Опирание фермы на металлическую колонну. Сопряжение фермы с колонной. Соединение колонн с подкрановыми балками

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 Fф 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.

Горизонтальные усилия от опорного момента H1>=M1/hОП воспринимаются узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Последний дополнительно воспринимает усилие от распора рамы HР. В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, и сила H1 как и HР, прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения по поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Если сила H=H1+HP 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 Fф 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.

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

Конструирование и расчет баз внецентренно-сжатых колонн сквозного сечения.Базу колонны нужно запроектировать раздельной, с траверсами.

Необходимо определить размеры плит под ветвями, толщину плит, высоту траверс из условия прикрепления к ветвям сварными швами, а также проверить швы крепления траверсы к плите. Проектирование баз под ветвями аналогично проектированию баз центрально-сжатых колонн. Расчетными усилиями являются наибольшие усилия в ветвях в нижнем сечении нижней части колонны. Кроме того, нужно проверить, существует ли сочетание нагрузок, при котором появляются растягивающие усилия в какой либо ветви колонны. При определении расчетной комбинации усилий в этом случае усилия от постоянной нагрузки следует принимать с коэффициентом 0,9. Если при каком-либо сочетании нагрузок получается растягивающее усилие в ветви, то оно должно быть воспринято анкерными болтами. Условие прочности крепления колонны в этом случае N в ≤ nф Rbа Аb n х ф / х в, (11.1) где nф – количество фундаментных болтов ветви, работающей на растяжение; Rbа – их расчетное сопротивление /1/; Аb n – расчетная площадь сечения болта /1/; хв – расстояние от центра тяжести ветви до центра тяжести сечения колонны; хф – расстояние от линии действия равнодействующей усилий в фундаментных болтах ветви до центра тяжести сечения колонны. Величина хв принимается конструктивно. Расчет и конструирование базы

Продольная сила и изгибающий момент составляющие невыгодную комбинацию, принимаются по табл. 5 для сечений “в заделке”.

где -расчетное сопротивление сжатию материала фундамента(для бетона класса)

Рис.8 База колонны

Участок 1 ─ консольный

где ─ нагрузка приходящаяся на плиту шириной 1 м;

─ вылет консоли.

Участок 2 ─ опирание на 4 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4 табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю

Участок 3 ─ опирание на 3 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4 табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю Толщина опорной плиты

поэтому принимаем

Определение нормативных и расчетных изгибающих моментов и поперечных сил для подкрановых балок.

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Для определения наибольших изгибающих моментов и поперечных сил устанавливаем краны в невыгоднейшее положение (рис. 6.2.1).

Наибольший изгибающий момент от вертикальных давлений колес двух мостовых кранов:

Где –𝛾 n =0.95-коэффицент надежности по назначению ;

- 𝛾 f =1.1- коэффициент надежности по нагрузке;

K д =1.1 – коэффициент динамики, для режима работы мостового крана 7К.

Расчетный момент с учетом собственного веса подкрановых конструкций равен:

где a =1,05– коэффициент, учитывающий влияние собственной массы подкрановых конструкций на значение максимального изгибающего момента.

Расчетный изгибающий момент от горизонтальных усилий равен:

Рис.6.2.1. Определение усилий M max и Q max при загружении подкрановой балки

двумя четырехколесными кранами.

Согласно указаниям норм , подкрановая балка загружается нагрузкой от двух максимально сближенных мостовых кранов, при этом грузы на крюках номинальные, а тележки вплотную приближены к данному ряду подкрановых балок (рис.5).

Для определения максимальных изгибающих моментов в подкрановой балке, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, используется правило Винклера.

Конструирование узла сопряжения подкрановых балок с колонной пром зданий

В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит пере­дача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обыч­но через выступающий фрезерованный торец опорного ребра (рис. 15.17, а). Рассчитывают и конструируют опорное ребро так же, как и у обычных балок (см. гл. 7, § 5).

В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку (рис. 15.17,6).

В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагру­женного пролета возникает отрицательная (направленная вниз) реак­ция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие.

Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам (рис. 15.18, а). Эти элементы рассчитывают на горизонтальное уси­лие Hi

При наличии нескольких элементов крепления (например, стержней и накладок крепления тормозных конструкций к колонне) горизон­тальное давление F T распределяется между ними пропорционально жесткостям. В запас несущей способности можно каждый элемент крепления рассчитывать на полное давление F?.

При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам сле­дует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка про­гибается и ее опорное сечение поворачивается на угол φ (рис. 15.18,6). Под влиянием температурных воздействий (особенно в горячих цехах) подкрановые конструкции удли­няются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных сечений относительно колонн. В результате элементы крепления получают горизонтальные пе­ремещения А н.

За счет обжатия опорного сечения балок и обмятия прокладок под опорными реб­рами элементы крепления получают также вертикальное смещение Av (см. рис. 15.18,6). Если конструкции креплений обладают достаточной жесткостью и препятствуют об­жатию и повороту опорных сечений, то в элементах крепления возникают большие уси­лия, вызванные перемещениями Ан и Av, что при многократных повторных нагружениях приводит к усталостному разрушению элементов крепления. Это подтверждается результатами натурных обследований.

Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений.

Для того чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений эле­ментов крепления, применяют два типа узлов. В узлах 1-го типа поперечные горизон­тальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элемен­ты (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений (рис. 15.19, а). Поскольку со временем контактные поверхности об­минаются и в соединении образуется люфт, упорные элементы целесообразно крепить (для возможности их замены) на высокопрочных болтах. В узлах 2-го типа балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов. При малой жесткости этих элемен­тов дополнительные усилия, возникающие в них от перемещений Ан и Av, невелики. В качестве гибких креплений используются листовые элементы или круглые стержни. В узле, показанном на рис. 15.19,6, горизонтальные поперечные силы восприни­маются гибкими круглыми стержнями. При больших горизонтальных нагрузках каж­дая балка может крепиться двумя или тремя болтами, расположенными один над дру­гим. Достоинством такого крепления являются возможность рихтовки балок и простота его замены.

В зданиях с кранами особого режима работы при расчете элементов крепления рекомендуется учитывать дополнительные усилия, возникающие от перемещений А н

Изгибающий момент в элементе крепления, возникающий от пере­мещений, определяется как в балке с защемленными концами (см. рис. 15.18,0):

От перекоса опорного ребра балки на крепление передается также дополнительное горизонтальное усилие Н е (см. рис. 15.18, г), возника­ющее за счет смещения равнодействующей опорного давления F R с оси балки:

По экспериментальным исследованиям величину е можно принять равной 1/б ширины опорного ребра b.

В зданиях с большим перепадом температур (неотапливаемые зда­ния, горячие цехи) при расчете элементов крепления следует также учитывать усилия, возникающие от температурных воздействий, или проектировать крепления, обеспечивающие свободу перемещений (на­пример, с передачей усилий через упорные элементы).

Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

Стенка подкрановой балки испытывает местные сжимающие напряжения в результате перемещения колес мостовых кранов по подкрановым рельсам. Стенка подкрановой балки также укрепляется парными поперечными ребрами жесткости, максимальное расстояние между которыми не должно превышать обычно a = 1; 1,5; 2 м (рис.12).опасное сечение =4*а-0,5hw

Проверяем местную устойчивость стенки балки среднего отсека см:

Нормальное напряжение в "опасном" сечении отсека

Расчетный изгибающий момент в пролетном отсеке равен

Расчетная поперечная сила в приопорном отсеке равна

Усредненные касательные напряжения в "опасном" сечении отсека

Рис. 6.5.1. К расчету устойчивости отсеков стенки подкрановой балки

Местные сжимающие напряжения:

где g f 1 =1,1– коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной силы на отдельное колесо мостового крана;

– расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности;

см – условная длина распространения местных сжимающих напряжений;

c – коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 3,25;

I р, f =I р +I f – сумма собственных моментов инерции подкранового рельса I р = 1083,3 сми верхнего пояса подкрановой балки I f .

Критическое нормальное напряжение:

И фор. 77

кгс/см 2 ,

где – коэффициент, определяемый по табл. 25 .

Определяем условную гибкость стенки балки

в соответствии с п. 7.10 , стенку балки необходимо укрепить поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать см. Принимаем расстояние между поперечными ребрами жесткости a=1,5 м.

Максимальное расстояние между поперечными ребрами жесткости (в осях) устанавливается в зависимости от условной гибкости.

Стальные стропильные фермы изготовляют трех типов: полигональные, треугольные и с параллельными поясами (рис. 66, а). Тип фермы выбирают в зависимости от материала кровли. Так, при рулонных кровлях применяют полигональные фермы с уклоном верхнего пояса 1:8 и 1: 12 и с параллельными поясами, а при кровлях из асбестоцементных и стальных волнистых листов — треугольные с уклоном верхнего пояса 1:3,5 или полигональные с ломаным нижним поясом (уклон 1:4—1:6).

Практически стальные фермы можно применять при любых пролетах. Унифицированные фермы имеют пролеты 24, 30 и 36 м; применяют их при шаге колонн 6 и 12 At.
Высота ферм на опоре: полигональных 2,2 м, с параллельными поясами 2,5 и 3,75 At. Размеры панелей верхнего пояса приняты равными 3 At. В случае использования в покрытии плит шириной 1,5 ж в фермах устраивают шпренгельную решетку. В треугольных фермах панели верхнего пояса имеют длину только 1,5 м.

Пояса и решетку ферм конструируют из двух уголков, между которыми предусматривают прокладки, обеспечивающие требуемую жесткость элементов. Решетки сопрягают с поясами сваркой с введением в узлах фасонок из листовой стали толщиной 8—18 At At. Сходящиеся в узлах стержни центрируют с учетом геометрической схемы фермы.

Сопряжение ферм со стальными и железобетонными колоннами в большинстве случаев шарнирное. Однако фермы полигональные и с параллельными поясами можно сопрягать со стальными колоннами жестко.

Шарнирное крепление ферм к колоннам (стальным и железобетонным) производят с помощью надопорной стойки двутаврового составного сечения, которую соединяют с колонной анкерными болтами. Элементы фермы крепят к надопорной стойке черными болтами с введением между фасонками и колонной опорных пластин (рис. 66, б).

Рис. 66. Стальные стропильные фермы:
а — типы ферм: б— шарнирное сопряжение фермы с колонной; в — то же, жесткое

При жестком сопряжении ферм с колоннами надопорные стойки отсутствуют, а верхний и нижний пояса ферм посредством фасонок и дополнительных пластин крепят сваркой непосредственно к колоннам (рис. 66, в).

Стальные подстропильные фермы имеют длину 12, 18 и 24 м (рис. 67, а), а в отдельных случаях (например, в мартеновских цехах) их длина может достигать 48 м. Сконструированы они аналогично стропильным фермам. Верхний пояс подстропильных ферм крепят к колоннам черными болтами с опиранием на монтажный столик, воспринимающий вертикальное давление, нижнего пояса — посредством горизонтальных планок (рис. 67, б). К железобетонным колоннам подстропильные фермы крепят через опорную плиту или стальной оголовок.

Рис. 67. Подстропильные стальные фермы:
о — схемы ферм; б — крепление к колоннам; а — крепление стропильных ферм к подстропильным

Стропильные фермы сопрягают с подстропильными в пределах их высоты на черных болтах с передачей вертикального давления непосредственно на верхний пояс и на опорный столик нижнего пояса (рис. 67, в).

Пояса стропильных и подстропильных ферм выполняют из стали марки Ст. 3 и низколегированной, а элементы решетки — из стали Ст. 3.

На бумагу наносят схему узла: оси сходящихся в нем элемен-тов, затем контуры элементов, начиная с пояса (рис. ниже). С осевы-ми линиями схемы совмещают линии центров тяжести элементов.

При центрировании для нанесения контуров уголков (в фермах со стержнями из парных уголков) от осевых линий откладывают в сторону обушка уголка округленное до 5 мм расстояние Z 0 от цент-ра тяжести до обушка, определенное из сортамента. В противопо-ложном направлении от оси откладывают расстояние (b - Z 0). Ана-логично поступают и при сечениях другой формы. После нанесе-ния контура элементов показывают обрез уголков решетки так, чтобы в сварных узлах между краями пояса и элементов решетки оставал-ся зазор 40-50 мм для уменьшения вредного влияния усадки швов в фасонках (рис. ниже).

Центрирование узлов легких ферм

Такое же расстояние желательно соблюдать между краями со-седних элементов решетки в узлах и между краями (торцами) со-седних швов, крепящих накладки в стыках пояса. Обрез уголка, как правило, производят перпендикулярно к оси. Допустимо срезать часть полки уголка, но не далее начала закругления, что позволяет несколько уменьшить размер фасонки.

Приварку раскосов рекомендуется делать лишь фланговыми швами по обушку и перу, конструктивно выводя их на торец стерж-ня на длину 20 мм. Следует стремиться к наиболее простому очер-танию фасонки (прямоугольник, прямоугольная трапеция, паралле-лограмм и т. п.). Прикрепление фасонки к поясу, если в узле не уст-раивают стык пояса, должно быть рассчитано на равнодействующую усилий N всех элементов решетки, примыкающих непосредствен-но к узловой фасонке. При прямолинейном поясе эта равнодейству-ющая равна разности усилий в соседних панелях пояса (N = N 2 -N 1 рис. выше). Если к поясным уголкам в узле приложена сосредото-ченная нагрузка F (что имеется в верхних узлах стропильных ферм), то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на равно-действующее усилие от сосредоточенной нагрузки и разности уси-лий в соседних панелях. При нагрузке F, перпендикулярной поясу, равнодействующая

N = √N 2 -N 1 2 +F 2

Сварные швы наносят с двух сторон — со стороны обушка и пера — по всей длине примыкания фасонки к поясу. С этой целью край фасонки выводят наружу на 10-15 мм (рис. выше). Однако не всегда конструктивно удобно выпускать всю фасонку за грань пояса, например, при установке по верхнему поясу прогонов, прикрепляе-мых к уголковым коротышам (см. рис. выше), или накладок, на которые опираются железобетонные плиты (рис. ниже). В этом случае часть фасонки не доводят до обушка уголков на 10—15 мм. Таким образом, основными рабочими расчетными швами в этом случае будут швы, наложенные у пера. Обычная конструкция промежуточных сварных узлов (без стыка пояса) легких ферм со стержнями из парных угол-ков показана на рис. выше (верхний пояс) и рис. выше (нижний пояс).

При изменении сечений поясов необходимо осуществлять стык поясных уголков. Как правило, стык располагают в узле, при этом часть фасонки может быть использована в качестве стыкового элемента.

В случае применения в поясе ферм уголков с разной толщиной полок заводской стык поясов выполняют с помощью листовых на-кладок и фасонок (рис. ниже).

Стык поясов с помощью листовых накладок

Считают, что через накладки передается 70% усилия в стыке, остальные 30% — через фасонку, при этом в работу включается часть фасонки на ширине не более 2b (где b — ширина полки мень-шего уголка). Для включения фасонки в работу стыка ее продолжа-ют за узел. Обычно стык относят в сторону панели с меньшим уси-лием на 500 мм.

В фермах с поясами из тавров, полученных путем продольного роспуска широкополочных двутавров, и стержнях решетки из пар-ных уголков необходимо иметь узловые уширения, чтобы получить требуемую длину сварных швов. Для этого к стенке тавра стыко-вым швом прикрепляют фасонку (рис. ниже).

Узлы фермы с поясами из тавров и решеткой из парных уголков

Стыковой шов рассчитывают на срез от суммы расчетных уси-лий в примыкающих раскосах, спроектированных на ось пояса. За-водские стыки, как и в ферме из уголков, относят в сторону панели с меньшим усилием на 500 мм. Их выполняют с введением верти-кальных листовых вставок и горизонтальных накладок (рис. выше).

Стропильные фермы могут опираться на железобетонные колон-ны, кирпичные стены или элементы стального каркаса производствен-ных зданий — стальные колонны. Пример конструирования опорно-го узла фермы при опирании его на железобетонную колонну сверху показан на рис. ниже. Жесткое соединение стропильной фермы со стальной колонной каркаса здания показано на рис. ниже.

Опирание стропильной фермы на железобетонную колонну

а — трапециевидной; 6 — треугольной

Жесткое соединение фермы со стальной колонной

а — торец опорного ребра строгать; Н — распор

По транспортным условиям фермы больших пролетов (более 18 м) разбивают на отдельные отправочные элементы, назначая укрупнительные (монтажные) стыки в середине пролета. Как пра-вило, укрупнительные стыки осуществляют с помощью горизон-тальных и вертикальных листовых накладок. Горизонтальные накладки перекрывают поясные уголки и полку тавра, передавая 70% усилия в стыке, а вертикальные накладки стыкуют фасонки и стен-ки тавра, передавая 30% усилия в стыке. К вертикальным наклад-кам в фермах из уголков приваривают ребра для прикрепления связей. Аналогичные ребра в фермах с поясами из тавров при-крепляют к стойкам. В стыке верхнего пояса трапециевидной фер-мы горизонтальная накладка имеет перегиб. Примеры осуществ-ления узлов легких ферм с укрупнительными стыками представ-лены на рис. ниже.

Укрупнительные узлы поясов легких ферм

а — схема фермы; б— верхнего из тавров; в— нижнего из парных уголков

В стержнях, сечение которых составлено из двух уголков или каких-либо других профилей, необходима установка связующих про-кладок, обеспечивающих совместную работу профилей как едино-го сечения.

Все стыки рассчитывают на усилие, которое на 20% больше дей-ствительного. Это объясняется некоторой нечеткостью работы уз-лов со стыками. Вертикальные швы следует рассчитывать на со-вместное действие вертикального опорного давления и изгибаю-щего момента, вызванного внецентренным приложением продоль-ной силы относительно центра тяжести швов.

В гидротехнических затворах элементы связевых ферм часто принимают из сварных тавров. Это приводит к некоторым особен-ностям конструирования узлов.

В таких узлах для прикрепления стержней к фасонкам исполь-зуют одновременно стыковые и угловые фланговые сварные швы или одни стыковые швы. Пример осуществления узла плоского зат-вора показан на рис. ниже.

Узел плоского гидротехнического затвора

1,2 — продольные и поперечные связи

В случае прикрепления стержней двумя типами сварных швов стенка сварного тавра прикрепляется с помощью стыкового шва, а полка — четырьмя фланговыми швами, для чего в полке предвари-тельно делается прорезь на длину шва и шириной на 1 мм больше толщины фасонки.

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*