Узлы ферм из открытых гнутых профилей

Фермы из открытых гнутых профилей могут выполняться без фасонок, раскосы примыкают с двух сторон внахлестку к поясу и привариваются фланговыми швами (рис.50а). Если высота пояса недостаточна,

 

Рис. 48 Опорные узлы трубчатых ферм.

 

Рис. 49 Узлы ферм из замкнутых гнутосварных профилей.

 

то к нему в двух плоскостях стыковыми швами приваривают фасонки, к которым прикрепляют стержни решетки (рис.50б).

Опорные узлы должны иметь жесткую опорную стойку, состоящую из вертикальных ребер и горизонтальной опорной плиты, распределяющей давление фермы на опору (рис.50в).

В приложении 4 приведены узлы cопряжений ферм с различными конструкциями зданий.

 

1. Оформление рабочего чертежа легких ферм (КМД)

На деталировочном чертеже (КМД) показывают:

- фасад отправочного элемента;

- планы верхнего и нижнего поясов;

- вид сбоку;

- разрезы.

Узлы вычерчиваются на фасаде в масштабе:

- оси элементов, расстояния между узлами – 1:20; 1:30;

- поперечные сечения элементов, размеры фасонок – 1:10; 1:15;

Основными размерами узла в сварных фермах являются расстояния от центра узла до торцов стержней решетки и до края фасонки.

 

Длины стержней решеток, размеры фасонок назначаются кратными 10 мм.

На чертеже показываются размеры сварных швов и расположение монтажных отверстий под болты.

На деталировочном чертеже размещаются спецификация деталей для каждого отправочного элемента (табл.6) и таблица заводских швов или болтов.

В примечании указываются особенности изготовления конструкции.

Рис. 50 Узлы ферм из гнутых профилей открытого типа.

 

Ведомость элементов.

Таблица 8

Марка	Сечение	Опорные усилия	Группа конструкции	Марка стали	Примечание
Эскиз	Позиция	Состав	М, кН/м2	Q, кН	N, кН
Ф-1		8 мм
Указывается марка элемента, например, ферма «Марка» - Ф-1
			8 мм
Указывается эскиз, например…
					8 мм
Указываются усилия на опоре элемента, для расчета узлов сопряжения с другими конструкциями. Например, швов, болтов.
			8 мм
Указывается группа конструкции согласно табл.50/1/, например, стержни фермы 2 группе конструкций.
	09Г2С		8 мм
Указывается принятая марка стали, например, для фермы 09Г2С
Цифрами указаны размеры колонок и строчек в мм
15 мм	35 мм	10 мм	25 мм	15 мм	15 мм	15 мм	10 мм	20 мм	25 мм	8 мм

 

Спецификация металла

Таблица 9

Отправоч. марка	Сбороч. марка	Количество, шт	Сечение, мм	Длина, м	Масса, кГ	Примечание	15 мм
Т	Н	шт.	общ.	марки
Ф-1				┐┌ 70*70*5	3,45	18,6	37,2
Ф-1		8 мм
Указывается марка элемента, например для фермы Ф-1
			8 мм
Указывается позиция элемента на марке, например, раскос сборочная марка 3
				8 мм
Указывается количество элементов «Таких» и кол. элементов «Наоборот», (левых и правых), например, раскос «Таких» 1 шт. и с другой стороны стенки «Наоборот» 1 шт.
	– 360*10		8 мм
	┐┌ 70*70*5		8 мм
Указывается сечение элемента, например, фасонка – лист размерами 360 мм на 10 мм, раскос – парный уголок сечением ┐┌70*70*5; типы сечений элементов из уголков: └ ┘; ┘└; ┐┌; ┐└
	0,280		8 мм
	3,45		8 мм
Указывается максимальная длина элемента, расстояние между торцами элемента, например, длина ребра 280 мм; длина раскоса 3,45 м;
	11,3		8 мм
	18,6		8 мм
Указывается масса одной сбороч. марки, например, масса листового элемента - объем * на плотность стали: (0,36*0,01*0,40)*7850=11,3 кГ; масса прокатного элемента – длина * на массу 1 м данного проката (сортамент) 3,45*5,38=18,6 кГ
	15,6
Указывается суммарная масса сборочной марки, масса одного элемента * на количество, например, сбор. марка раскоса 3 – 11,3 кГ * 2 шт=22,6 кГ
	432,8		8 мм
Указывается масса отправочного элемента, суммируются массы всех сборочных марок, например, масса фермы
	торец фрезеровать	8 мм
Указывается способ обработки элемента, например, торец ребра для плотного примыкания фрезеровать. Способы обработки элемента: торцы – фрезеруют; плоскости – строгают.
Цифрами указаны размеры колонок и строчек в мм
15 мм	10 мм	7,5	7,5	35 мм	20 мм	15 мм	15 мм	15 мм	30 мм	8 мм

1. Пример расчета стропильной фермы.

 

Дано: Район строительства г.Екатеринбург.

Здание - холодное.

Пролет - 15 м.

Высота помещения - 10.8 м.

Длина здания - 48 м.

Тип фермы - 3 (см варианты заданий приложение 3).

Тип решетки - 2 (приложение 3).

Рис. 38 Ферма.

 

Сбор нагрузок на ферму

- Постоянная нагрузка

Нагрузка на 1 м² кровли

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2, qн	Коэффициент надежности по нагрузке, γf	Расчетная, кН/м2, q= γf qн
	Настил	0,178	1,05	0,187
	Ферма	0,16	1,1	0,176
	Прогоны	0,1	1,1	0,11
	Связи	0,03	1,1	0,033
	Итого	∑qн =0,468		∑q =0,506

 

Расчетная узловая нагрузка от веса покрытия:

где g_ф +g_кр =∑q =0,506, кН/м²;

α =11^о, cos α =0,98;

b = 6 м;

d₁ = d₂ =2.5 м;

γ_n =0,95 (прил.7/3/).

 

- Временная нагрузка

Снеговая нагрузка

Расчетная узловая нагрузка от воздействия снега:

где s_o=1,5 кН/м² для г.Екатеринбурга район IY (табл.4/2/);

γ_f=1,6 п.5.7/3/;

μ =1 п.5.3/2/, при α =11^о.<25^о.

Рис.39 Диаграммы усилий от вертикальной единичной нагрузки

 

Ветровая нагрузка

При шарнирном сопряжении на ферму передаются усилия от ветровой нагрузки.

Давление ветра на боковую поверхность фермы:

,

где ω₀ =0,3 кН/м² п.6.4./3/ для г.Екатеринбурга, район II;

с =0,6 для пассивного давления;

с =0,8 для активного давления п.6.6/3/;

k=1 для типа местности А, высота до низа фермы 10,8 м п.6.5/3/;

k=1,09 при высоте верха фермы 14,3 м;

γ_f =1.4 п.6.11/3/.

Ферма несимметричная, необходимо определить усилия в стержнях фермы при действии ветра слева и справа.

 

Ветер слева.

Активное давление ветра на уровне низа фермы:

Активное давление ветра на уровне верха фермы:

Пассивное давление ветра на уровне низа фермы:

Пассивное давление ветра на уровне верха фермы:

Площадь трапеции активного давления ветра:

Площадь трапеции пассивного давления ветра:

где h =1,5 м, высота фермы на опоре.

Расчетная узловая нагрузка от активного действия ветра на верхней точке опорной части фермы:

Расчетная узловая нагрузка от активного действия ветра на нижней точке опорной части фермы:

Расчетная узловая нагрузка от пассивного действия ветра на верхней точке опорной части фермы:

Расчетная узловая нагрузка от пассивного действия ветра на нижней точке опорной части фермы:

где 1,5 – высота фермы на опоре, м; 0,7; 0,8 – положение ц.т. ветровой нагрузки, м.

 

Определение аэродинамических коэффициентов на покрытии (приложение 4, схема 2/2/),.

h/l = 12.3/15 = 0.82;

Угол с наклона верхнего пояса наветренной стороны: α = 10 град;

Угол с наклона верхнего пояса подветренной стороны: β = 20 град;

;

;

 

Давление ветра на верхнем поясе наветренной стороны покрытия фермы:

Давление ветра на верхнем поясе подветренной стороны покрытия фермы:

;

Расчетная узловая нагрузка на верхнем поясе наветренной стороны покрытия фермы:

1,25 – размер панелей верхнего пояса наветренной стороны покрытия фермы.

Расчетная узловая нагрузка на верхнем поясе подветренной стороны покрытия фермы:

1,35 – размер панелей верхнего пояса наветренной стороны покрытия фермы.

 

 

 

Рис.40 Усилия на ферму от действия ветра слева

 

Рис.41 Узловые усилия от действия ветра слева с опорными реакциями

 

Рис.42 Диаграмма усилий от ветровой нагрузки. Ветер слева.

 

Ветер справа.

Активное давление ветра на уровне низа фермы:

Активное давление ветра на уровне верха фермы:

Пассивное давление ветра на уровне низа фермы:

Пассивное давление ветра на уровне верха фермы:

Площадь трапеции активного давления ветра:

Площадь трапеции пассивного давления ветра:

где h =1,5 м, высота фермы на опоре.

Расчетная узловая нагрузка от активного действия ветра на верхней точке опорной части фермы:

Расчетная узловая нагрузка от активного действия ветра на нижней точке опорной части фермы:

Расчетная узловая нагрузка от пассивного действия ветра на верхней точке опорной части фермы:

Расчетная узловая нагрузка от пассивного действия ветра на нижней точке опорной части фермы:

где 1,5 – высота фермы на опоре, м; 0,7; 0,8 – положение ц.т. ветровой нагрузки, м.

 

Определение аэродинамических коэффициентов на покрытии (приложение 4, схема 2/2/),.

h/l = 12.3/15 = 0.82;

Угол с наклона верхнего пояса наветренной стороны: α = 20 град;

Угол с наклона верхнего пояса подветренной стороны: β = 10 град;

;

;

 

Давление ветра на верхнем поясе наветренной стороны покрытия фермы:

Давление ветра на верхнем поясе подветренной стороны покрытия фермы:

;

Расчетная узловая нагрузка на верхнем поясе наветренной стороны покрытия фермы:

1,35 – размер панелей верхнего пояса наветренной стороны покрытия фермы.

Расчетная узловая нагрузка на верхнем поясе подветренной стороны покрытия фермы:

1,25 – размер панелей верхнего пояса подветренной стороны покрытия фермы.

 

Рис.43 Усилия на ферму от действия ветра справа

 

Рис.44 Узловые усилия от действия ветра справа

 

Рис.45 Диаграмма усилий от ветровой нагрузки. Ветер справа

 

Результаты графического расчета приведены в табл. «Расчет усилий в стержнях фермы».

В таблице производим расчет максимального усилия растяжения и сжатия в каждом стержне.

По полученным усилиям подбираем сечения растянутых и сжатых стержней, производим проверки прочности для сжатых стержней:

для растянутых стержней:

проверка жесткости:

λ_x(y)=l_x(y)/i_x(y)≤[λ].

Результаты расчета и проверок приведены в табл. «Подбор сечений стержней фермы».

Для построения узлов фермы и определения габаритов фасонок определяем длины сварных, соединяющих стержни.

Назначаем характеристики швов:

Сварка полуавтоматическая. Сварочная проволока Св 08. Расчетные характеристики сварного углового шва:

R_w¦=180 МПа – табл. 56/1/; g_w¦=1 – п. 11.2/1/; g_с=1–табл. 6/1/; b_¦=0,9–табл. 34/1/;

R_wz=0,45R_un=0,45×365=164,3 МПа – табл. 3/1/; g_с=1 – табл. 6/1/; g_wz=1–п. 11.2/1/; b_z=1,05 – табл. 34/1/;

Принимаем k_¦=5 мм (табл. 38/1/),.

Расчетные характеристики сварного углового шва:

разрушение по металлу шва

разрушение по границе сплавления:

Длина сварного шва определяется из выражения:

;

Полученные длины сварных швов приведены в таблице «Расчетные длины сварных швов»

 

Расчет усилий в стержнях фермы Таблица

№ стержня	Усилия, Р=1	Усилия от постоян нагр, Р=8,04, кН	Усилия от снеговой нагрузки, Р=41,04, кН	Усилия от ветровой нагрузки	Расчетные усилия, максимальные, Nmax, кН
слева	справа
ψ=1	ψ=0,9	ψ=1	ψ=0,9	ψ=1	ψ=0,9	№ усилий	Сжатие: (-)	Растяжение: (+)
№ усилий		2а	2б	3а	3б	4а	4б
Верхний пояс
А-1					-1,05		0,9		1,4	-1.05
Б-3	-4,1	-32,98	-168,26	-151,44	4,43		3,98		1,2	-201,24
В-4	-4,1	-32,98	-168,26	-151,44	4,58		4,05		1,2	-201,24
Г-6	-2,6	-20,92	-106,7	-96,03	3,45		2,93		1,2	-127,62
Д-7	-3	-24,14	-123,12	-110,81	3,6				1,2	-147,26
Е-9					0,98		-1,13		1,3	-1.13
Нижний пояс
З-2		24,14	123,12	110,81	-1,42		-4,95		1,2		147,26
З-5	3,7	29,77	151,85	136,66	-2,48		-5,1		1,2		181,62
З-8	2,3	18,5	94,39	84,95	-0,9		-3,9		1,2		112,89
Раскосы
1-2	-4	-32,18	-164,16	-147,74	5,1				1,2	-196,34
2-3	1,1	8,85	45,14	40,63	-1,5		-0,67		1,2		53,99
4-5	0,5	4,02	20,52	18,47	-0,38		-0,6		1,2		24,54
5-6	-1,4	-11,26	-57,46	-51,71	1,5		1,43		1,2	-68,72
7-8	0,6	4,83	24,62	22,16	-0,3		-0,53		1,2		29,45
8-9	-3,4	-27,35	-139,54	-125,58	2,85		4,35		1,2	-166,89
Стойки
И-1	-0,5	-4,02	-20,52	-18,47	0,38		0,6		1,2	-24,54
3-4	-1,1	-8,85	-45,14	-40,63	1,2		0,9		1,2	-53,99
6-7	0,7	5,63	28,73	25,86	-1,35		-0,68		1,2		34,36
Ж-9	-0,5	-4,02	-20,52	-18,47	0,83				1,2	-24,54

Примечание: При сочетании усилий рекомендуется получить максимальные усилия сжатия и растяжения.

Возможные варианты сочетаний: при ψ=1 - 1+2; 1+3; 1+4;

при ψ=0,9 – 1+2б+3б; 1+2б+4б; - усилие суммируется при совпадении их знаков (-,+), в случае не совпадения знаков усилие не учитывается.

 

Подбор сечений стержней фермы

Таблица

№ стержня	Расчетные усилия, максимальные, кН	Сечение, мм	Площадь, А, см2	lx/ly, см	ix/iy, см	λx/λy	[λ]	φmin	Проверка сечений, σ≤Ryγc, кПа
Сжатие (-)	Растяжение, (+)	σ=N/φA	σ=N/Aнт
Верхний пояс
А-1	-1.05		┐┌ 100х10	38.48	2,5/2,5	3,05/3,45	82/73		-		0,37
Б-3	-201,24		┐┌ 100х10	38.48	2,5/2,5	3,05/3,45	82/73	181,9	0,46	114,2
В-4	-201,24		┐┌ 100х10	38.48	2,5/2,5	3,05/3,45	82/73		0,46	201,77
Г-6	-127,62		┐┌ 100х10	38.48	2,5/2,5	3,05/3,45	82/73	195,3	0,46	131,37
Д-7	-147,26		┐┌ 100х10	38.48	2,7/2,7	3,05/3,45	82/73		0,46	148,46
Е-9	-1.13		┐┌ 100х10	38.48	2,7/2,7	3,05/3,45	82/73		-		0,05
Нижний пояс
З-2		147,26	┘└ 90x6	21.22	5/5	2,87/1,93	179/296		-
З-5		181,62	┘└ 90x6	21.22	5/5	2,87/1,93	179/296		-		87,9
З-8		112,89	┘└ 90x6	21.22	5/5	2,87/1,93	179/296		-		54,5
Раскосы
1-2	-196,34		┐┌ 100х10	38.48	3,2/3,2	3,05/3,45	105/93	136,8	0,4	129,3
2-3		53,99	┐┌ 63x5	12.26	2,56/3,2	1,94/2,15	132/149		-		45,6
4-5		24,54	┐┌ 63x5	12.26	3,12/3,9	1,94/2,15	161/181		-		21,6
5-6	-68,72		┐┌ 63x5	12.26	3,12/3,9	1,94/2,15	161/181	198,7	0,9	63,7
7-8		29,45	┐┌ 63x5	12.26	2,8/3,5	1,94/2,15	144/163		-		25,12
8-9	-166,89		┐┌ 100х10	38.48	3,5/3,5	3,05/3,45	115/11		0,35	126,03
Стойки
И-1	-24,54		┐└ 56x5	10.82	1,5/1,5	1,72/1,73	87/86	165,8	0,54	42,5
3-4	-53,99		┐└ 63x5	12.26	28/2,5	1,94/2,15	103/116	177,8	0,35	126,43
6-7		34,36	┐└ 56x5	12.26	2,8/3,5	1,72/1,73	163/202		-		89,49
Ж-9	-24,54		┐└ 56x5	12.26	1,5/1,5	1,72/1,73	87/86	165,6	0,54	43,28

Расчетные длины сварных швов

Таблица

№ стержня	Nmax, кН	lw, мм	lw, мм
Верхний пояс
А-1	-1.05
Б-3	-201,24
В-4	-201,24
Г-6	-127,62
Д-7	-147,26
Е-9	-1.13
Нижний пояс
З-2	147,26
З-5	181,62
З-8	112,89
Раскосы
1-2	-196,34
2-3	53,99
4-5	24,54
5-6	-68,72
7-8	29,45
8-9	-166,89
Стойки
И-1	-24,54
3-4	-53,99
6-7	34,36
Ж-9	-24,54

 

Приложение 1

Варианты заданий

Вариант	Район строительства	Тип фермы	Тип решетки	Высота помещения Н, м	Пролет, L, м	Длина здания	Тепловой режим здания
	Абакан			5.5			+
	Красноярск						-
	Ачинск			6.5			+
	Норильск						-
	Дудинка			7.5			+
	Иркутск						-
	УланУде			8.5			+
	Благовещинск						-
	Хабаровск			9.5			+
	Владивосток						-
	Южно Сахалинск			5.7			+
	Канск			6.2			-
	Якутск			6.7			+
	Тюмень			7.2			-
	Томск			7.7			+
	Новосибирск			8.2			-
	Барнаул			8.7			+
	Омск			9.2			-
	Екатеринбург			9.7			+
	Челябинск			5.9			-
	Орел			6.4			+
	Белгород			6.9			-
	Липецк			7.4			+
	Москва			7.9			-
	Санктпитербург			8.4			+
	Сочи			5.5			-
	Арзамас						+
	Мурманск			6.5			-
	Дудинка						+
	Находка			7.5			-
	Киров						+
	Абакан			8.5			-
	Красноярск						+
	Ачинск			9.5			-
	Норильск						+
	Дудинка			5.7			-
	Иркутск			6.2			+
	УланУде			6.7			-
	Благовещинск			7.2			+
	Хабаровск			7.7			-

Примечание: Задание согласовывается с руководителем, ставится дата выдачи, дата защиты и подписи преподавателя и студента.

«+» - здание отапливаемое, «-» - здание не отапливаемое.

Рис.46 Варианты конфигураций ферм

Рис.47 Варианты решетки

Приложение 2

Контрольные вопросы

по курсу «Городские здания и сооружения».

1. Системы ферм и область их применения.

2. Компоновка конструкций ферм. Очертание, генеральные размеры, системы решеток.

3. Определение расчетной нагрузки на ферму.

4. Определение усилий в стержнях фермы.

5. Расчетная длина сжатых, растянутых стержней. Предельные гибкости. 6. Типы сечений стержней легких ферм.

7. Подбор сечений стержней легких ферм. Стержни сжатые.

8. Подбор сечений стержней легких ферм. Стержни растянутые.

9. Подбор сечений стержней по предельной гибкости.

10. Узлы легких ферм. Общие принципы конструирования узла.

11. Узлы опирания ферм на верхний пояс, на нижний пояс.

12. Фермы из одиночных уголков. 13. Фермы из парных уголков.

14. Трубчатые фермы. 15. Фермы из гнутых профилей.

16. Производственные здания. Компоновка конструктивной схемы каркаса.

17. Статический расчет каркаса здания. Определение расчетных усилий в элементах каркаса. Таблица усилий, таблица сочетаний усилий.

18. Конструкции покрытия. Покрытие по прогонам.

19. Колонны. Типы колонн.

20. Расчет колонны в составе каркаса здания.

21. Расчетная длина колонны в плоскости и из плоскости рамы.

22. Опирание фермы на колонну сверху и сбоку.

23. Внецентренно-сжатые колонны сплошного сечения.

24. Внецентренно-сжатые колонны сквозного сечения.

25. Раскосы и планки колонн сквозного сечения. Диафрагмы жесткости.

26. Оголовок колонны сплошного и сквозного сечения.

27. База колонны сплошного и сквозного сечения.

28. Стыки колонны заводские и монтажные.

29. Устойчивость ферм, связи. 30. Связи между колоннами.

31. Связи по покрытию. 32. Нагрузки и воздействия на каркас здания.

33. Сочетания усилий. Основные сочетания, дополнительные сочетания, особые сочетания. Коэффициенты сочетаний.

 

Приложение 3