цього домогтися, фактичні довжини швів lfоб і lfп (див. рис 5.2в) можна прийняти більше знайдених розрахункових значень lfоб і lfп (див. рис 5.2б).
Креслення, наведені на рис 5.2, є пояснювальною схемою до розрахунку і конструювання, а не детальним кресленням вузла, що виконується у графічній частині проекту.
5.2 Розрахунок і конструювання вузлів ферми із замкнутих профілів (круглих труб і ГЗП)
Проектування вузлів ферми із замкнутих профілів має багато спільного з проектуванням вузлів ферми з парних кутиків. З іншого боку, у фермах із замкнутих профілів найбільш раціональними є безфасоночні вузли з безпосереднім примиканням стержнів решітки до поясів. Таку конструкцію вузлів можна прийняти при виконанні курсового проекту.
Розглянемо розрахунок і конструювання другого зліва вузла верхнього поясу, у якому сходяться стержні В1, В2, Р1 і Р2 (див. рис 3.1). Побудову вузла на кресленні починають з нанесення осьових штрих-пунктирних ліній, що співпадають з центрами ваги перерізу, (рис.5.5). Вони повинні перетинатися в однієї точці – центрі вузла.
Потім на креслення наносять контурні лінії стержнів. Для цього необхідно:
1) паралельно осьовим лініям з двох сторін від них на відстанях 0,5d для круглих труб або 0,5h для ГЗП (див. рис. 4.1б і в) провести контурні лінії №1, що позначають зовнішні кромки стержнів (рис. 5.5).
2) паралельно лініям №1 на відстані t (див. рис. 4.1б і в) від них провести штрихові лінії №2, що позначають невидимі внутрішні поверхні стержня (див. рис 5.5).
Рис.5.3 Схеми вузлів ферми з круглих труб (а) і ГЗП (б)
При проектуванні вузла необхідно перевірити міцність зварного шва, що кріпить розкіс решітки Р1 або Р2 до поясу за умовою:
(5.4)де 0,85 – коефіцієнт умов роботи шва, що враховує нерівномірність розподілення напружень за довжиною шва.