Вследствие ограниченности длин проката, а также по транспортным условиям фермы больших пролетов (l > 18 м) приходится разбивать на отдельные отправочные элементы, назначая монтажные стыки, как правило, в середине пролета.
При конструировании стыков необходимо соблюдать основное правило стыкования: площадь сечения стыковых элементов должна быть не меньше площади сечения стыкуемых элементов. Стыки поясов ферм могут располагаться как в узлах, так и в панели. Расположение стыка пояса в узле более удобно, так как при этом часть фасонки используется в качестве стыкового элемента.
Простейшей конструкцией стыка является перекрытие поясных уголков стыковыми уголками того же профиля. На фигуре а показан сварной стык, а на фигуре б — клепаный стык нижнего пояса фермы. В сварном стыке полки стыкового уголка подрезают в целях избежания концентрации швов у перьев, а также для более равномерной передачи усилия.
Стык верхнего пояса, обычно устраиваемый в коньке фермы, можно осуществлять аналогично стыку нижнего пояса, перекрывая его гнутыми стыковыми уголками. На фигуре а показан такой стык, причем фасонка выпущена кверху для прикрепления фонарной конструкции. Этот стык, в котором по существу повторяется идея клепаных стыков, получил также и другое решение, показанное на фигуре б.
Здесь тавровое сечение фасонки полностью компенсирует сечение двух уголков. Желательно только размер h назначать с таким расчетом, чтобы центр тяжести тавровой фасонкй совпадал с осью поясных уголков; в случае несовпадения необходимо проверить фасонку не только на сжатие, но и на изгиб от момента, равного осевому усилию в поясе, умноженному на эксцентриситет е усилия относительно центра тяжести фасонки.
Для удобства наложения швов у обушков уголков пояса ширина горизонтальной планки не должна превышать 2h. Конструкция стыка по фигуре б удобна при монтаже благодаря наличию горизонтального столика, на который устанавливается конструкция фонаря.
Опорные узлы
Стропильные фермы могут опираться на кирпичные стены, железобетонные колонны или элементы стального каркаса промышленного здания — стальные колонны или подстропильные фермы. Конструкция прикрепления ферм к стальным колоннам и подстропильным фермам детально рассмотрена в гл. IX.
Опирание стропильных ферм на железобетонные колонны.
Пример опирания стропильной фермы на железобетонную колонну показан на фигуре. Опорная плита, обычно толщиной 16 — 20 мм, прикрепляется к колонне анкерными болтами диаметром 22 — 24 мм; размеры плиты определяют, исходя из расчетного сопротивления сжатию материала опоры. Отверстия в опорной плите делают в 2 — 3 раза больше диаметра анкерных болтов, учитывая возможные неточности в закладке последних.
Для ферм пролетом до 36 м требование подвижности опорных закреплений обычно не предъявляется.
Детали
Как уже указывалось, сжатые элементы ферм, состоящие из двух уголков, необходимо в промежутках между фасонками соединять друг с другом небольшими соединительными планками.
В противном случае под влиянием продольной сжимающей силы N каждый уголок, воспринимающий усилие N/2, может выгнуться независимо один от другого, так как у одиночного уголка минимальный радиус инерции относительно оси ξ значительно меньше, чем радиус инерции
Примыкание фермы к колонне сбоку позволяет осуществлять как шарнирное, так и жесткое сопряжение ригеля с колонной (рис. 5.8).
При жестком сопряжении в узле возникает, помимо опорного давления FR , узловой момент M . При расчете момент заменяется парой горизонтальных сил H 1 = M /h о , которые воспринимаются узлами крепление нижнего и верхнего поясов к колонне. Нижний пояс дополнительно воспринимает усилие от распора рамы N p = Q . В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, т.е. направлен против часовой стрелки. В этом случае сила Н 1, как и Н р , прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Сжимающие напряжения на поверхности контакта невелики и не проверяются.
Опорный фланец крепится к полке колонны на болтах грубой или нор-мальной точности, которые ставятся в отверстия на 3 – 4 мм большедиаметра болтов, чтобы они не могли воспринимать опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик. Количество болтов принимается конструктивно (обычно 6…8 болтов диаметром 20 – 24 мм).
Если в опорном узле возникает положительный момент (это возможно, как правило, при легких кровлях), то усилие Н отрывает фланец от колонны, следовательно, болты следует рассчитывать на растяжение с учетом эксцентриситета, вызванного несовпадением центра болтового поля и осевой линии нижнего пояса фермы, по которой приложено усилие Н (рис. 5.9).
Рис. 5.8. Узел сопряжения фермы с колонной
Рис. 5.9. К расчету болтов крепления фланца опорного узла к колонне
Условно предполагается, что возникающее при этом вращение узла проходит вокруг линии, проходящей через ось болтов, наиболее удаленных от точки приложения силы Н (примерно на 40 – 80 мм ниже верха фасонки).
Усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт определяется по формуле
N max = N 1 = ,
где z – расстояние от нижнего пояса фермы (линия приложения силы Н ) до оси наиболее удаленного болта;
l 1 – расстояние между крайними болтами;
– сумма квадратов расстояний между осями болтов и осью вращения узла (
);
n = 2 – количество болтов в каждом горизонтальном ряду соединения.
Вертикальное давление FR передается с опорного фланца узла фермы через строганные поверхности на опорный столик, причем фланец выпускается за пределы фасонки на а ≤ 1,5 tф .
Опорный столик выполняется из листа стали толщиной 30 –40 мм или при небольшом опорном давлении (FR = 200 – 250 кН) из отрезка уголка с частично срезанной полкой. Опорный столик делается несколько шире опорного фланца и приваривается к колонне.
Сопряжение фермы с колонной можно считать шарнирным, если фланец верхнего узла фермы сделать тонким (tфл = 8 – 10 мм) и возможно малой длины, а расстояние между болтами по горизонтали принять достаточно большим (b о = 160 – 200 мм). В этом случае фланец будет гибким и не сможет воспринимать сколько-нибудь существенную силу Н 1.
При жестком сопряжении фланец верхнего узла и болты его крепления к колонне рассчитываются на отрывающее усилие Н 1.
Другим вариантом шарнирного узла при примыкании фермы к колонне сбоку является сопряжение верхнего пояса с колонной на болтах нормальной точности, поставленных в овальные отверстия.
В нижнем опорном узле передача опорного давления FR и горизонтальной силы, появляющейся в результате узлового момента рамы, осуществляется раздельно.
Пример 5.8. Рассчитать конструкцию жесткого сопряжения фермы с колонной (см. рис. 5.8). Максимальный отрицательный опорный момент М = – 1144,6 кН∙м. Опорное давление FR = – 479,3 кН. Усилия в нижнем поясе N 1 = + 399,4 кН, в опорном раскосе N 2 = – 623,9 кН. Поперечная сила в колонне на уровне нижнего пояса фермы Q = – 112,6 кН.
Материал конструкций – сталь С255 с расчетными сопротивлениями Rу = 24 кН/см2 и Rs = 0,58 Ry = 13,92 кН/см2. Сварка механизированная в среде углекислого газа, сварочная проволока Св-08Г2С, диаметр проволоки d = 2 мм. Расчетные сопротивления: металла шва Rwf = 21,5 кН/см2, металла по границе сплавления Rwz = 16,65 кН/см2. Сварка выполняется в нижнем положении. Коэффициенты f = 0,9; z = 1,05; wf = wz = 1 (конструкция эксплуатируется при t > –40оC); с = 1.
Расчет швов выполняем по металлу границы сплавления.
Катеты швов принимаем в зависимости от толщины уголков. В одном узле желательно иметь не более двух типоразмеров швов. Полученные по расчету длины швов округляются в большую сторону до 10 мм. Если по расчету длина шва меньше 50 мм, то принимается lw = 50 мм.
Принимаем катеты швов:
– вдоль обушки kf = 10 мм < kf, max = 1,2tуг = 1,2 ∙ 9 = 10,8 мм;
– вдоль пера kf, min = 5 мм при толщине более толстого из свариваемых листов tф = 14 мм (см. табл. 3.5).
Определяем размеры фасонки в опорном узле фермы.
Толщину фасонки выбираем в зависимости от максимального усилия в стержнях решетки по табл. 5.6.
При усилии в опорном раскосе N 2 = – 623,9 кН принимаем толщину фасонки tф = 14 мм.
Размеры фасонок определяем по необходимой длине швов крепления нижнего пояса и опорного раскоса.
Прикрепление нижнего пояса к фасонке.
Nоб 1 = (1 – α )N 1 = (1 – 0,25) 399,4 = 299,55 кН,
где α = 0,25 – коэффициент, учитывающий долю усилия на сварные швы у пера при креплении неравнополочных уголков, составленных узкими полками (см. табл. 5.9).
Nn 1 = αN 1 = 0,25 ∙ 399,4 = 99,85 кН.
lw,об = Nоб 1/(2βzkf Rwzγwzγc ) = 299,55 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,57 см.
Принимаем конструктивную длину шва вдоль обушка с добавлением 1 см на дефекты в начале и конце шва lw,об = 100 мм.
lw,n = Nn 1/(2βzkfRwzγwzγc ) = 99,85 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 5,7 см.
Принимаем lw,n = 70 мм.
Рассчитываем прикрепление опорного раскоса к фасонке.
Усилие, воспринимаемое швами у обушка:
Nоб 2 = (1 – α )N 2 = (1 – 0,25) 623,9 = 467,93 кН.
Усилие, воспринимаемое швами у пера:
Nn 2 = αN 2 = 0,25 ∙ 623,9 = 155,97 кН.
Расчетная длина шва вдоль обушка
lw,об = Nоб 2/(2βzkfRwzγwzγc ) = 467,93 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 13,4 см.
Принимаем lw,об = 150 мм.
Расчетная длина шва вдоль пера
lw,n = Nn 2/(2βzkfRwzγwzγc ) = 155,97 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,92 см.
Принимаем lw,n = 100 мм.
Конструируем опорный узел фермы, исходя из размещения сварных швов требуемой длины и конструктивных требований (расстояние от низа пояса до торца опорного фланца не менее 150 мм).
Проверяем фасонку на срез:
Производим условную проверку фасонки на выкалывание по сечению 1-1 при полной длине Σl = lГ + lв = 170 + 200 = 370 мм (см. рис. 5.8). Проверка выполняется приближенно, когда плоскости среза наклонены к оси элемента под углами, близкими к 45о, по формуле
Центр швов, прикрепляющих фланец к фасонке, не совпадает с осью нижнего пояса. Эксцентриситет составил е = 80 мм.
Фланец для четкости опирания выступает на 15 – 20 мм ниже фасонки опорного узла, но не более a max ≤ 1,5tфл. Выпускаем фланец за пределы фасонки на а = 20 мм, что меньше a max = 1,5 ∙ 16 = 24 мм.
Размеры опорного фланца назначаем конструктивно: толщина tфл = 16 – 20 мм; высота l = hф + a = 400 + 20 = 420 мм; ширина bфл = 180 мм (из условия размещения двух вертикальных рядов болтов).
Вертикальная реакция фермы FR передается с опорного фланца через строганые поверхности на опорный столик.
Площадь торца фланца
Афл = bфлtфл = 18 · 1,6 = 28,8 см2.
Торец фланца проверяем на смятие:
где Rp = 33,6 кН/см2 – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) для стали С255, принимаемое по табл. 2.4.
Определяем расстояние между линиями центров тяжести верхнего и нижнего поясов в опорном сечении фермы:
H о = Hop – (z 1 + z 3) = 3150 – (30 + 30) = 3090 мм,
где z 1 и z 3 – привязки поясов (расстояние от обушков до центра тяжести уголков), округленные до 5 мм.
Горизонтальное усилие, передаваемое на верхний и нижний пояса ферм:
H 1 = M /h о= 1144,6 / 3,09 = 370,4 кН.
Общее горизонтальное воздействие на нижний пояс
H = H 1 + Hp = 370,4 + 112,6 = 483 кН.
Швы, прикрепляющие фасонку опорного узла к фланцу, работают в сложных условиях (рис. 5.10).
Рис. 5.10. К расчету сварного шва крепления фланца к фасонке
При действии опорного давления FR швы срезаются вдоль, в них возникают напряжения:
τR = FR /(2βzkf lw ) = 479,3 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,85 кН/см2.
где kf = 10 мм (задаются в пределах 10 – 20 мм);
lw = hф – 10 = 400 – 10 = 390 мм.
Усилие Н приводит к срезу шва в направлении, перпендикулярном оси
τН = Н /(2βzkf lw ) = 483 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,9 кН/см2.
Поскольку центр шва не совпадает с осью нижнего пояса, на шов действует момент
М = Не = 483 ∙ 8 = 3864 кН∙см.
Под действием момента шов также работает на срез перпендикулярно оси шва:
τМ = М /Wz = 6M /(2βzkf lw 2) = 6 ∙ 3864 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 392) = 7,26 кН/см2.
Шов проверяем в наиболее напряженной точке А по металлу границы сплавления по результирующей напряжений:
14,4 кН/см2 <
< Rwzγwzγc = 16,65 кН/см2.
Угловые швы крепления столика рассчитываем на усилие
F = 1,2FR = 1,2 ∙ 479,3 = 575,16 кН,
где коэффициент 1,2 учитывает возможный эксцентриситет передачи вертикального усилия, непараллельность торцов опорного фланца фермы и столика (неточность изготовления), вызывающую неплотность опирания фланца (его перекос в своей плоскости), что приводит к неравномерности распределения реакции между вертикальными швами.
Высота опорного столика lст устанавливается по требуемой протяженности сварных швов:
lст = lw + 1 = F /(2βzkfRwγwzγc ) + 1 =
575,16 / (2 ∙ 1,05 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 17,45 см.
Принимаем столик из листа 220× 180× 30 мм.
В узле крепления верхнего пояса сила Н 1 = 370,4 кН стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб (рис. 5.11).
а ) б )
Рис. 5.11. К расчету узла крепления верхнего пояса фермы к колонне:
а – работа фланца на изгиб; б – расчетная схема
Принимаем болты класса прочности 5.6 с расчетным сопротивлением болтов, работающих на растяжение, Rbt = 210 МПа = 21 кН/см2 (табл. 5.11).
Таблица 5.11
Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов
|
Напряженное состояние |
Обозначение |
Расчетные сопротивления, МПа, болтов классов |
||||||
|
Растяжение |
||||||||
П р и м е ч а н и е. В таблице указаны значения расчетных сопротивлений для одноболтовых соединений.
Задаемся диаметром одного болта dб = 24 мм с площадью сечения нетто Abn = 3,52 см2 (см. табл. 3.17).
Несущая способность одного болта на растяжение
Nb = AbnRbt = 3,52 ∙ 21 = 73,92 кН.
Необходимое число болтов
n = H 1/(Nbγc ) = 370,4 / (73,92 ∙ 1) = 5.
Принимаем n = 6, располагая их по ширине фланца в два ряда. Диаметр отверстия под болты d о = 27 мм.
Размещаем болты согласно требованиям (см. табл. 3.18)
Минимальное расстояние между центрами болтов
а 1 = 2,5d 0 = 2,5 ∙ 27 = 67,5 мм, принимаем а 1 = 80 мм.
Расстояние от центра болта до края элемента с = 1,5d 0= 1,5 ∙ 27 ≈ 40 мм.
Расстояние между болтами
b 0 = b – 2с = 200 – 2 ∙ 40 = 120 мм.
Высота фланца
а = 2а 1 + 2с = 2 ∙ 80 + 2 ∙ 40 = 240 мм.
Момент при изгибе фланца определяется как в защемленной балке пролетом b 0
Мфл = H 1 b 0 / 8 = 370,4 ∙ 12 / 8 = 555, кН∙см.
Требуемый момент сопротивления фланца
Wфл = Мфл / (Ry γc ) = 555,6 / (23 ∙ 1) = 24,16 см3.
Минимальная толщина фланца
tфл
= = 
= 2,46 см.
Принимаем tфл = 25 мм.
Шов крепления фланца к фасонке работает на срез и его катет определяется:
kf = H 1 / (2βz lw Rwz γwz γc ) = 370,4 / (2 ∙ 1.05 ∙ 23 ∙ 16.65 ∙ 1 ∙ 1) = 0,46 см,
где lw = а – 1 = 24 – 1 = 23 см.
Принимаем минимальный катет шва kf = 7 мм при полуавтоматической сварке более толстого листа tфл = 25 мм (см. табл. 22).
Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.
При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). При таком решении возможно опирание ферм как на металлическую, так и на железобетонную колонну. Аналогично решается и узел опирания стропильной фермы на подстропильную.
Опорное давление фермы F ф передается с опорного фланца фермы через строганые или фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны или опорный столик подстропильной фермы. Опорный фланец для четкости опирания выступает на 10-20 мм ниже фасовки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия (при наличии пригонки).
Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нормальной точности прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отверстия в фасовках делают на 5-6 мм больше диаметра болта.
Узел опирания фермы на колонну сверху(шарнирное сопряжение)
При жестком сопряжении стропильная ферма примыкает обычно к колонне сбоку.
Опорное давление F ф передается на опорный столик. Опорный столик делают из листа t=30...40 мм при небольшом опорном давлении (F ф < ф. Опорный фланец крепят к полке колонны на болтах грубой или нормальной точности, которые ставят в отверстия на 3-4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринять опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик.
Горизонтальные усилия от опорного момента H1>=M 1 /h ОП воспринимаются узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Последний дополнительно воспринимает усилие от распора рамы H Р. В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, и сила H 1 как и H Р, прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения по поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Если сила H=H 1 +H P отрывает фланец от колонны (при положительном знаке момента), то болты крепления фланца к колонне работают на растяжение и их прочность следует проверить с учетом внецентренного относительно центра болтового поля приложения усилия.
Швы крепления фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы F ф и внецентренно приложенную силу H (центр шва не совпадает с осью нижнего пояса). Под действием этих усилий угловые швы работают на срез в двух направлениях.
Если линия действия силы H1, не проходит через центр фланца, то швы и болты рассчитывают с учетом эксцентриситета.
В случае действия больших опорных моментов и при необходимости повышения жесткости узла сопряжения ригеля с колонной целесообразно выполнить соединение верхнего пояса с колонной на сварке.
При жестком сопряжении стропильных ферм с колоннами (опирание сбоку) для удобства монтажа целесообразно применить подстропильные фермы с нисходящим опорным раскосом (при другом решении ферму трудно завести между полками колонны). Опорное давление подстропильной фермы передается через строганый терец из столик, приваренный к стенке колонны. Фланец опорного узла прикрепляют к стенке колонны болтами нормальной точности. Нижний пояс подстропильной фермы делают укороченным (чтобы его не нужно было заводить внутрь колонны) и крепят накладкой к pебpy колонны.
Опирание стропильных ферм на подстропильные выполнятся в большинстве случаев по шарнирной схеме. При неразрезных стропильных фермах для обеспечения жесткости узла необходимо перекрыть верхние пояса стропильных ферм накладкой, рассчитанной на восприятие усилия от опорного момента. В узле нижнего пояса это усилие прижимает фланец фермы к стойке, и дополнительные элементы для его восприятия не требуются.
e=M/N, где: М - величина опорного момента в панели пояса от ее пролетного загружения; N - усилие в колонне.
Наиболее рациональной областью применения полезной модели являются покрытия однопролетных зданий, изготавливаемых из прямоугольных замкнутых и прокатных профилей пролетами до 24 и более метров. Ил.2.
Полезная модель относится к строительству и касается узла опирания фермы с нисходящими раскосами на колонну.
Известен узел опирания фермы на колонну, содержащий трубчатый пояс и нисходящий раскос фермы и колонну с оголовком, в котором опорный узел фермы и колонны выполнены на фасонках (см. Металлические конструкции. Стройиздат. Москва 1973, стр.286, рис.18.26 б)).
Недостатком решения является необходимость и трудоемкость изготовления двух узлов.
Прототипом полезной модели является узел опирания фермы на колонну, содержащий ферму с нисходящими раскосами и наклонным поясом, выполненным из квадратных или прямоугольных профилей и колонну с жестко присоединенным к колонне оголовком, на который оперта через центрирующую прокладку ферма (см. Справочник проектировщика. Москва, Стройиздат 1980, стр.270, рис.15.18).
В таком решении нисходящий раскос выполнен из квадратной трубы, который препятствует выполнению опирания колонны на узел фермы и опорный узел приходится расчленять на два узла (на узел для фермы и узел для колонны), что приводит к трудоемкости выполнения общего узла решения рамы (узла опирания фермы на колонну).
Полезная модель направлена на упрощение изготовления опорного узла фермы с колонной и самой фермы.
Цель достигается тем, что в узле опирания фермы на колонну, содержащем ферму с нисходящими раскосами и наклонным поясом, выполненным из квадратных или прямоугольных профилей и колонну с жестко присоединенным к колонне оголовком, на который оперта через центрирующую прокладку ферма, согласно полезной модели, нисходящий раскос и подобные стержни фермы выполнены из двух швеллеров или уголков, прикрепленных стенками или полками профилей внахлест к поясам фермы, а оголовок колонны выполнен из двух отрезков швеллеров, ориентированных полками друг к другу и параллельных верхнему поясу фермы, при этом он размещен между нисходящими раскосами, уперт в верхний пояс фермы и прикреплен к нисходящим раскосам монтажными болтами.
Цель также достигается тем, что для ферм с загруженными поперек приопорными панелями, центр опорного узла фермы сдвинут наружу колонны на эксцентриситет равный
e=M/N, где: M - величина опорного момента в панели пояса от ее пролетного загружения: N - усилие в колонне.
Полезная модель поясняется чертежами, где: на фиг.1 - изображена схема фермы с поясом из квадратных или прямоугольных труб и нисходящими раскосами из двух швеллеров или уголковых профилей и колонн из прямоугольных или круглых труб; на фиг.2 - узел опирания фермы на колонну.
Узел опирания фермы 1 на колонну 2, например, из прямоугольных (фиг. 1) или круглых труб, содержит верний наклонный под углом «i» пояс 3 из квадратных или прямоугольных профилей. Нисходящие раскосы 4 фермы 1 и подобные стержни фермы (фиг.1) выполнены из двух параллельных швеллеров или уголков 4, прикрепленных стенками швеллеров или полками уголков внахлест к поясам 3 фермы 1 (фиг.2). Оголовок 5 колонны 2 выполнен из двух отрезков швеллеров 5, ориентированных полками друг к другу (сечение по 1-1) и параллельных верхнему поясу 3 фермы, при этом он размещен между нисходящими раскосами 4, уперт через центрирующую прокладку 6 в верхний пояс 3 фермы и прикреплен к нисходящим раскосам 4 монтажными болтами 7 (фиг.2).
Благодаря такому решению удается сократить количество узловых фасонок в опорном узле фермы и выполнить всю ферму за счет нахлеста стенок швеллеров и полок уголковых профилей, то есть снижается трудоемкость изготовления фермы, кроме того при монтаже ферма 1 насаживается на оголовок 5 колонны 2, что также упрощает монтаж фермы.
Для ферм с загруженными поперек приопорными панелями, (например, с опиранием профнастила на панель пояса или с опиранием на панель пояса прогона покрытия), центр 8 опорного узла фермы сдвинут наружу колонны на эксцентриситет равный
e=M/N, где: M - величина опорного момента в панели пояса от ее пролетного загружения; N - усилие в колонне.
Это позволяет уменьшить изгибные напряжения в приопорной панели, что полезно и определяется расчетом.
Наиболее рациональной областью применения полезной модели являются покрытия однопролетных зданий, изготавливаемых из прямоугольных замкнутых и прокатных профилей пролетами до 24 и более метров.
1. Узел опирания фермы на колонну, содержащий ферму с нисходящими раскосами и наклонным поясом, выполненным из квадратных или прямоугольных профилей, и колонну с жестко присоединенным к колонне оголовком, на который оперта через центрирующую прокладку ферма, отличающийся тем, что нисходящий раскос и подобные стержни фермы выполнены из двух швеллеров или уголков, прикрепленных стенками или полками профилей внахлест к поясам фермы, а оголовок колонны выполнен из двух отрезков швеллеров, ориентированных полками друг к другу и параллельных верхнему поясу фермы, при этом он размещен между нисходящими раскосами, уперт в верхний пояс фермы и прикреплен к нисходящим раскосам монтажными болтами.
2. Узел опирания фермы на колонну по п.1, отличающийся тем, что для ферм с загруженными поперек приопорными панелями центр опорного узла фермы сдвинут наружу колонны на эксцентриситет, равный e=M/N, где M - величина опорного момента в панели пояса от ее пролетного загружения; N - усилие в колонне.
При жестком сопряжении ферма крепится к колонне в узлах 1 и 7 (рис.25). Расчетные усилия M, N, Q принимаются из таблицы сочетаний в рассматриваемом сечении рамы. Изгибающий момент М заменяется парой сил Н = М/h 0 . Расчетные усилия в узлах сопряжения фермы с колонной представлены на рис.29.
Вертикальная опорная реакция N передается на опорный столик колонны через опорный фланец фермы в узле 1 (рис.30).
Рис.29 Расчетные усилия в опорном узле Рис.30 Жесткое сопряжение
фермы при жестком сопряжении с колонной фермы с колонной в узле 1 (рис.25)
Ширина опорного фланца b фл принимается конструктивно по размеру полки колонны. Длина фланца l фл определяется размером фасонки, которая лимитируется длинами сварных швов крепления опорного раскоса и нижнего пояса.
Расчет этих швов по обушку и перу уголка рассмотрен в разделе 3. В соответствии с правилами конструирования фасонка должна описать эти швы. Для удобства монтажа необходимо предусмотреть между нижним поясом и опорным столиком зазор 150мм. Толщина опорного фланца t фл определяется из условия смятия от воздействия вертикальной опорной реакции N:
t фл ≥ (R p – см. Приложение 1)
Два вертикальных шва крепления опорного фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию N и приложенные эксцентриситетом е горизонтальные силы (Н+Q). Прочность этих швов обеспечена, если
где τ WN = ; τ W Н Q = ; τ WM = ;
l W = l фл – 1 см – расчетная длина вертикального сварного шва;
е – эксцентриситет приложения сил Q и Н (расстояние от Ѕ l W до оси нижнего пояса фермы).
Вертикальные сварные швы крепления опорного столика к колонне l ст рассчитываются на воздействие N. Из-за возможных несовпадений поверхности контакта фланца и столика вводится коэффициент 1,2.
l
ст ≥ 
Катеты сварных швов принимаются по толщинам стыкуемых элементов.
Верхний опорный узел 7 (рис.31) воспринимает силу Н. швы крепления пояса к фасонке по обушку и перу поясного уголка:
; 
С фасонки усилие Н передается на фланец посредством двух вертикальных швов. При соблюдении правил конструирования прочность этих швов будет обеспечена. Фланец крепится к колоне 4 болтами, которые необходимо подобрать из условия прочности при растяжении. При расчетном сопротивлении болтов растяжению R bt (приложение 3) необходимая площадь сечения каждого из 4 болтов будет А b треб ≥ Н / 4R bt . По требуемой площади подбирается диаметр стандартного болта.
Рис.31 Жестокое сопряжение фермы с колонной в узле 7
Фланец работает на изгиб как балка, защемленная болтами и загруженная сосредоточенной силой Н. расчетный изгибающий момент:
Где b – расстояние между болтами в плане (рис.31).
Момент сопротивления фланца при изгибе
Где а – высота фланца,
t фл – его толщина.
Из условия прочности при изгибе σ = М /W фл ≤ R y γ C определяется необходимая толщина фланца
t фл ≥ 
.
Толщина фланца принимается по сортаменту и должна быть не менее 20 мм из условия жесткости.
При шарнирном сопряжении ферма опирается на колонну сверху в узле 1 (рис.25). Схема шарнирного опирания представлена на рис.32.
Рис.32 Схема шарнирного Рис.33 Опорный узел фермы
опирания фермы на колонну
Расчет сварных швов крепления уголков к фасонке по усилиям S 1 , S 2 и S 3 аналогичен вышеизложенному. Особенностью расчета этого узла (рис.33) является передача вертикальной опорной реакции V от фермы на колонну. Эта опорная реакция передается посредством фланца. Толщина фланца определяется из условия смятия:
(R p – см. Приложение 9)
Ширина фланца b фл принимается конструктивно по размерам сечений уголков фермы и оголовка колонны. С торца фланца V передается на 2 вертикальных сварных шва крепления фланца к фасонке. Расчетная длина каждого этого шва:
Возможны иные конструктивные решения шарнирных узлов опирания фермы на колонны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР - М.: ЦИТП Госстроя СССР, - 36 с.
2. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990, - 96 с.
3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов. - 6-е изд. / Под общ. ред. Е.И. Беленя. - М.: Стройиздат, 1985. - 550 с.
Приложения
Приложение 1. Таблица 1*
